Funciones metagenómicas básicas del microbioma de las aves de corral

4 octubre, 2020

Seamos realistas: como suele presentarse, el microbioma parece terriblemente confuso. Esto no es una novedad para nadie que haya examinado un perfil microbiano como los informes de secuenciación de los años 16 ahora comunes en la literatura y la industria. Sin embargo, mirar el metagenoma más importante lo hace decididamente más simple. Los perfiles microbianos […]

Seamos realistas: como suele presentarse, el microbioma parece terriblemente confuso. Esto no es una novedad para nadie que haya examinado un perfil microbiano como los informes de secuenciación de los años 16 ahora comunes en la literatura y la industria. Sin embargo, mirar el metagenoma más importante lo hace decididamente más simple.

Los perfiles microbianos caracterizan la composición taxonómica. Es decir, nos dicen los tipos y cantidades de los diversos microorganismos presentes en el intestino. Y dejan una cosa excepcionalmente clara: la composición intestinal varía enormemente de un ave a otra, incluso cuando está sana y se cultiva en condiciones idénticas. Esto no es de extrañar. A medida que un ave se desarrolla desde que nace, los microorganismos que se adhieren a su intestino están sujetos a un grado natural de aleatoriedad. Surge la pregunta: ¿Cómo puede algo tan variable como la composición microbiana servir a una industria donde la consistencia lo es todo?

A medida que un ave se desarrolla desde la eclosión, los microorganismos que se adhieren a su intestino están sujetos a un grado natural de aleatoriedad, lo que significa que la composición intestinal varía de un ave a otra. Foto: Henk Riswick

Alerta frente a amenaza: la clave para desbloquear la robustez y la consistencia en el microbioma no es el perfil microbiano. Debemos mirar más profundamente, al metagenoma (la colección de todos los genes de la microbiota). Su primera reacción podría ser que esto suene incluso más complicado que los perfiles microbianos. No, es decididamente más simple y excepcionalmente poderoso.

En pocas palabras, el análisis del metagenoma se puede utilizar para comprender las funciones que el microbioma puede realizar cuando funciona en conjunto, como una unidad. Una analogía ayuda: si piensas en el microbioma como una orquesta, la microbiota son los músicos, mientras que el metagenoma es la música que tocan.

Más que una colección de errores

Siguiendo esta lógica, recientemente discutimos las ventajas de repensar el microbioma intestinal como una unidad en lugar de una colección de errores. La figura 1 ilustra este pensamiento. En lugar de centrarnos en las identidades de los organismos, consideramos los metabolitos bioquímicos que los atraviesan.

Los círculos de la Figura 1 representan estos metabolitos, mientras que las líneas indican las reacciones químicas (genes microbianos) que los realizan. A través de sus vías, el microbioma intestinal convierte el alimento no digerido en miles de metabolitos. Muchos son nutritivos para el huésped; otros se excretan en la basura, se escurren o se liberan a la atmósfera.

Algunos metabolitos intestinales son biomoléculas potentes que modulan las funciones sistémicas del huésped, como la inflamación, la inmunidad, el crecimiento muscular, el color, el sabor y potencialmente incluso factores de comportamiento, como el estrés, el nivel de actividad y el apetito.

Vías metagenómicas centrales

Aprendemos desde el principio en biología animal que ciertas funciones metabólicas, como la glucólisis y el ciclo del TCA, están altamente conservadas en diferentes especies. Estas vías conservadas proporcionan la base para funciones biológicas básicas, como el crecimiento y la homeostasis. La idea clave que obtenemos del estudio de la metagenómica es que el mismo principio se aplica a los microorganismos.

A menudo, los genes para producir un metabolito dado son redundantes en muchos microbios diferentes. Esta redundancia es la receta para la coherencia: 2 microbiomas pueden ser funcionalmente equivalentes incluso cuando tienen perfiles microbianos muy diferentes. Volviendo a nuestra analogía: puede intercambiar varios músicos dentro y fuera de la orquesta, pero el conjunto aún puede tocar la misma música.

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En nuestro propio trabajo con la secuenciación del genoma completo, observamos repetidamente que muchas funciones metabólicas del microbioma permanecen conservadas entre aves con perfiles microbianos muy diferentes. En términos generales, estas vías centrales del microbioma tienden a involucrar la utilización central de carbono y nitrógeno, como el metabolismo de carbohidratos, lípidos, aminoácidos y nucleótidos. Ciertamente, los aspectos del metabolismo del carbono microbiano, como la producción de ácidos grasos de cadena corta (AGCC), se han reconocido durante décadas. El propionato se mejora mediante la gluconeogénesis del huésped para crear energía metabólica adicional. El butirato nutre directamente el epitelio intestinal, entre muchas otras funciones. Los AGCC pueden interactuar con funciones reguladoras del hospedador, como la señalización inmunitaria y la red reguladora de hormonas pancreáticas.

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Las vías de utilización del nitrógeno controlan la degradación y biosíntesis de péptidos. El ave puede absorber los aminoácidos sintetizados por el microbioma para aumentar la disponibilidad efectiva de proteínas. En la producción animal, la fermentación proteica adversa puede generar un exceso de amoníaco, aminas biogénicas y toxinas nitrogenadas que degradan la función de barrera, desencadenan inflamación, reducen el bienestar y aumentan el impacto ambiental.

Nuevo modo de acción

La ciencia avícola se ha centrado durante mucho tiempo en la microbiota con productos para la salud intestinal: microbios de alimentación directa (DFM), aceites esenciales, ácidos orgánicos, prebióticos y NSPasas, por nombrar algunos. Estos productos tienen sus méritos, pero todos adolecen de una debilidad clave. Sus modos de acción se basan fundamentalmente en la taxonomía microbiana, vinculándolos a la variabilidad inherente de la composición microbiana. Los prebióticos y / o las enzimas que digieren la fibra proporcionan carbono fermentable adicional a la microbiota.

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Un nuevo marco para el modo de acción

Lo mismo ocurre con el microbioma. Si queremos coherencia, debemos proporcionar un conductor para dirigir la función, y la ciencia moderna del microbioma nos dice cómo. Existe la posibilidad de influir en la expresión de genes microbianos para vías específicas, o activar / desactivar vías de enzimas microbianas, por nombrar solo 2. Esta idea de la modulación metabólica del microbioma es, al mismo tiempo, simple y un marco radicalmente nuevo para el modo de acción (Figura 2).

Nuestro objetivo es una nueva categoría de aditivos alimentarios de precisión que actúan sobre las funciones metagenómicas centrales para inducir efectos específicos con una consistencia sin precedentes. Imagínese si pudiéramos modular de manera confiable las vías del microbioma para mejorar la salud, el rendimiento, el bienestar y la sostenibilidad de la producción avícola. Mantenga ese pensamiento y esté atento.

Referencias disponibles bajo pedido.

Fuente: https://www.poultryworld.net
Autores:
Dr. J.M. Geremia, Midori Animal Health y Dra. Maria Walsh, DSM