Tecnologías en la gestión de la microbiota y la salud ruminal

El sector de la producción ganadera se enfrenta al reto de seguir suministrando alimentos de calidad y seguros a la población en un contexto social que exige cumplir requisitos que anteriormente no se les había prestado tanta atención, como bienestar animal y ausencia de empleo de tratamientos antibióticos. Los últimos informes de la Agencia Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) alertan que en España el uso de antibióticos es aún desmesurado y el sector debe seguir trabajando en mejorar sus sistemas de gestión y manejo para lograr una producción más responsable. En este contexto, en el presente trabajo abordamos algunos elementos importantes en relación a la modulación de la microbiota del rumen.

La microbiota ruminal constituye una comunidad microbiana diversa, y altamente específica en relación a sus funciones metabólicas, que son esenciales para el desarrollo, salud y nutrición del rumiante. Los principales microorganismos del rumen se clasifican en bacterias, protozoos, arqueas metanogénicas, hongos y virus (Figura 1).

Se estima que en el ecosistema ruminal existen más de 2.000 especies distintas, la mayor parte de estos microorganismos no han sido aún cultivados pero la aplicación de técnicas moleculares ha permitido estimar que, por ejemplo, las bacterias ruminales representan más de 10.000 filotipos. La microbiota ruminal es dinámica y puede verse afectada por diversos factores, tales como la dieta, la especie o la edad del animal, la zona geográfica en la que se asienta una determinada explotación ganadera o la estación del año.

Esta microbiota ha ido evolucionando con el animal rumiante desde la aparición de estos en la Tierra hace 10-15 millones de años. Se estima que los rumiantes empezaron a domesticarse hace 10.000 años, durante todo ese tiempo la dieta principal ha consistido en forrajes de diversa naturaleza y una pequeña proporción de semillas en una época del año muy determinada con variaciones importantes según la época del año, para lo que el ecosistema microbiano del rumen se ha preparado desarrollando una gran variedad de especies capaces de degradar toda esa diversidad de alimentos. Si pensamos que el proceso de intensificación ganadera en cuanto a alimentación solo ha comenzado hace 50-100 años y que consiste en proporcionar una variedad de forrajes y granos muy limitada y una densidad energética y proteica muy superior a la que recibían anteriormente, podemos entender que el ecosistema microbiano del rumen se ‘enfrenta’ a un tipo de alimentación para el que no ha sido programado y eso genera ciertas disfunciones que hay que abordar.

Estas disfunciones incluyen bajadas de pH acusadas por la gran cantidad de ácido láctico producido tras la fermentación de carbohidratos solubles, incapacidad de digerir la fibra de manera efectiva y diarreas de distinta índole.

Además de una alimentación adecuada existen otras estrategias para mejorar la función ruminal a través de la modulación del ecosistema microbiano. En ellas, la etapa de vida del animal es importante, por tanto, distinguiremos entre animales jóvenes (pre y post destete) y adultos.

Los rumiantes jóvenes son considerados pre-rumiantes debido al escaso desarrollo funcional del retículo-rumen, por lo tanto poseen una fisiología digestiva similar a la de los monogástricos. Por ello, el animal lactante precisa de una progresiva transición de pre-rumiante a rumiante que permita el desarrollo del retículo-rumen de manera adecuada. Dicho desarrollo ruminal supone un importante reto fisiológico para el rumiante joven puesto que representa un cambio sustancial en el patrón de digestión y utilización de nutrientes por parte del rumiante (Jiao et al., 2015). En este sentido, el desarrollo ruminal implica tres procesos simultáneos pero claramente diferenciados: i) El desarrollo anatómico del rumen en términos de incremento de tamaño del órgano y de las papilas ruminales; ii) el desarrollo microbiológico debido a la progresiva colonización ruminal por parte de los grupos microbianos más relevantes como bacterias, protozoos, hongos anaerobios y arqueas metanógenas; y iii) el desarrollo fisiológico que implica la adquisición de una capacidad fermentativa y enzimática capaz de digerir los alimentos como fruto de los procesos anteriores. Cronológicamente el desarrollo del rumen puede dividirse en tres fases: pre-rumiante, transición e inicio de la rumia (Figura 2)

En esta fase vamos a considerar dos estrategias: empleo de probióticos y extractos de plantas o aditivos fitogénicos.

