Las industrias porcina y de pollos de engorde son contribuyentes clave de la economía europea, y una de las principales formas de lograr la sostenibilidad en esos sectores es mejorando la eficiencia del uso de los piensos. ECO-FCE se estableció para apoyar esto.
Es evidente que los sistemas de producción intensiva desempeñarán un papel fundamental en la alimentación de una población mundial cada vez mayor, pero también deben ser sostenibles. Esto significa ser respetuosos con el medio ambiente y el bienestar de los animales, y al mismo tiempo permitir un rendimiento razonable de la inversión para los productores. El aumento de los costos de la energía y los piensos, combinado con las expectativas de los consumidores de que los precios de los productos sean bajos, hacen que este último elemento sea un desafío continuo.
ECO-FCE fue un proyecto del 7PM de la UE (2013-2017) que empleó tecnologías «ómicas» e investigación biológica de sistemas novedosos para obtener una mayor comprensión de la base biológica de la eficiencia del uso de los piensos en cerdos y pollos de engorde. También investigó enfoques nutricionales y genéticos para manipular la eficiencia del uso de los alimentos y la huella ecológica. El equipo del proyecto contó con la participación de 18 organizaciones asociadas y abarcó conocimientos especializados en nutrición monogástrica, genética, (meta)genómica, modelización estadística, calidad de los productos, producción animal y salud y bienestar de los animales. Uno de los principales puntos fuertes del proyecto fue que combinó la ciencia de vanguardia con la comprensión de las realidades de la agricultura comercial moderna. Esto se reflejó en la fuerte contribución de los socios industriales del proyecto. Algunos nuevos descubrimientos realizados en áreas de investigación clave en ECO-FCE se revisan aquí.
Influencias de los primeros años de vida
Las técnicas de inoculación In ovo ofrecen la oportunidad de implantar bacterias beneficiosas para ayudar a la estabilización intestinal y la inmunidad en los pollos después de la eclosión. Los científicos polacos que trabajan en ECO-FCE probaron la eficacia de dos novedosos simbióticos: S1 (Lb. salivarius IBB3154 + galactooligosacáridos) y S2 (Lb. plantarum 3036 + oligosacáridos de la familia de la rafinosa). Hubo pocos efectos en el rendimiento de los pollos de engorde, pero un único tratamiento con S1 y S2 en ovocito afectó beneficiosamente la estructura del intestino del pollo a los 42 días. Se observaron cambios significativos en el duodeno y el yeyuno, dos segmentos importantes del intestino de los pollos donde tiene lugar el proceso más intensivo de absorción de nutrientes. La S1 parecía activar principalmente las vías relacionadas con la inmunidad, mientras que la S2 activaba las vías metabólicas. La administración de antibióticos también influyó en la actividad enzimática del páncreas y en el nivel de enzimas secretadas en el contenido intestinal. En general, este novedoso trabajo resultó muy prometedor para el uso de la manipulación in ovo con simbióticos como herramienta potencial para optimizar la salud y la productividad de los animales.
En un trabajo correspondiente realizado en Irlanda con cerdos se evaluó la inoculación de hembras reproductoras y crías con extractos fecales de cerdos de engorde de alta eficiencia alimentaria, pero los resultados no apoyaron este enfoque como método para promover el rendimiento y la eficiencia.
Otros estudios sobre intervenciones en las primeras etapas de la vida indicaron que el acondicionamiento del fósforo (en términos de alimentación con una dieta baja en fósforo en las primeras etapas de la vida) podría ser una estrategia prometedora para aumentar la eficiencia de la utilización del fósforo en los pollos de engorde. En los ensayos con cerdos también se investigó la suplementación de animales de bajo peso al nacer con L-arginina y L-carnitina, pero no se encontraron los efectos beneficiosos deseados. Sin embargo, es interesante que la investigación proporcionó datos que sugieren que el uso de la cría artificial a través de cubiertas de rescate fue un método eficaz para promover la supervivencia de estos animales.
Ingredientes y aditivos para piensos
Los métodos de «digestión ileal» in vitro demostraron ser útiles en el ECO-FCE para el cribado múltiple de enzimas y aditivos exógenos cuando se utilizan en combinación con diferentes ingredientes de piensos. Se probaron más de 200 combinaciones de ingredientes crudos y enzimas. Los ingredientes crudos representaban los principales cereales (trigo, cebada y maíz) y los ingredientes proteínicos, como la soja, la harina de colza, los guisantes y los granos de destilación con solubles. Se observó mucha variación en la eficacia de las enzimas dentro de estos estudios de referencia, por ejemplo, la mayor eficiencia de la ß glucanasa y la xilanasa en los cereales integrales, en comparación con los subproductos de los cereales, indicaba que podían requerirse diferentes actividades enzimáticas para mejorar la digestión de la fracción de carbohidratos de los subproductos elaborados. Además, la galactosidasa parecía ser más eficaz en la harina de soja y los guisantes que en la harina de colza y girasol. Esta labor se complementó con estudios de fermentación que demostraron, como era de esperar, que los menores valores de digestibilidad daban lugar a una mayor fermentación y una mayor producción de gas.
