Stiri Online, Enciclopedie, Revista presei

Microbiota din rumen

in Biologie/Enciclopedie

Hrana unei mari varietăţi de mamifere este formată într-o proporţie importantă din materiale vegetale, pe care nu le pot digera, datorită absenţei enzimelor necesare. Microorganismele din tubul digestiv asigură transformarea substanţelor polizaharidice complexe (celuloze, hemiceluloze, pectine, amidon etc.) la forme asimilabile.

La ierbivorele nerumegătoare, după digestia din stomac şi intestinul subţire, ţesuturile vegetale sunt degradate într-un cecum lărgit şi în colon. Uneori, cecumul este atât de mare încât atinge lungimea corpului animalului. Digestia microbiană a materialului vegetal este relativ ineficientă, fiind de ordinul a 20-30%. Produşii de degradare sub acţiunea microorganismelor sunt absorbiţi prin mucoasa intestinală în sânge, iar microorganismele sunt eliminate, în cea mai mare parte, prin fecale.

Rumegătoarele (bovine, ovine, caprine etc.) prezintă un compartiment specializat, pregastric -rumenul – la nivelul căruia are loc digestia polizaharidelor vegetale, prin acţiunea bacteriilor şi protozoarelor. La rumegătoare, „stomacul” este compartimentat, fiind alcătuit din rumen (burduf), reticulum (ciur) şi omassum (foios), considerate ca expansiuni ale esofagului şi abomassum (cheagul), singurul compartiment care conţine glande gastrice şi la nivelul căruia începe digestia propriu-zisă.

Rumenul este populat de o comunitate complexă de microorganisme autohtone, formată din bacterii specifice anaerobe, protozoare ciliate, un număr mic de protozoare flagelate, câţiva fungi anaerobi sau aerobi, aflaţi în tranzit, cu activitate nesemnificativă.

Bacteriile din rumen pot fi libere, imobile, mobile sau aderente de celulele mucoasei ruminale prin intermediul fimbriilor, glicocalixului sau polizaharidelor extracelulare. Cele mai multe colonizează masa alimentară. Din cele câteva sute de specii bacteriene din rumen, numai 17-30 domină numeric şi au activitate biochimică funcţională: Bacteroides amylogenes, B. amylophilus, B. ruminicola, B. succinogenes, Butyrivibrio fibrisolvens, Clostridium lochadii, Lachnospira fibrisolvens, Methanobacterium ruminantium, Ruminococcus albuş, Succinogenes amylolitica etc.

Protozoarele din rumen sunt oligotriche (Diplodinium, Entodinium, Metadinium, Ophryoscolex). Ele înglobează şi fermentează materialele particulate. Cele holotriche au pe lângă activitate celulolitică, şi capacitatea de a utiliza glucidele solubile şi de a produce mataboliţi utilizabili de către gazdă. Numărul lor este evaluat la 105-106 celule/ml.

Ca grup, importanţa ecologică a protozoarelor derivă din capacitatea lor de a ataca celuloza, hemiceluloza, pectinele, amidonul, precum şi de asimilare rapidă a glucidelor solubile.

Protozoarele ciliate utilizează glucoza, fructoza, galactoza, zaharoza, rafinoza şi inulina şi produc acetat şi butirat când fermentaţia este lentă, respectiv lactat când fermentaţia este rapidă. O parte din azotul necesar, îl obţin din celulele bacteriene pe care le ingeră şi le digeră. Principala sursa de hrană a protozoarelor sunt bacteriile. Protozoarele utilizează aminoacizii eliberaţi prin proteoliza bacteriilor şi a alimentelor, dar şi de a sintetiza aminoacizi. Stochează polizaharide de rezervă, cu o lungime de 22 resturi de glucoza. Circa 75% din numărul protozoarelor sunt reţinute în rumen unde mor şi sunt lizate. Williams (1984) apreciază că 20% din proteinele microbiene disponibile pentru gazdă provin din protozoare.

Microorganismele din rumen provin din surse exogene (aer, apă, furaje, contactul cu alte animale). Popularea rumenului are loc progresiv după naştere. Protozoarele apar în cea de a Ii-a lună după naştere, la viţel şi este asociată cu creşterea capacităţii de digestie. Digestibilitatea atinge parametri normali la vârsta de 12 luni.

La rumegătoare, hrana urmează un circuit special: după fragmentare, prin masticaţie şi amestec cu saliva, alimentele trec în rumen, unde microbiota iniţiază procesul de fermentaţie. Ulterior, masa alimentară este transferată în reticulum, este separată în porţii mici – „ghemuri” – care sunt regurgitate în cavitatea bucală pentru re-masticaţie şi divizare în fragmente tot mai mici, mărind suprafaţa de atac pentru microorganisme. Acestea prin actul deglutiţiei trec direct în reticulum, în omassum, apoi în abomassum, duoden, intestin.