Los probióticos son microorganismos que adicionados a la dieta mejoran la salud del tracto digestivo, por la producción de metabolitos beneficiosos para el animal, la promoción del desarrollo de otros microorganismos beneficiosos o la inhibición del crecimiento de patógenos. En la actualidad en Europa solo existe registrado como probiótico ruminal el uso de levaduras ‘Saccharomyces cerevisiae’. Estas levaduras no son habitantes naturales del rumen por lo que se tienen que aporta de manera continuada. Su efecto consiste en estimular el crecimiento de bacterias que metabolizan el ácido láctico lo que ayuda a subir el pH ruminal en condiciones de alimentación con alto contenido de carbohidratos muy fermentables. Esta amortiguación del pH también ayuda estimular a las bacterias y protozoos responsables de la degradación de la fibra. El resultado es un animal que recupera el nivel de ingesta. También se ha observado su efecto beneficioso en condiciones de estrés por calor, ya que en esta situación el animal normalmente disminuye la ingesta de forraje para compensar el exceso de calor corporal que no puede disipar. Existen multitud de productos a base de levaduras en el mercado, siendo las que están activadas o vivas las más efectivas. Es importante señalar que el uso de levaduras solo es necesario en sistemas de alimentación con niveles altos de almidón y bajos en fibra.

Respecto a los aditivos fitogénicos, las plantas contienen compuestos que desarrollan funciones importantes de protección frente a microorganismos y otros desafíos biológicos, que a pesar de no ser nutrientes per se para el animal pueden tener efectos beneficiosos. Estos compuestos se denominan ‘secundarios’ o ‘fitogénicos’ y engloban grupos muy variables de sustancias como taninos, aceites esenciales como terpenoides, fenilpropanoides y aliáceas. Los efectos de estos compuestos son muy variables, pero principalmente se puede definir como: i) modulación de la actividad microbiana, ii) incremento de la digestión y absorción, iii) actividad antioxidante y iv) mejora de la actividad anabólica en determinados tejidos del organismo. En la producción de rumiantes, la actividad moduladora de la microbiota ruminal es el efecto más determinante y al que le dedicaremos algunas consideraciones. Los efectos de modulación de la microbiota se producen por la inhibición del crecimiento y la actividad de ciertos grupos microbianos. Esto se lleva a cabo a través de múltiples mecanismos de acción, siendo el más conocido el que interrumpe la actividad de transporte de la membrana celular, que en general afecta en mayor medida a las bacterias Gram positivas.

Existen cientos de compuestos en las plantas que ejercen acciones sobre la microbiota entre los que podemos destacar fenilpropanoides como eugenol, cinamaldehido y anetol y terpenoides como limoneno, geraniol, timol, carvacrol y capsaicina. El empleo de mezclas de estos, y otros compuestos ha mostrado efectos positivos como: reducción de la degradación proteica de la dieta (por la inhibición de de bacterias hiperproductoras de amonio), incremento de la degradabilidad de la fibra (por ralentización de la degradación de almidón y tamponamiento del pH) lo que va asociado a un incremento en el nivel de grasa en leche, reducción de la producción de metano (por inhibición de la actividad protozoaria), incremento de la ingesta en condiciones de estrés térmico (al ayudar a tamponar el pH ruminal y favorecer la degradabilidad de la fibra), reducción del número de inseminaciones por gestación, aumento en la recuperación de la condición corporal tras el parto, etc... Los posibles efectos son numerosos, como lo es la variedad de compuestos existentes y las posibles combinaciones de los mismos. Esto, además de tener un enorme potencial, también genera confusión en el sector por la gran oferta de compuestos que existen en el mercado. Para aminorar esta confusión habría que tener en cuenta varias consideraciones:

1. La efectividad de un aditivo fitogénico varía sustancialmente con el tipo de dieta que recibe el animal, ya que esta determina el tipo de microbiota que hay en el rumen. Por tanto, un aditivo que funcione en una dieta a base de ensilado de maíz no necesariamente va a hacerlo en otra a base heno de alfalfa.
2. La regulación garantista que hay Europa a través del control de la EFSA para el registro de aditivos en alimentación animal, dificulta su registro como aditivos zootécnicos y obliga a las empresas comercializadoras a emplearlos como aditivos saborizantes, cuando en realidad la razón principal de su venta es la de mejora de la productividad y estado sanitario del animal (aditivo zooténico). Esto genera confusión por la ausencia de una información clara y veraz al productor sobre la efectividad del producto. Aún así, es recomendable que se demande información sobre ensayos experimentales controlados donde se demuestre su efectividad en determinadas condiciones productivas.
3. La mayoría de estos compuestos son muy inestables cuando se someten a altas temperaturas, oxigenación o humedad, por lo que su manejo deficiente en el proceso de fabricación de pienso puede reducir su efectividad.
4. El desarrollo de un método de administración óptimo para maximizar su efectividad a nivel ruminal es aún un desafío. Existen iniciativas muy interesantes en este sentido encaminadas a optimizar su aplicación en bloques minerales, bolos intra-ruminales o mediante el empleo de nanopartículas.