Dinâmica do microbioma ruminal de ovinos (<i>Ovis aries</i>) e sua relação com a degradação de biomassa

Abstract

Dynamics of the sheep (Ovis aries) rumen microbiome and its relationship with the degradation of biomassConsidering the diet as a modulator of ruminal microbiome, this work aimed to investigate the impact of sugarcane bagasse on the composition and function of microbial species residents in the sheep (Ovis aries) rumen. Six cannulated male animals were used in the experiment, where three individuals were fed on a diet consisting of 70% forage and 30% concentrate (control treatment), and three were fed on a similar diet, but with sugarcane bagasse replacing 14% of the forage portion (bagasse treatment). The ruminal content (i.e., liquid and fiber) were sampled every two weeks during 60 days. From these samples, the structure and composition of the microbial community were assessed by total DNA extraction and amplification of V3 and V6-V7 regions of 16S rRNA gene from bacteria and the fungal intergenic region (ITS2). Furthermore, metagenomics and metatranscriptomics approaches were used to evaluate the enrichment of specific members of the microbial community in the ruminal fiber and genes related to lignocellulolytic enzymes. The liquid and fiber fractions of the O. aries rumen revealed a microbial community dominated mainly by Firmicutes and Bacteroidetes throughout the experimental period. The genera Prevotella and Ruminococcus accounted for 20% and 4% of the bacterial community of rumen, respectively. In the fungal community, the phylum Neocallimastigomycota accounted for 91% of sequences and its main genera adhered on the ruminal fiber were Piromyces, Neocallimastix, Orpinomyces, Anaeromyces, Caecomyces, and Cyllamyces. The genus Caecomyces was significantly more abundant in the ruminal fiber in animals fed on sugarcane bagasse. Furthermore, there was a significant increase in the frequency of enzymes, such as α-1,4-glucan, α-galactosidase, endo-1,4-β-xylanase, β-xylosidase, xylose isomerase, cellobiose phosphorylase and α-Narabinofuranosidase in the bagasse treatment. Considering that the recovery of enzymes from ecosystems naturally evolved for degradation of biomass is a promising strategy to overcome the current inefficient enzymatic action in industrial production of biofuels, the results of this study bring great possibilities to increase the discovery and or recovery of enzymes from ruminants, as well as the possibility of the ruminal microbiome structure manipulation to be used as source of an enriched inoculum for biomass degradation in industrial processes.

Metagenoma do microbioma do rúmen de ovinos e prospecção de genes degradadores de biomassa vegetal

“…(Lee et al, 2012;Li et al, 2012;Brulc et al, 2009;Jami e Mirazhi, 2012). Estudos utilizando caprinos (Lee et al, 2012), ovinos (Lopes et al, 2014;Romagnoli et al, 2016), bubalinos e renas (Pope et al, 2012) também estão presentes na literatura. A soma de todas as atividades microbianas no rúmen é de grande importância, pelo fato de se conhecer a riqueza deste ecossistema (Edwards et al, 2004) (Brulc et al, 2009).…”

“…Apesar das alterações provenientes dos diversos fatores acima citados, o ambiente do rúmen apresenta uma alta redundância funcional entre os microrganismos ali presentes (Weimer, 2015), isso significa que diferentes espécies podem desempenhar mesma função e com isso se adaptar rapidamente, e essa flexibilidade estrutural da comunidade microbiana permite o hospedeiro explorar uma ampla variedade de plantas em sua dieta (Henderson et al, 2015;Weimer, 2015 Whitaker e colaboradores (1993) mostraram que a manipulação nutricional em bovinos, pode afetar substancialmente a saúde do animal e a produção de leite. Estudos tem mostrado cada vez mais que o tipo da dieta e sua composição é um fator chave para a digestão, podendo alterar a fermentação ruminal e direcionar vias metabólicas enriquecendo grupos específicos de microrganismos (Hart et al, 2008;Romagnoli, 2016). No presente estudo, foram analisados os microrganismos associados à fibra ruminal com o objetivo de identificar as enzimas envolvidas na despolimerização da biomassa vegetal.…”

“…Durante a amostragem e avaliação do desempenho animal, estes animais foram mantidos em gaiolas metabólicas individuais. Três animais foram alimentados com uma dieta controle (Dieta 1: dieta base constituída por ~12% de farelo de soja, ~16% de milho, ~70% de feno e ~2% de sal mineral) e os outros três foram alimentados com uma dieta formulada, contendo de bagaço de cana-de-açúcar, para o enriquecimento de microrganismos degradadores de biomassa vegetal (Dieta 2: composta por ~12% de farelo de soja, ~16% de milho, ~58% de feno, 12% de bagaço de cana-de-açúcar e ~2% de sal mineral) de acordo com aRomagnoli (2016). A data de início do experimento foi em 04 de novembro de 2012 e foi até 08 de janeiro de 2013.Tabela 1 -Descrição dos animais utilizados no experimento, com data de nascimento e tipo de dieta oferecida.As rações foram formuladas de acordo com as exigências preconizadas pelo NRC (2007) e a alimentação foi ofertada duas vezes por dia, pela manhã e à tarde.…”