Digestia ruminală a materiilor vegetale este rezultatul unor procese complexe, care implică participarea a numeroase microorganisme şi enzime.

Microorgnismele fibrolitice degradează polizaharidele vegetale în diferite grade, în funcţie de structura lor chimică (celuloza 58-80%, amidonul 75%, proteinele 88%, lignina 0%) Din celuloză şi hemiceluloze, iniţial rezultă celobioza şi glucoza, care apoi suferă fermentaţia anaerobă, cu producere de oligozaharide solubile, utilizabile de către microorganismele ruminale.

La bovine, sub acţiunea enzimelor extracelulare, produşii finali ai fermentaţiei substanţelor complexe sunt o serie de acizi graşi volatili cu lanţ scurt, în principal acetat (40-80% din total), propionat, butirat şi cantităţi mici de acizi izobutiric, izovaleric, valeric, caproic şi heptanoic. Este eliberată o cantitate mare de gaze (60-80 l/zi la bovinele mature), care sunt eliminate prin eructaţie. Dintre acestea, 60-70% este C02, iar restul este CH4.

Acizii graşi volatili sunt rapid absorbiţi în circulaţia sanguină şi utilizaţi astfel: acetatul este sursa majoră de energie; propionatul este singurul acid gras volatil care poate fi convertit la glucide prin procesul de gluconeogeneză.

O vacă de 500 kg poate sintetiza zilnic 1 kg de lactoză (corespunzător la 30 1 de lapte), pornind de la acizii graşi volatili care trec prin peretele rumenului; butiratul este utilizat pentru sinteza acizilor graşi.

Proteinele din furaje, în rumen sunt hidrolizate de microorganisme, la peptide, aminoacizi şi NH3. Cantităţi importante de NH3 trec prin peretele ruminal în sânge şi sunt convertite în uree la nivelul ficatului. O parte din azotul care a urmat această cale revine în rumen fie direct din circuitul sanguin, fie pe calea salivei, sub forma de uree. O parte din uree este eliminată prin urina. Ureea reintrată în rumen odată cu saliva este convertită la NH3 şi C02.

Simultan cu aceste reacţii degradative, la nivelul rumenului are loc o sinteză de proteine microbiene, de la peptide, aminoacizi şi NH3, care amplifică mărimea biomasei de microorganisme. In acelaşi timp, există o trecere continuă de proteine alimentare nedigerate, de proteine microbiene şi azot neproteic în abomassum şi intestin, unde sunt hidrolizate la aminoacizi, care sunt absorbiţi. In rumen, proteina alimentară cu valoare nutritivă redusă este convertită la proteina microbiană cu valoare mult mai ridicată.

Pornind de la premisa că producerea de CH4 şi eliminarea lui prin eructaţie reprezintă o pierdere de 10% din energia disponibilă pentru rumegătoare, s-a încercat utilizarea unor tehnici de diminuare a producerii de CH4 şi de creştere simultană a eliberării de acizi graşi volatili, care asigură o utilizare mai economică a hranei. Adăugarea antibioticului ionofor monensina în alimentaţie creşte randamentul formării de propionat şi scade producţia de CH4 în rumen.

Animalele utilizează mai eficient hrana, consumă mai puţin atât martorii, dar câştigă îngreuiate cu aceeaşi rată. Probabil, monensina selecţionează microorganismele care produc mai mult propionat şi mai puţin H2. Scăderea concentraţiei de H2 are drept consecinţă diminuarea producerii de CH4. Bacteriile metanogene îşi obţin energia, prin oxidarea H2 necesara reducii CO2 la CH4.

Rolul fiziologic al microbiotei gastrointestinale
Studiile experimentale asupra animalelor axenice au arătat că microbiota normală, în special intestinală, exercită efecte benefice asupra organismului gazdă:

-stimulează dezvoltarea organelor cu care vine în contact direct

-sintetizează vitamine (vitamina K, acidul folie, acidul nicotinic, biotina, riboflavina, piridoxina, tiamina şi acidul pantotenic), necesare metabolismului gazdei;

-stimulează mecanismele de apărare a gazdei;

-favorizează menţinerea stării generale a gazdei, împiedicând implantarea în intestin a unor microorganisme patogene;

-degradează compuşi chimici alimentari, care nu pot fi hidrolizaţi de sucurile digestive;

-favorizează eliminarea fecală a colesterolului.

