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______________________________________________________ Revista Cientíca, FCV-LUZ / Vol. XXXIII, Supl. Esp., 279 - 291, 2023
Enfoques para modular el microbioma intestinal de
búfalo para una utilización eciente del alimento y
una reducción de la contaminación ambiental
Avijit Dey, Puran C. Lailer*, Tirtha K. Datta
División de Nutrición Animal y Tecnología de Piensos, ICAR-
Instituto Central de Investigación sobre Búfalos, Hisar, India
*Autor de correspondencia: avijitcirb@gmail.com
RESUMEN
Los búfalos son excelentes convertidores de alimentos
altamente brosos en productos comestibles como leche y
carne debido a la estructura del microbioma del rumen y su
funcionalidad. Alrededor del 37% al 44% de las emisiones
globales de metano, debido principalmente a la fermentación
entérica de los alimentos por bacterias brolíticas y la forma-
ción de metano por arqueas metanogénicas, presentes en el
rumen, son aportadas por los rumiantes y son una fuente im-
portante de producción de metano en el sector agrícola. Aun-
que las bacterias productoras de hiperamoníaco (HAB) están
presentes dentro del rumen (Clostridium aminophilum, Peptos-
treptococcus anaerobius y Clostridium sticklandii) en cantida-
Approaches to modulate bualo gut microbi-
ome for ecient feed utilization and reduced
environmental pollution
Avijit Dey, Puran C. Lailer*, Tirtha K. Datta
Division of Animal Nutrition and Feed Technology, ICAR-
Central Institute for Research on Buffaloes, Hisar, India
*Corresponding author: avijitcirb@gmail.com
ABSTRACT
Bualoes are excellent converters of highly brous feeds
into edible products like milk and meat due to the rumen micro-
biome structure and their functionality. About 37– 44% of global
methane emissions, mainly due to enteric fermentation of feeds
by brolytic bacteria and formation of methane by methanoge-
nic archaea, present in the rumen, is contributed by ruminants
and a major source of methane production in the agriculture
sector. Though the hyper ammonia-producing bacteria (HAB)
are present inside the rumen (Clostridium aminophilum, Pep-
tostreptococcus anaerobius, and Clostridium sticklandii) in low
numbers, the concentration of ammonia (>300 nmol NH3/ mg
cell protein/ min) they can produce makes them quantitatively
BOT-220 Rev. Cientif. FCV-LUZ, XXXIII, SE, 287-289, 2023, https://doi.org/10.52973/rcfcv-wbc130
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13th World Bualo Congress ~ 13er Congreso Mundial de Búfalos / Posters / Biotechnology & Omics Technologies ____________________
des bajas, la concentración de amoníaco (>300 nmol NH3/ mg
de proteína celular/min) que pueden producir hace que ellos
sean cuantitativamente importantes. El metano es el segundo
gas de efecto invernadero que más contribuye al cambio cli-
mático, mientras que el amoníaco es un potente contaminante
ambiental y responsable del agotamiento del oxígeno en los
cuerpos de agua, la reducción del pH del suelo y la generación
de nas partículas de aerosol nocivas, acompañadas de una
mayor amenaza de enfermedades pulmonares. Por lo tanto,
las funciones que desempeñan los microbios en el ecosistema
microbiano del rumen son fundamentales para el desarrollo
de métodos innovadores para modular el microbioma del ru-
men de una manera que mejore la producción de búfalos y, al
mismo tiempo, reduzca el impacto ambiental. Las principales
bacterias degradantes de la bra en el rumen de búfalo son Fi-
brobacter succinogenes, Ruminococcus avefaciens, R. albus,
Prevotella ruminicola y Butyrivibrio brisolvens. Sin embargo,
nuestros estudios recientes con análisis metagenómicos de
los metanógenos del rumen mostraron que Methanobrevibac-
ter era el género predominante tanto para el ganado vacuno
como para los búfalos, mientras que Methanomicrobium es
mucho mayor en los búfalos que en el ganado vacuno (18%
frente a 4,5%). Methanomassiliicoccaceae methanogens, un
importante grupo metilotróco de arqueas, fue aislado por pri-
mera vez en el rumen de búfalos. Las bacterias hiperproduc-
toras de amoníaco (HAB) son responsables de una tasa más
rápida de producción de amoníaco a partir de la degradación
de las proteínas de la dieta, lo que resulta en un desperdicio
de proteínas en los piensos y en la contaminación ambiental.
