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Investigadores ensamblan «rompecabezas» genómico de microbios intestinales de vaca


MADISON, WISCONSIN, —Utilizando herramientas de alta tecnología, los científicos del Servicio de Investigación Agrícola ( ARS ) y sus colaboradores se sumergieron profundamente en la «sopa» microbiana del rumen de la vaca, la primera de las cuatro cámaras estomacales donde la planta es dura Las fibras se convierten en nutrientes y energía.


Por Jan Suszkiw


En última instancia, tales esfuerzos podrían conducir a nuevas formas de garantizar la salud y el bienestar de las vacas, así como a mejorar su producción de leche, carne y otros productos, señaló Derek Bickhart, un microbiólogo investigador del Centro de Investigación de Forrajes Lácteos de EEUU En Madison, Wisconsin. .

Anualmente, los estadounidenses beben alrededor de 18 galones de leche (por ejemplo, entera, descremada, baja en grasa) per cápita y comen alrededor de 59 libras de carne de res. La capacidad de la vaca para satisfacer esta demanda comienza con una comunidad simbiótica de microbios que habita en su rumen: bacterias, protozoos y hongos entre ellos.

«Composicionalmente, el rumen es único porque contiene organismos de los tres reinos de la vida: bacterias, arqueas y eucariotas. Todos estos organismos trabajan en conjunto para consumir materia vegetal, y las vacas utilizan los subproductos de su digestión para producir carne. y leche «, explicó Bickhart, quien está en la Unidad de Investigación de Biología y Utilización de la Pared Celular del centro ARS.

Bickhart estimó que hay más de 30,000 especies de estos habitantes del rumen, pero menos de un par de miles se han caracterizado adecuadamente. Eso deja una brecha en la comprensión de los investigadores sobre el papel que desempeña cada especie como parte de una comunidad más grande conocida como el «microbioma». Los investigadores también quieren saber qué puede significar la ausencia o la proliferación de un microbio para el bienestar y el rendimiento de la vaca, desde resistir enfermedades costosas como la mastitis hasta producir grasas lácteas importantes.

Ahora, Bickhart y sus colegas están manejando mejor la situación. Utilizando los últimos avances en equipos de secuenciación, han ideado una forma de leer la codificación química de los fragmentos de ADN de los microbios y ensamblar las piezas en genomas completos utilizando algoritmos especiales. A partir de esto, crearon un mapa genómico ordenado de todo el microbioma ruminal que facilitará la identificación de miembros individuales y sus funciones.

En el pasado, estas lecturas de secuencias se limitaban a unidades químicas de medida conocidas como pares de bases de nucleótidos que se encontraban en el rango de 100 a 500 pares de bases. Con el nuevo método, los investigadores obtuvieron lecturas de más de 9,000 a 30,000 pares de bases, un aumento resultante del uso del equipo de un secuenciador comercial de lectura larga (PacBio Sequel) y el nuevo método Proximeta Hi-C. Los detalles completos aparecen en la edición de agosto de 2019 de Genome Biology .

Entre otros beneficios, las lecturas de ADN más largas facilitan la identificación de genes que pueden revelar qué hace un microbio en particular o cómo se diferencia de otras especies estrechamente relacionadas.

«Si bien no hemos mapeado por completo los genomas de todos los microorganismos del rumen en nuestro estudio, nos hemos acercado más que los del pasado y también hemos identificado nuevos hechos biológicos sobre la comunidad que no conocíamos antes», dijo Bickhart.

Sus colaboradores y coautores en el artículo de Genome Biology incluyen científicos de otras tres ubicaciones del ARS, cinco universidades en los EE. UU. Y en el extranjero, dos empresas de biotecnología y el Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano en Bethesda, Maryland.

El uso por parte del equipo de sus procedimientos especializados de extracción y secuenciación de ADN también reveló nuevas ideas sobre otro habitante del rumen de la vaca, a saber, los «bacteriófagos», los virus que estimulan los genomas de las bacterias para replicarse. En total, el equipo identificó 188 interacciones entre bacterias y fagos, incluidas las preferencias del huésped, el ciclo de vida y los impactos en la actividad metabólica del microbio.

«En el lado de la aplicación directa, el conocimiento de la comunidad microbiana del rumen será crítico para estimar la eficiencia alimenticia del ganado e identificar los microbios que contribuyen directamente a la producción de grasa de la leche», dijo Bickhart.


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