El trabajo en ECO-FCE avanzó luego a la evaluación de las enzimas en las pruebas de alimentación, comúnmente usando dietas de energía y proteínas restringidas. Sin embargo, se encontraron muchos resultados contradictorios. Se encontró éxito cuando se utilizaron las combinaciones de enzimas α-galactosidasa y xilanasa en dietas basadas en harina de soja, pero el uso de enzimas en dietas para cerdos (xilanasa/b glucanasa y proteasa) y pollos (fitasa y proteasa) que no contenían soja y altos niveles de harina de colza y granos de destilería con solubles no tuvo éxito. En general, tanto los resultados in vitro como in vivo demostraron que el uso de las enzimas debe orientarse en función de las materias primas utilizadas. Otra conclusión fundamental de este trabajo fue que el rendimiento del cerdo o el pollo no se veía afectado negativamente cuando altos niveles de harina de colza y granos de destilación de trigo con solubles sustituían a la harina de soja.
Factores relacionados con el intestino que determinan las diferencias
Un objetivo clave de ECO-FCE era tratar de identificar los factores relacionados con el intestino que son comunes a los animales con una alta o baja eficiencia en el uso del alimento, sin embargo se reconoció que estos podrían variar con el medio ambiente. En el caso de los cerdos, se adoptó un protocolo estándar que utilizaba la genética común de los progenitores terminales en todas las instalaciones de investigación de Austria, la República de Irlanda e Irlanda del Norte. Se evaluaron la estructura intestinal y los perfiles de la microbiota de los cerdos con una eficiencia divergente en el uso de los alimentos (medida por la ingesta residual de alimentos (RFI)) en todos los sitios. Se constató que la riqueza y la diversidad de la microbiota intestinal se veían afectadas por el sitio europeo, pero no por la ingesta residual de alimentos (RFI). Dentro de cada sitio europeo, se observaron diferencias de composición dentro de la microbiota fecal, ileal y fecal entre los cerdos de alta y baja RFI, sobre todo para los taxones de baja abundancia relativa. Sin embargo, a pesar del uso de protocolos y genética comunes en cada sitio, pocas de estas diferencias asociadas a la RFI eran comunes entre los sitios. Por ello, la identificación de biomarcadores fiables asociados a la microbiota intestinal para FE que puedan ser aplicables a través de una gama de entornos de cría es difícil. Sin embargo, algunas investigaciones comunes y futuras para determinar la importancia relativa y la funcionalidad de los taxones asociados a la eficiencia alimentaria que se encontraron comunes en todos los sitios europeos (Mucispirillum de Deferribacteres, Lentisphaerae, Methanobrevibacter de Euryarchaeota, familia RF16, Ruminococcaceae y Cianobacteria) serían valiosas.
Los científicos de Austria realizaron algunos trabajos detallados utilizando las cámaras de Ussing para identificar las diferencias en la función del intestino delgado en cerdos de baja y alta ingesta de alimento residual. Encontraron una mayor permeabilidad de la mucosa en el yeyuno y sugirieron que contribuía a una mejor utilización de los nutrientes en los cerdos de baja ingesta de alimentos residuales. También se encontraron expresiones divergentes de genes relacionados con la interacción microbio-hospedante, lo que indicaba que los estímulos microbianos en el yeyuno podían explicar en parte las diferencias en la ingesta de alimentos residuales en los cerdos de engorde.
Un ejercicio similar se llevó a cabo con los pollos que se criaron en Austria e Irlanda del Norte. En este trabajo se pudieron establecer perfiles bacterianos intestinales claramente diferenciados relacionados con las RFI y funciones metabólicas previstas en los dos lugares de cría. Sin embargo, los efectos específicos de cada lugar dificultaban la asignación clara de taxones bacterianos específicos y funciones metabólicas a la RFI de los pollos. En general, a pesar de que los valores de la ingesta residual de alimentos (RFI) en cada lugar eran similares, el lugar influyó en los perfiles bacterianos relacionados con la RFI en la digestión ileal y cecal y en las heces. Sin embargo, se llegó a la conclusión de que, a pesar de esta variación, los diferentes perfiles apoyaban el hecho de que la microbiota intestinal contribuía a la RFI del pollo. Con respecto a la estructura intestinal en las poblaciones de pollos, se llegó a la conclusión de que las necesidades energéticas divergentes para la nutrición de primera pasada, junto con el aumento de la permeabilidad intestinal y la activación diferencial de la respuesta inmunológica de la mucosa en el yeyuno, podrían haber explicado en parte las diferencias de RFI.
