No es solo una colección de microbios: el microbioma es un órgano de las aves de corral

Autores: Dra. Maria Walsh, Dr. Javier Ameri, Ricardo Santos | dsm-firmenich

Breve resumen:
Durante décadas, las complejas comunidades microbianas presentes en el tracto digestivo de los animales se han considerado apenas como siendo una colección de microbios: algunos buenos y otros malos. Desde esa perspectiva, las estrategias de manejo resultantes parecen sencillas. Se eliminan los microbios malos, se alimenta a los buenos y se espera que éstos se fijen en el intestino para ejercer un efecto beneficioso.
Fig. 1. La composición microbiana intestinal (figura superior) varía enormemente entre aves sanas idénticas, pero las funciones de su microbioma (figura inferior) permanecen muy consistentes.

Sin embargo, al igual que sucede con la mayoría de los temas en la avicultura moderna, las cosas no son tan sencillas y la esperanza no constituye una estrategia. Afortunadamente, si profundizamos un poco más en los aspectos fundamentales de las comunidades microbianas, desvelaremos un enorme potencial inexplotado que nos permite mejorar la salud, el desempeño y la sostenibilidad de la producción avícola.

Para acceder a los nuevos modos de acción que lo hacen posible, debemos valernos de los recientes avances de la ciencia del microbioma.  Todo comienza con una constatación clave: el microbioma no es solo una colección de microbios. ¡Es un órgano!

El problema de la taxonomía

Tradicionalmente, la microbiota intestinal se ha estudiado de acuerdo con la taxonomía, o sea, los microorganismos intestinales se caracterizan de acuerdo con reino, filo, género, etc., como representación del rol que desempeña cada microorganismo. Este abordaje surgió a partir de las herramientas disponibles a los especialistas en microbiología animal, o sea, cultivo de organismos, sondas PCR y, con el tiempo, tecnologías de secuenciación como el perfil microbiano 16 S.

Sin duda, los métodos taxonómicos han sido valiosos para el sector. Se han utilizado para identificar patógenos y asociar determinadas cepas bacterianas y de levaduras a aves sanas. El estudio taxonómico permitió el desarrollo de muchos de los antimicrobianos, vacunas, probióticos y enzimas actualmente asociadas con la salud y el desempeño en la avicultura comercial moderna.

Con una historia tan rica, ¿por qué, entonces, debemos cambiar nuestro abordaje? Sencillamente, porque la taxonomía tiene un gran defecto. Deja de lado la característica más importante de las comunidades microbianas, o sea, el hecho de que los microbios no actúan de forma individual, ni mucho menos. Cooperan entre sí y con su huésped. Los microbiólogos actualmente saben que lo que el microbioma hace en conjunto representa mucho más que la suma de sus componentes.

La ecología de la utilización de los polisacáridos no amiláceos (PNA) nos brinda una idea de cómo cooperan los microbios. Los degradadores primarios de la fibra la descomponen primero en cadenas cortas de azúcares que, a continuación, se transforman en beneficiosos ácidos grasos de cadena corta por la acción de los degradadores secundarios.

Intuitivamente, ya se puede sospechar que este ejemplo de la utilización de los PNA apenas roza la superficie del asunto. Esto se comprueba a través de los complejos reportes surgidos al establecer los perfiles microbianos del intestino, ya habituales en la literatura y en la industria. La Figura 1 (arriba) muestra un perfil de este tipo obtenido a partir de nuestro propio trabajo con pollos de engorde.

La composición taxonómica varía enormemente, pero, por lo demás, se trata de aves genéticamente idénticas, sanas y de alto desempeño, alimentadas con la misma dieta, en el mismo galpón y al mismo tiempo. Sencillamente debe ser que muchos perfiles microbianos diferentes pueden desempeñar las mismas tareas básicas. De hecho, establecer el perfil microbiano es un poco como medir a un equipo por sus características demográficas.

Si buscamos apalancar todo el potencial del microbioma, simplemente debemos aceptar sus propiedades como comunidad y aprender a manipular la cooperatividad microbiana.

Adoptar el metagenoma

Como de costumbre, todo se resume a encontrar la herramienta adecuada para la tarea. Establecer el perfil solamente detecta un pequeño conjunto de marcadores de ADN para indicar la taxonomía.

En la última década, la secuenciación del genoma completo (WGS) ha quedado accesible a los investigadores del área de producción animal. Diferente del perfil, la secuenciación WGS revela el metagenoma completo, o sea, todos los genes presentes en el microbioma. El metagenoma nos indica las funciones que el microbioma puede desempeñar en conjunto. Una analogía útil sería pensar en el microbioma como si fuera una orquesta. La microbiota serían los músicos, al tiempo que el metagenoma representaría todas las músicas que la orquesta es capaz de tocar.

El estudio del metagenoma proporciona información clave sobre cómo se podría aprovechar el potencial del microbioma intestinal. En la última década, los científicos especializados en el microbioma humano descubrieron que, al igual que sucede en los animales, la composición de la microbiota varía de forma significativa entre personas sanas, incluso cuando se corrige de acuerdo con la dieta y el origen étnico. Pero esto no ocurre cuando se trata de los metagenomas. Las funciones que desempeñan los diferentes microbiomas (p. ej., sus vías metabólicas colectivas) suelen permanecer estables entre las personas.

Lo mismo se aplica a los animales. La figura 1 (abajo) muestra los datos del metagenoma de los mismos pollos de engorde de la Figura 1 (arriba). Para generar este gráfico analizamos los datos de secuenciación WGS y agrupamos los genes según sus vías metabólicas asociadas, en vez de su taxonomía. Muchas vías permanecen prácticamente constantes entre las aves, pese a la viabilidad de sus perfiles.