Deşi microbiota exercită efecte favorabile multiple asupra organismului gazdă, ea nu este esenţială şi nu este indispensabilă pentru viaţa acestuia. Datorită evoluţiei îndelungate s-a creat o stare de dependenţă a gazdei de anumiţi stimuli, în special bacterieni. La ierbivorele rumegătoare, microbiota este esenţială pentru digestie şi pentru existenţa animalului, datorită absenţei celulazelor din sucurile digestive.

Microorganismele gastrointestinale au funcţii nutriţionale cu importanţă diferită la rumegătoare şi la mamiferele monogastrice. Studiile au evidenţiat că la rumegătoare, rolul microorganismelor indigene este esenţial, iar la animalele monogastrice şi la om, rolul lor este mai curând accesoriu.

Fermentaţia în intestinul gros. La animalele adulte, în funcţie de cantitatea de alimente ingerate şi de natura lor, materialele ce nu pot fi degradate de enzimele acestora în stomac şi de intestin sunt reţinute temporar în intestinul gros. Ele includ constituienţi fibroşi din materialele vegetale (celuloza, hemiceluloze), amidon, pectine, proteine, acizi nucleici etc. Lor li se adaugă macromolecule endogene aparţinând unor clase diferite de polizaharide ca, de exemplu, mucus gastrointestinal, imunoglobuline, constituienţi ai celulelor descuamate etc, precum şi unele glucide cu moleculă mică, cum sunt stahioza din fasole, rafinoza din seminţele de bumbac etc.

La bolnavii cu deficienţă genetică de hidroliza a lactozei, aceasta devine disponibilă pentru fermentaţie în intestinul gros. Nu se ştie în ce măsură, în intestinul gros, ajung componente ale cărnii ingerate. Hidroliza substanţelor complexe şi transportul produşilor rezultaţi, în celulele bacteriene sunt efectuate de sisteme enzimatice inductibile. Sinteza enzimelor hidrolitice este blocată prin represie sau activitatea lor este inhibată prin feed-back.

Fermentaţia este asigurată de o comunitate complexă de bacterii care atacă hexozele cu producerea acizilor graşi volatili (acetic, propionic, n-butiric, izobutiric, valeric, izovaleric şi caproic), CH4, CO2. O parte din acizii graşi rezultaţi în fermentaţie sunt absorbiţi prin peretele colonului, trec în sânge şi sunt metabolizaţi de organismul gazdei.

Unele microorganisme intestinale sintetizează în exces faţă de nevoile proprii, o serie de vitamine pe care le eliberează în lumenul intestinal (acid folie, piridoxina, biotina, acid pantotenic, riboflavina, vitaminele K şi B12). Nu se ştie în ce măsură ele sunt preluate efectiv de organismul uman, deoarece sunt produse, în special, de organisme din cecum şi colon. Uneori, efectul este invers, de deficit al vitaminei B12 pentru om, în urma consumării ei de către microorganismele intestinale.

In plus, bacteriile se lizează şi eliberează în sistemul digestiv al mamiferelor, toate componentele celulare.

Unul dintre produşii azotaţi, care se găseşte în intestinul gros, este ureea. Ea ajunge în intestin prin difuzia din sângele capilarelor. Bacteriile o hidrolizează la CO2 şi NH3, ultimul fiind folosit pentru biosinteze.

In cursul fermentaţiei se produc cantităţi importante de gaze (CO2, H2, CH4, apreciate la 200-2000 ml/zi. La circa 33% dintre indivizii umani, produsul major este CH4. O mare parte din H2 şi CH4 sunt absorbite în sânge şi sunt eliminate la nivel pulmonar. Producerea simultană de CH4 şi H2 este rară, deoarece H2 este folosit pentru reducerea CO2 la metan.

Microbiota normală grăbeşte tranzitul digestiv, care este mult mai lent la animale germ-free. Mecanismul acestei acţiuni este necunoscut. Probabil este rezultatul acţiunii sinergice a unor constituienţi chimici sau fizici din alimentaţie şi a produşilor finali de metabolism bacterian, asupra proceselor de neurotransmitere la muşchii netezi.

Sistemul ecologic microbiotă/intestin poate fi perturbat prin: a) administrarea unor substanţe antibiotice care distrug microorganismele sensibile şi se produc disbioze; b) prin infecţii sau alte boli ale sistemului.

Microbiota normală influenţează rata de turnover a eritrocitelor şi a activităţii lor enzimatice. Rata înlocuirii acestor celule este de două ori mai mare la animalele convenţionale de laborator decât la cele axenice.

