Patrones microbianos del rumen, clave para seleccionar a las vacas más sostenibles y eficientes

   

El estudio, publicado en The ISME Journal, revista de referencia en ecología microbiana, abre la puerta a incorporar marcadores microbianos a los programas de mejora genética del ganado vacuno, con el objetivo de seleccionar animales más eficientes y con menor huella ambiental.

La ganadería bovina es una de las fuentes principales de emisiones de metano, un gas de efecto invernadero con un poder de calentamiento aún más alto que el dióxido de carbono. Buena parte de ese metano se origina en el rumen, el primer compartimento del complejo estómago de las vacas, que funciona como un gran fermentador natural: en su interior, miles de millones de microorganismos “trabajan” descomponiendo la hierba y el forraje que la vaca come, liberando en el proceso nutrientes y metabolitos esenciales para el animal… y también metano. Ese mismo ecosistema microbiano es el responsable, en última instancia, de cómo aprovecha la vaca el alimento que consume y cuánto metano libera en el proceso.

Es posible seleccionar animales que emitan menos metano. El problema es que medir directamente el metano que emite cada animal, para poder seleccionar genéticamente a los que menos emiten, es una tarea cara y muy difícil de aplicar en escala a los miles de animales que manejan los programas de mejora genética. Encontrar un indicador indirecto, fiable y más sencillo de obtener se ha convertido en uno de los grandes objetivos de la investigación en este campo.

Para intentar dar con ese indicador, un equipo liderado por el IRTA, con la participación de la Universidad Ben-Gurion del Néguev (Israel), ICBF, Teagasc y la Universidad de Galway (Irlanda), la Universidad de Alberta y la Universidad de Columbia Británica (Canadá), CSIRO (Australia), la Universidad de Nottingham (Reino Unido), INRAE (Francia), la Università Cattolica del Sacro Cuore (Italia) y Luke (Finlandia), entre otras instituciones, ha analizado muestras de rumen de 2.496 animales de las razas Holstein, Angus y Charolais, además de algunos cruces comerciales, procedentes de Reino Unido, Italia, Francia, Irlanda y Canadá.

En lugar de estudiar cientos de especies microbianas por separado, los investigadores aplicaron una técnica estadística llamada “factorización de matrices no negativas”. Se trata de un método capaz de detectar patrones que se repiten en grandes cantidades de datos y que aquí se utiliza para agrupar a los microorganismos que tienden a convivir, como si compartieran un mismo nicho ecológico dentro del rumen. El resultado fueron 14 de estos grupos de bacterias, a los que el equipo ha llamado Ruminosignature o firmas microbianas, capaces de explicar entre el 96% y el 99% de las diferencias en la composición microbiana observadas entre los animales.

El estudio lo firma como primera autora la investigadora del IRTA Ioanna Theoni Vourlaki. La acompañan, por parte del Instituto y como miembros del programa Genética y mejora animal, los investigadores Raquel Quintanilla, Miriam Piles y Yuliaxis Ramayo-Caldas. Éste último destaca la relevancia del trabajo realizado trabajo: «Hasta ahora, cada estudio del microbioma ruminal se centraba en una raza o un país concreto, lo que dificultaba saber qué hallazgos eran realmente generalizables. Al analizar casi 2.500 animales de cinco países hemos podido identificar firmas microbianas que se replican de forma robusta, y esos son precisamente las que tienen más potencial para aplicarse en programas de mejora genética real».

De los 14 grupos identificados, dos aparecieron de forma sistemática en todas las razas, países y sistemas de producción analizados: uno dominado por el género Prevotella y otro por un género menos conocido, UBA2810. Este segundo grupo, al que los autores han llamado RS_UBA2, es el verdadero protagonista del estudio. Los animales que mostraban mayor presencia y abundancia de RS_UBA2 en el rumen emitían de forma consistente menos metano, una relación que se repitió en las cinco poblaciones analizadas y que un metaanálisis conjunto confirmó como estadísticamente sólida, incluso tras aplicar los controles estadísticos más exigentes. En varias de las poblaciones, además, una mayor abundancia de esta Ruminosignaturese asoció con una mejor eficiencia alimentaria: los animales ganaban más peso o producían más leche por cada kilo de pienso consumido.

El equipo fue un paso más allá y comprobó que la abundancia de las distintas Ruminosignatures en el rumen de cada vaca depende en parte de su genética: entre el 9% y el 58% de las diferencias entre animales, según la población, tienen una base heredable. Es decir, no se trata solo de un efecto de la dieta o el manejo, sino de un rasgo que, al menos parcialmente, se podría transmitir de padres a hijos y, por tanto, seleccionar como cualquier otro carácter productivo.

¿Por qué reduciría esta bacteria las emisiones de metano? El análisis del genoma de UBA2810 apunta a una explicación biológica plausible: este microorganismo competiría con las arqueas metanogénicas, los microbios responsables de producir el metano, por el hidrógeno disponible en el rumen, desviando ese hidrógeno hacia otros usos.

La implicación práctica del hallazgo es directa: si una firma microbiana como RS_UBA2 es detectable en diferentes poblaciones de ganado,  heredable y está asociada de forma consistente a una mayor eficiencia alimentaria y una menor emisión de metano entérico (el que producen los animales durante la digestión), podría integrarse como un indicador indirecto en los programas de selección genética del ganado, complementando la información genómica del animal y reduciendo la necesidad de mediciones directas de metano, mucho más costosas.

El estudio matiza, no obstante, que junto a estas dos firmas «universales» existen otras específicas de cada raza, dieta o sistema de producción, lo que sugiere que cualquier estrategia para modificar el microbioma, por ejemplo, mediante el uso de aditivos alimentarios, deberá adaptarse al contexto de cada población y sistema en lugar de aplicarse de forma uniforme.

Como parte del compromiso con la ciencia abierta, el equipo ha puesto a disposición pública los códigos empleados, así como la matriz de referencia utilizada en el análisis, de forma que otros grupos de investigación puedan comparar sus propios datos con este marco común sin tener que repetir todo el proceso de análisis desde cero. Esto facilitará la comparación entre estudios en un campo donde las diferencias metodológicas han sido tradicionalmente un obstáculo.

El estudio se enmarca en HoloRuminant, un proyecto de investigación financiado por el programa Horizon 2020 de la Unión Europea en el que participan equipos de varios países europeos. Su objetivo es entender cómo se conectan entre sí los microbiomas que habitan las distintas partes del cuerpo de los rumiantes (boca, rumen, intestino) y cómo esa conexión influye en su salud, su bienestar, su eficiencia productiva y su huella ambiental, incluidas las emisiones de metano.