Intervenciones nutricionales en edades tempranas para optimizar la función de la microbiota ruminal, la salud digestiva y la productividad animal

Abstract

El rumen es una cámara de fermentación que permite a los rumiantes aprovechar eficientemente alimentos fibrosos. Dicho órgano alberga una compleja y diversa comunidad microbiana, lo que presenta dificultades en cuanto a la modulación de su función. Las primeras semanas de vida del animal en las que el ecosistema microbiano se está formando y tiene una importante plasticidad representa una interesante oportunidad de modulación. Distinto tipo de intervenciones aplicadas durante este período puede permitir la modulación y estimulación de la colonización microbiana del rumen y el desarrollo ruminal, lo cual adquiere gran relevancia especialmente en sistemas de lactancia artificial, donde las crías se separan rápidamente de las madres y por tanto carecen de una fuente natural de colonización. Esta tesis tuvo como objeto evaluar diversas estrategias para acelerar el desarrollo microbiológico ruminal y ahondar en el conocimiento de los factores que modulan dicha microbiota. En un primer experimento se procedió a identificar, en condiciones in vitro, la microbiota ruminal madura con un mayor potencial para ser empleada como inóculo en cabritos recién nacidos (Publicación 1). El líquido ruminal fresco muestreado en una situación postprandial resultó ser el inóculo que promovió una mayor actividad fermentativa y por tanto fue el elegido para ser utilizado en el siguiente experimento. En el segundo experimento (Publicaciones 2 y 3) se procedió a inocular diariamente cabritos recién nacidos hasta el destete en condiciones de lactancia artificial para estudiar los efectos de esta intervención en el desarrollo del rumen. Dicho estudio mostró que la inoculación con líquido ruminal fresco en cabritos mejoró la actividad fermentativa ruminal y aceleró la colonización microbiana del rumen antes del destete, como demuestran la mayor concentración y absorción de productos de fermentación como el butirato (+50 %) y la más abundante y diversa comunidad microbiana (P < 0.05). Además, los cabritos inoculados presentaron una mayor ganancia de peso inmediatamente tras el destete, posiblemente debido a la mayor ingesta de forraje (+44 %) y a la más compleja comunidad protozoaria del rumen. Mientras que el crecimiento no se vio afectado por la inoculación, algunos de los efectos positivos de esta persistieron después del destete. En un estudio subsiguiente (Publicación 4) se procedió a evaluar los efectos de la transmisión indirecta de microbiota ruminal a cabritos en lactancia artificial mediante la presencia de animales acompañantes adultos no lactantes en el mismo parque. Dicha estrategia de manejo dio lugar a un desarrollo microbiológico del rumen más temprano en los cabritos, representado por la presencia de unas comunidades de bacterias (+132 filotipos), protozoos y metanógenos más diversas, las cuales se asimilaban más a las presentes en los adultos. Los efectos en la actividad ruminal y el rendimiento animal no fueron tan claros como con la inoculación directa pero las mayores concentraciones de butirato (+45 %) y amonio sugieren una mejora de las actividades fibrolítica y proteolítica. Estos hallazgos sugieren que, en situaciones de lactancia artificial, la inoculación directa de rumiantes jóvenes con líquido ruminal de animales adultos, o indirectamente mediante la mera presencia de acompañantes adultos, permite acelerar el desarrollo microbiológico y funcional del rumen con efectos positivos sobre el periodo de destete. Paralelamente, en esta tesis se ha estudiado el papel de los componentes bioactivos de la saliva en la regulación de las poblaciones microbianas del rumen y su actividad fermentativa a través de la incubación con distintas fracciones de saliva y de distintos animales donantes. La incubación con una alta proporción de saliva filtrada (sin microorganismos pero con proteínas salivales) aumentó los niveles de actividad fermentativa ruminal (Publicación 5). El uso de saliva autoclavada originó una composición de la comunidad microbiana diferente, con una mayor abundancia de Proteobacteria y menor de Prevotellaceae, en comparación con las comunidades resultantes de la incubación con saliva no autoclavada de cabra u oveja (Publicación 6). Estos hallazgos sugieren que la inoculación directa e indirecta (aunque en menor medida) de microbiota ruminal mejoró el desarrollo del rumen de cabritos en el destete, y que los componentes bioactivos de la saliva modulan selectivamente las poblaciones microbianas del rumen y su actividad en pos de una adecuada asociación microbiota-huésped.

The rumen is a fermentation chamber that enables ruminants to efficiently digest fibrous diets. This organ harbours a complex and diverse microbial community which makes it difficult to achieve a successful modulation of its activity. The first weeks of life of the animal when the ecosystem is being developed and therefore have high plasticity represent an interesting opportunity of modulation. Different interventions applied during the first weeks of life can allow the modulation and promotion of the rumen microbial colonization and rumen development, which is of great importance specially in artificial milking systems, where kids are quickly separated from their dams and therefore lack a natural source of colonization. This thesis aimed to evaluate several strategies to accelerate the rumen microbial development and to delve into the knowledge of the different factors that modulate the rumen microbiota. The first experiment of the thesis attempted to identify, under in vitro conditions, the mature rumen microbiota with a greater potential to be used as inoculum in newborn goats (Publication 1). Fresh rumen fluid sampled after feeding was found to be the inoculum that promoted a higher fermentative activity and therefore it was chosen for the following in vivo study. In this second experiment (Publications 2 and 3) newborn goat kids were daily inoculated until weaning under artificial-rearing conditions to assess the effects of this intervention on rumen development. This study showed that the inoculation with fresh rumen fluid in goat kids improved rumen fermentative activity and accelerated the rumen microbial colonization before weaning, as shown by the greater concentration and absorption of fermentation products such as butyrate (+50 %) and the more abundant and diverse microbial community (P < 0.05). Furthermore, Inoculated kids had a greater weight gain immediately after weaning, possibly because of their higher forage intake (+44 %) and complex rumen protozoal community. While animal growth was unaffected by inoculation, some of its positive effects also persisted after weaning. A subsequent study (Publication 4) aimed to evaluate the effects of mimicking the former microbial transmission to newborn goat kids until weaning by the presence of non-lactating adult companions in the same pen. This management strategy also resulted in an earlier rumen microbial development in goat kids, as shown by the presence of a diverse bacterial (+132 phylotipes), protozoal and methanogens communities at weaning, which better resembled those of the adults. Effects on rumen activity and animal performance were not as clear as with the direct inoculation but higher butyrate (+ 45 %) and ammonia concentrations suggest improved fibrolytic and proteolytic activities. These findings suggest that under artificial-rearing conditions, the direct inoculation of young ruminants with rumen fluid from adult animals, or indirectly by the mere presence of adult companions, allows an acceleration of the microbial and functional rumen development with positive effects during the weaning period. Concurrently, this thesis evaluated the role of the salivary bioactive components in the regulation of the rumen microbial populations and their fermentative activity by incubating with different saliva fractions and from different donors. Incubating with a high proportion of filtrated saliva (without microbiota but with salivary proteins) boosted the levels of rumen fermentative activity (Publication 5). The use of autoclaved saliva led to a very divergent microbial community composition, with greater abundance of Proteobacteria and lower of Prevotellaceae, compared to the communities resulting from incubation with non-autoclaved goat’s or sheep’s saliva (Publication 6). These findings suggest that direct and, to a lesser extent, indirect inoculation of rumen microbiota improved the rumen development in goat kids at weaning and that the bioactive components of saliva selectively modulate the rumen microbial populations and their activity for a suitable host-microbiota association.