Microbiota normală are funcţia de barieră antiinfecţioasă. Microorganismele autohtone exercită o funcţie de barieră care protejează organismele animale de implantarea unor organisme alohtone, ce pătrund cu alimentele sau cu apa. Această funcţie este pregnant evidenţiată de comportamentul diferit al animalelor axenice (germ-free) faţă de cel al animalelor convenţionale. Şoarecii axenici pot fi infectaţi per os, cu mare uşurinţă cu inocul mic de Sh. flexneri sau de S. enteridis (10 celule bacteriene). Ele se multiplică, se stabilizează şi se păstrează la densitatea de 1-10 miliarde celule/g de conţinut intestinal.

Animalele holoxenice (convenţionale) elimină microorganismele infectante, cu aceiaşi rată cu care îndepărtează un marker de control inert (sporii de B. subtilis, termofili, incapabili să germineze). Doza infectantă este de 10 celule de S. enteridis. Fenomenul a fost descris sub denumirea de „efect de barieră” (Ducluzeau, 1970).

Populaţiile de microorganisme din sistemul digestiv şi gazda lor formează un sistem ecologic al cărui echilibru este indispensabil pentru sănătatea individului. în acest sistem se realizează o serie de interacţiuni complexe, sinergice şi antagonice, pe de o parte între diferitele populaţii de microorganisme, iar pe de altă parte, între ele şi gazda lor, care asigură echilibrul sistemului. In stările de disbioză, care apar la om consecutiv terapiei cu antibiotice cu spectru larg, echilibrul este alterat.

Unele observaţii de laborator demonstrează existenţa unor efecte negative ale microbiotei normale. Unele microorganisme indigene pot favoriza pătrunderea unui microorganism patogen în organismul gazdă. Entamoeba histolytica este totdeauna comensală în intestinul gros, la animalele de laborator. Stabilirea ei în organismele-gazdă depinde de microbiota rezidentă. De aceea, animalele axenice sunt foarte rezistente la infecţie. Rarele episoade de patogenitate la animalele convenţionale sunt determinate, după Mackowiak (1982), de intervenţia factorilor de virulenţă proveniţi de la bacteriile intestinale indigene.

Relaţia dintre microbiota normală şi neoplazie a devenit evidentă după ce s-a demonstrat că microorganismele pot hidroliza substanţe inofensive cu producere de compuşi cancerigeni. Prin reducerea nitratului şi aminelor (utilizaţi ca prezervanţi) de către microorganisme pot rezulta nitrozamine (Walker, 1973). Unele microorganisme intestinale pot sintetiza nitrozamine in vivo, la pH neutru.

Microbiota normală a tractului urogenital. Tractul urogenital este steril, cu excepţia uretrei şi a vaginului. Microorganismele pot să migreze ascendent prin uretră, până în vezica urinară, dar în mod normal sunt rapid eliminate de anticorpii din secreţii, de acţiunea microbicidă a celulelor epiteliale ce căptuşesc vezica, ca şi de fluxul urinar descendent.

Uretra feminină este colonizată de un număr mare de lactobacili, streptococi şi stafilococi coagulază-negativi. Bacteriile de origine fecală (E. coli, Enterococcus faecalis, Proteus mirabilis, C. albicans) pot coloniza tranzitoriu uretra, dar când ajung în vezica urinară, proliferează şi produc infecţii ale tractului urinar.

Microbiota vaginală este mai abundentă şi mai diversificată. Predomină lactobacilii, deoarece se multiplică în mediul acid. Alţi anaerobi vaginali: Bifidobacterium, Peptostreptococcus, Porphyromonas.
Bacterii aerobe: Staphylococcus, Streptococcus, Corynebacterium, Mycoplasma, Candida. In mod obişnuit, Trichomonas este prezent în număr mic, dar poate prolifera şi produce vaginita.

loading...
DESCARCA APLICATIA CYD PE MOBIL
Aplicatie CYD Google Play

Nu sunt un artist, nu sunt un talentat scriitor, sunt om ca si tine. Doar ca diferentele dintre mine si tine o fac obiceiurile noastre si viata pe care o traim. Nu ne invartim in aceleasi anturaje, nu avem acelasi limbaj, la dracu nici macar nu ne cunoastem, dar sigur avem de impartit idei sau am avut aceleasi idei o data, desi repet nu ne cunoastem.

Nu te stiu, nu te cunosc, nu te vad, nu te ating, nu te caracterizez, nu te critic, nu te injur, nu te admir, nu te laud, dar tu poti sa ma critici, aplauzi, caracterizezi, poate chiar si sa ma apreciezi. E dreptul tau, e timpul tau.

Latest from Biologie

LIKE-ul tau CONTEAZA!Ti-a placut articolul si ai dat LIKE? Inchide aici
Mergi la Sus

Copyright © 2016 by CYD.RO. Toate drepturile sunt rezervate
Designed by Dianys Media Solutions - realizare site web - creare site web