Análisis holístico adicional
En los estudios mencionados también se realizaron análisis transcriptómicos holísticos de los tejidos intestinales de cerdos y pollos. En pollos de engorde se encontraron 172, 120 y 81 genes expresados diferencialmente en el duodeno, el yeyuno y el íleon, respectivamente, entre la ingesta residual de alimento (RFI) de aves seleccionadas. En el hígado, la pierna y el músculo de la pechuga, se identificaron 159, 186 y 54 genes de expresión diferencial. Así pues, los análisis transcriptómicos pusieron de relieve la especialización de la mayoría de los tejidos/órganos relacionados con la eficiencia del alimento, pero, no obstante, demostraron que también son multifuncionales y afectan a una serie de procesos biológicos distintos. Concretamente, las vías moleculares enriquecidas de las muestras de intestino estaban relacionadas con el crecimiento, la función inmunológica, la absorción de glucosa, el transporte y el metabolismo de los lípidos. A nivel de los tejidos metabólicos y de respuesta posterior, los análisis transcripcionales revelaron el enriquecimiento de los temas moleculares del metabolismo de los lípidos, lo que refleja las asociaciones fenotípicas conocidas entre la eficiencia de la alimentación y la relación músculo-grasa. Los perfiles de transcriptoma que empleaban el enfoque de microarray en los cerdos revelaron el mayor número de genes de expresión diferencial (DEG) entre los grupos de baja y alta RFI para el hígado (803 DEG), seguido del yeyuno (86 DEG), el hipotálamo (78 DEG) y el duodeno (62 DEG). En consecuencia, los resultados mostraron la composición jerárquica de la eficiencia del uso de los alimentos, con ligeros cambios transcripcionales en el hipotálamo, que se produjeron en cascada y se amplificaron en el cuerpo, lo que dio lugar a considerables alteraciones en los tejidos metabólicos como el hígado. Además, los resultados subrayaron que las partes examinadas del intestino delgado están altamente especializadas en sus funciones relacionadas con la digestión, la absorción y como barrera intestinal.
Modelización genética
Los científicos de ECO-FCE también emprendieron una serie de ejercicios de modelización para diseñar mejores estrategias de cría para cerdos y pollos. En primer lugar, se llevó a cabo una novedosa respuesta bayesiana a la metodología de selección que comparaba la relación de conversión de alimentos (FCR) con la RFI como dos métricas clave de la eficiencia de los alimentos. Se derivó la predicción bayesiana de los valores de reproducción tanto para la RFI fenotípica como genética, junto con una estimación bayesiana de los valores de reproducción para la FCR, así como una estimación bayesiana de la respuesta directa y correlacionada a la selección en la RFI o la FCR. Los resultados determinaron que la selección para la FCR dio lugar a una selección desproporcionada en los rasgos de producción. La ingesta residual de alimento definida genéticamente (RFI_g) permite: (1) la selección sobre la proporción de ingesta de alimento que es independiente de la producción; y (2) pesos índice de selección más fáciles y mejores para los rasgos en los programas de cría. Se llegó a la conclusión de que la selección para mejorar la eficiencia de la alimentación se logra mejor mediante la selección conjunta de RFI_g y los rasgos de producción.
Un segundo enfoque de modelización examinó el uso de modelos genómicos integradores. En este caso, el modelo de características genómicas (GFBLUP) que se elaboró utilizando los datos reunidos en el proyecto ECO-FCE tenía una mayor capacidad de predicción que el modelo estándar GBLUP, siempre que se incluyeran suficientes variantes causales en la característica genómica para explicar al menos el 10% de la varianza genómica, y que hubiera una dilución mínima por parte de los marcadores no causales.
Las conclusiones presentadas en este artículo se resumen de las actas de un simposio de un día de ECO-FCE en la conferencia de EAAP en Belfast en 2016. El folleto de este simposio, que proporciona detalles adicionales sobre los hallazgos de la investigación y sobre los científicos involucrados, está disponible en el sitio web de ECO-FCE (www.eco-fce.eu).