El órgano microbioma

Descubrir dicha consistencia en el microbioma nos indica que la función es más relevante que la composición. Por lo tanto, la moderna ciencia del microbioma ha pasado a considerarlo un órgano, o sea, un grupo de tejidos o células adaptadas para funciones específicas. La composición celular detallada puede variar sin perjudicar su propósito general y, al igual que otros órganos, el microbioma cuenta con su propia fisiología y patología asociadas.

En su conjunto, el órgano microbioma intestinal conecta la dieta, el animal huésped y el ambiente (Figura 2). Ello se debe a que el microbioma convierte los componentes no absorbidos del alimento en miles de metabolitos primarios y secundarios.

Algunos de estos metabolitos son directamente benéficos, mientras que otros son potentes biomoléculas que se absorben en el flujo sanguíneo y comunican con las funciones sistémicas del ave. Otros metabolitos se excretan en la cama o se liberan a la atmósfera. Tratar el microbioma como un órgano reduce la complejidad. En vez de interpretar cientos de especies, centramos nuestros esfuerzos en un pequeño número de funciones clave (p.ej., las vías metabólicas) que conducen directamente a los mecanismos reconocidos por crear valor para la avicultura.

Fig. 2. El órgano microbioma intestinal conecta la dieta, el animal huésped y también el ambiente.

Este cambio de enfoque y mentalidad abre enormes posibilidades a nuevos modos de acción que aportan consistencia al microbioma. Entre las oportunidades inmediatas se incluye optimizar la utilización del carbono y el nitrógeno del microbioma, que afectan la resiliencia del huésped a la disbiosis entérica, la homeostasis inmunoinflamatoria y las emisiones de nitrógeno. Otras oportunidades incluyen la mejora del comportamiento de los animales, la calidad de la carne, la eficacia de las vacunas e incluso nuevas terapias, apenas para citar algunas.

¿Puede la coccidiosis afectar al microbioma de las aves?

El mantenimiento de la salud intestinal en las aves es complejo y depende del delicado equilibrio entre la dieta, la microbiota comensal y la mucosa, incluidos el epitelio intestinal y la capa mucosa suprayacente. Los cambios en la composición y abundancia de la microbiota pueden tener efectos beneficiosos o perjudiciales para las aves (Qasim et al, 2022).

Por lo tanto, el manejo de la coccidiosis es un objetivo frecuente de la producción avícola en América Latina en un intento de reducir los daños causados por ella y todos los desafíos que implica como resultado de las lesiones que afectan el tracto gastrointestinal. Se estima que esta universal y grave enfermedad parasitaria causada por Eimeria en el intestino ocasiona importantes pérdidas económicas de más de 14 mil millones de dólares (Arendt et al., 2019; Adams et al., 2022). Estas pérdidas se deben principalmente a la reducción del grosor de la pared intestinal debido a la descamación y destrucción de las vellosidades, empeorando en consecuencia la absorción y utilización de nutrientes al destruir el equilibrio de la microbiota intestinal. Un control más preciso de la salud de la mucosa intestinal y de su microbiota podría ser la clave de unos resultados excelentes, ya que esta microbiota reside a lo largo de todo el tracto gastrointestinal en la mucosa y desempeña un papel crucial en la salud de su huésped. La infección por coccidiosis puede alterar el equilibrio de la microbiota intestinal y tener consecuencias nefastas, como la aparición de microbiota nociva y la disminución de la microbiota beneficiosa (Huang et al., 2018; Choi y Kim, 2022). Sin embargo, la microbiota perjudicial promoverá aún más la inflamación intestinal, que puede conducir a una enteritis necrotizante causada por la infección por Clostridium perfringens y, finalmente, provocar la muerte de las aves.

Por eso, la aparición de tecnologías innovadoras que puedan reducir los impactos y retos de la producción es importante para mejorar la rentabilidad del productor. Así pues, estos productos innovadores desarrollados recientemente, que tienen el potencial de aliviar los impactos sanitarios y pueden ayudar a mejorar los resultados obtenidos en las estrategias de control de la coccidiosis y en el mantenimiento de un correcto equilibrio del microbioma intestinal, son extremadamente importantes para la avicultura.

En busca de un director de orquesta

El abandono de los aditivos farmacológicos para alimentos balanceados ha cambiado la visión del sector sobre la funcionalidad intestinal. La reducción del uso de antibióticos ha llevado a los nutricionistas y veterinarios a adoptar las características del microbioma como una herramienta más que como una limitación.

La experiencia adquirida en Europa, América, así como también en un grupo creciente de países y productores pioneros en todo el mundo ha demostrado que los sistemas de producción avícola de alta calidad siguen siendo viables.

Estos enfoques han apalancado con éxito los conceptos científicos de la taxonomía microbiana intestinal. Sin embargo, como ya se sabe, la composición microbiana es muy variable y también lo son muchos de los productos actuales destinados a la salud intestinal. Las soluciones basadas en la taxonomía se enfrentan a limitaciones inherentes a su consistencia.

Aprovechar las funciones metagenómicas estables del microbioma es la nueva frontera en el área de la zootecnia.

 En lugar de cambiar de músicos, nuestro objetivo es afinar la música. No se buscan nuevos microorganismos, y sí, un director de orquesta que dirija la función del microbioma para beneficio de nuestros clientes.

Publicado

02 February 2024

Etiquetas

  • Aves

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