«Abordar estas lagunas de conocimiento tiene el potencial de conducir al desarrollo de estrategias novedosas o de complementar las existentes para reducir eficazmente la formación de CH4 al tiempo que se mejora la productividad de las vacas lecheras», señalaron.

Importancia del microbioma del rumen

Las vacas lecheras dependen de los microbios del rumen para satisfacer sus necesidades energéticas y proteicas a partir de la fermentación microbiana de los alimentos. En el microbioma del rumen predominan las bacterias anaerobias, seguidas de arqueas menos abundantes (metanógenos, protozoos y hongos) que trabajan colectivamente para digerir el alimento. A medida que aumenta la fermentación tras la ingesta de alimento, se producen AGV y gases (_CO2 y H2). Los AGV son absorbidos por el hospedador como fuentes de energía, pero la mayor parte del H2 es utilizado por las arqueas metanogénicas para reducir el_CO2 y dar lugar a la formación de CH4.

Se ha postulado que los linajes metanogénicos individuales forman un sintrismo específico (mutualismo metabólico obligado) con ciertas cohortes de bacterias en el rumen y que las diferencias en estas interacciones entre bacterias y arqueas pueden estar relacionadas con la salud y la producción de los rumiantes. La comprensión de los diferentes tipos de metanógenos, de cómo interactúan con otros microbios y de su papel en la metanogénesis puede permitir el descubrimiento de estrategias de mitigación que puedan reducir eficazmente la formación de CH4 sin perturbar el entorno ruminal.

Diversidad metanogénica en el rumen

Las arqueas metanogénicas son un grupo ecológicamente diverso de microorganismos estrictamente anaerobios con un metabolismo energético distinto que da lugar a la formación de CH4 a través de diferentes vías que incluyen la reducción de_CO2, formiato, metanol, metilaminas y la escisión de acetato. La llegada de la PCR ha permitido la identificación de genes marcadores específicos como el 16S rRNA y el mcrA (subunidad α del MCR) que se conservan entre los metanógenos. Utilizando el gen 16S rRNA o el RFLP terminal del gen mcrA, los metanógenos ruminales se han agrupado en general en 3 géneros distintos: Methanobrevibacter, Methanosphaera y Methanomassiliicoccales en las vacas lecheras.

En particular, los estudios demuestran que los enfoques basados en el ARN, como la metatranscriptómica, son más discriminatorios que los basados en el ADN, como la metagenómica, y que la formación de CH4 está estrechamente vinculada a la expresión genética microbiana. Los investigadores afirmaron que, aunque el uso de genes marcadores combinados con componentes totales y metabólicamente activos ha proporcionado nuevos conocimientos sobre la composición de los linajes metanogénicos individuales en el rumen, se necesita una mejor caracterización de estos linajes a nivel de especie y una mejor comprensión de su papel en la formación total de CH4 a través de múltiples especies de rumiantes para comprender plenamente la metanogénesis en el rumen.

Metabolismo del hidrógeno en condiciones de metanogénesis normal e inhibida

En el rumen, la fermentación de los alimentos representa una serie de reacciones de oxidación y reducción que implican la producción y la transferencia de H2 dentro de los microbios y entre ellos para permitir la reoxidación de los cofactores reducidos y evitar las interrupciones de la fermentación microbiana.

Por lo tanto, la comprensión de la producción y la utilización de H2 mediante la determinación de la distribución y el papel de las hidrogenasas en condiciones normales y moduladas, como la metanogénesis inhibida, será fundamental para evitar que el H2 forme CH4 y redirigir ese H2 a sumideros alternativos que conduzcan a mejoras significativas en la eficiencia energética en el rumen. Por ejemplo, algunos estudios demuestran que el H2 que no forma CH4 se redirige a sumideros alternativos como las bacterias productoras de butirato.

Vías de metanogénesis ruminal

A pesar del producto común, los metanógenos individuales tienen capacidades fisiológicas y metabólicas distintas para su supervivencia, incluyendo la utilización de sustratos, umbrales de H2, respuestas a la presión parcial de H2 y diferencias estructurales. Según los investigadores, varias vías de metanogénesis utilizan diferentes sustratos entre los metanógenos. El conocimiento de las posibles vías de formación de CH4 puede permitir la identificación de nuevos objetivos para inhibir la formación de CH4 o alterar las estrategias de alimentación para reducir el suministro de sustratos metanogénicos en el rumen.

Algunas de las vías declaradas (según lo recuperado de las bases de datos de la Enciclopedia de Genes y Genomas de Kyoto y de los genomas de metanógenos individuales) son las siguientes:

• Vía acetoclástica

• Vía de la glicina

• Vía delCO2 + H2

• Vía del GTP

• Vía del metanol

• Vía de las metilaminas

• Vía de los fosfonatos

Además de las diferentes vías de metanogénesis, los investigadores destacaron que existe una interacción constante entre bacterias, protozoos, hongos y arqueas metanogénicas que da lugar al intercambio de metabolitos como el H2. Una mejor comprensión de estas interacciones puede ayudar a seleccionar vacas con una tendencia natural a una mayor eficiencia ruminal. Afirmaron que las diferencias en las cohortes microbianas entre los fenotipos de alto y bajo rendimiento de CH4 entre los huéspedes rumiantes pueden estar relacionadas con varios factores que incluyen, entre otros, el tamaño del rumen, la tasa de paso, la rumia y la absorción de AGV.

Enfoque global para mejorar las estrategias de mitigación

Los investigadores creen que, a escala global, centrarse en el efecto de las diferentes estrategias de mitigación, como los suplementos alimenticios (incluidos los lípidos, los aceites esenciales, los taninos y la monensina), las vacunas y los moduladores microbianos a través de diferentes estilos de dieta y gestión y razas en el microbioma del rumen puede permitir una mejor comprensión de la metanogénesis ruminal.

Afirmaron la importancia de la investigación global para identificar los factores que impulsan la diversidad de metanógenos con el fin de idear mejores estrategias de mitigación para reducir la formación de CH4 y mejorar la eficiencia ruminal. Hicieron hincapié en la importancia de optimizar la coherencia de las estrategias de muestreo, la dinámica temporal, el almacenamiento de las muestras, la extracción de ácidos nucleicos y los procedimientos bioinformáticos.

Llegaron a la conclusión de que las tecnologías genómicas pueden ayudar a determinar la contribución de los linajes metanogénicos individuales a la formación total de CH4 y cómo son inhibidos por diferentes estrategias de mitigación. Y, en general, comprender las lagunas de conocimiento en la metanogénesis y cómo desviar el H2 a sumideros alternativos puede conducir al desarrollo de estrategias novedosas o complementar las existentes para reducir eficazmente la formación de CH4 al tiempo que se mejora la productividad de las vacas lecheras.