Influência metabólica de ciliados centrais no microbioma ruminal

The ISME Journal (2023) Cite este artigo

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Os protozoários compreendem uma fração importante da biomassa microbiana no microbioma do rúmen, dos quais os entodiniomorfos (ordem: Entodiniomorphida) e holotrichs (ordem: Vestibuliferida) são consistentemente observados como dominantes em uma variedade genética e geográfica diversificada de hospedeiros ruminantes. Apesar do aparente papel central que as espécies de protozoários exercem, suas principais contribuições biológicas e metabólicas para a função ruminal permanecem amplamente não descritas in vivo. Aqui, aproveitamos metaproteomas centrados no (meta)genoma de amostras de fluido ruminal originárias de bovinos e caprinos alimentados com dietas com níveis variados de inclusão de lipídios e amido, para detalhar os nichos metabólicos específicos que os protozoários ocupam no contexto de seus co-microbianos. habitantes. As estimativas iniciais do proteoma por meio de contagens de proteínas totais e quantificação livre de marcadores destacam que as espécies de entodiniomorfos Entodinium e Epidinium, bem como os holotrichs Dasytricha e Isotricha compreendem uma extensa fração do metaproteoma total do rúmen. A detecção proteômica do metabolismo de protozoários, como hidrogenases (Dasytricha, Isotricha, Epidinium, Enoploplastron), enzimas ativas de carboidratos (Epidinium, Diplodinium, Enoploplastron, Polyplastron), predação microbiana (Entodinium) e produção de ácidos graxos voláteis (Entodinium e Epidinium) foi observada em níveis aumentados em animais com alta emissão de metano. Apesar de certas espécies de protozoários terem reputação bem estabelecida para digerir amido, eles foram inesperadamente menos detectáveis ​​em animais com baixa emissão de metano alimentados com dietas ricas em amido, que foram dominadas por populações bacterianas produtoras de propionato/succinato, suspeitas de serem resistentes à predação, independentemente do hospedeiro. . Finalmente, reafirmamos nossas observações acima mencionadas em conjuntos de dados geograficamente independentes, iluminando assim a influência metabólica substancial que populações eucarióticas pouco exploradas têm no rúmen, com maiores implicações tanto para a digestão quanto para o metabolismo do metano.

Os ruminantes operam em simbiose com seu microbioma ruminal intrínseco, que é responsável pela degradação da forragem em nutrientes, na forma de ácidos graxos voláteis (AGVs), fornecendo aproximadamente 70% da energia líquida para o hospedeiro [1]. O próprio microbioma do rúmen é um conjunto complexo de microrganismos bacterianos, fúngicos, arqueológicos, virais e protozoários, cuja intrincada composição e função está ligada a características de produtividade do hospedeiro, como eficiência alimentar, produção de leite, saúde animal e emissões de gases de efeito estufa (GEE). ,3,4,5]. Grandes esforços de pesquisa colaborativa foram feitos para identificar e caracterizar o microbioma ruminal central, incluindo a criação de um catálogo disponível publicamente para genomas cultivados e sequenciados [6,7,8]. No rúmen, estima-se que as bactérias constituam 50-90%, protozoários 10-50%, fungos 5-10% e archaea <4% da biomassa microbiana total [9, 10]. Devido às dificuldades de cultivar axenicamente populações eucarióticas do rúmen e suas características genômicas complexas que são obstinadas às atuais tecnologias de montagem metagenômica e binning, a reconstrução do microbioma do rúmen tem sido fortemente tendenciosa para membros bacterianos e archaea, enquanto as contribuições de fungos e protozoários do rúmen atualmente permanecem mal caracterizados. Enquanto os fungos anaeróbios têm um papel respeitável como degradadores de fibras no rúmen, apenas 18 fungos intestinais anaeróbicos de herbívoros são descritos atualmente, com apenas 11 genomas disponíveis [11,12,13]. Da mesma forma, até o momento poucos genomas de protozoários do rúmen foram sequenciados e disponibilizados publicamente, sendo o principal deles o protozoário ciliado do rúmen Entodinium caudatum [14]. Mais recentemente, genomas amplificados de célula única (SAGs) foram recuperados de amostras de microbioma ruminal representativas de 5 espécies holotrich e 14 entodiniomorph abrangendo 13 gêneros, incluindo Isotricha, Dasytricha, Diplodinum, Enoploplastron, Metadinium, Eremoplastron, Ostracodinium, Polyplastron, Ophryoscolex, Epidinum e Entodínio [15].