Las secuencias de ARNr 16S del cultivo de enriquecimiento del
contenido del rumen de búfalo revelaron que las Proteobac-
terias (61,1 - 68,2%) eran las bacterias más predominantes,
seguidas de las bacterias no clasicadas (24-29%), Firmicutes
(2,8-6,9%), Bacteriodetes (0,9-2%), Actinobacteria, (0,1-1,1%),
Fusobacteria (0,04-0,7%) y Synergistetes (0,1-0,4%) a nivel de
phylum. A nivel de familia y género, la mayoría de las secuen-
cias permanecieron sin clasicar. Entre las secuencias con
nombres de familia válidos, Acidaminococcaceae fue la más
predominante y constituyó del 1,5 al 4,7% de las secuencias.
De manera similar, a nivel de género, entre las secuencias con
nombre de género válido, Acidaminococcus fue la más pre-
dominante y constituyó del 1,4 al 4,1% del total de secuen-
cias bacterianas. Suplementación de compuestos bioactivos,
a saber, aceites esenciales (eugenol, aceite de orégano, timol,
etc.), saponinas o taninos en forma pura o mediante compues-
tos naturales (aceite de ajo, aceite de eucalipto, aceites de cla-
vo, fruto de Sapindus mukorossi, raíz de Glycyrrhiza glabra,
hojas de Ficus bengalensis, hojas de Ficus glomerata) ricos en
estos bioactivos, demostró que reduce la producción de meta-
no (30%) y amoníaco (50%) en búfalos con una mejora en el
peso corporal (14%), la producción de leche (10%) y la ecien-
cia alimenticia (15%) en búfalos Murrah. Se ha demostrado
que un aditivo alimentario compuesto formulado para reducir
la población de arqueas metanogénicas sin afectar los micro-
bios brolíticos del rumen aumenta la producción de leche, el
important. Methane is the second major greenhouse gas con-
tributing to climate change. At the same time, ammonia is a
potent environmental pollutant and is liable for the depletion of
oxygen in the body water, reduction of soil pH, and generation of
harmful aerosol ne particles accompanied by the augmented
menace of pulmonary diseases. Therefore, the roles played by
the microbes in the rumen microbial ecosystem are fundamen-
tal to developing innovative methods to modulate the rumen
microbiome to improve bualo production while reducing envi-
ronmental impact. The major ber-degrading bacteria in bualo
rumen are Fibrobacter succinogenes, Ruminococcus avefa-
ciens, R. albus, Prevotella ruminicola, and Butyrivibrio brisol-
vens. However, our recent studies with metagenomic analysis
of rumen methanogens showed that Methanobrevibacter was
the predominant genus for cattle and bualo. At the same time,
Methanomicrobium is much higher in bualoes than cattle (18%
vs. 4.5%). Methanomassiliicoccaceae methanogens, a major
methylotrophic group of archaea, was isolated in the rumen of
bualoes for the rst time. Hyper ammonia-producing bacteria
(HAB) are responsible for a faster rate of ammonia production
from dietary protein degradation, resulting in wastage of feed
protein and environmental pollution. 16S rRNA sequences of
enrichment culture of bualo rumen content revealed Proteo-
bacteria (61.1 - 68.2%) as most predominant bacteria followed
by Unclassied bacteria (24-29%), Firmicutes (2.8-6.9%), Bac-
teriodetes (0.9-2%), Actinobacteria (0.1-1.1%), Fusobacteria
(0.04-0.7%) and Synergistetes (0.1-0.4%) at phylum level. At
the family and genus level, most of the sequences remained
unclassied. Among sequences with valid family names, Acid-
aminococcaceae was most predominant, constituting 1.5 to
4.7% of sequences. Similarly, Acidaminococcus was most pre-
dominant at the genus level among sequences with valid genus
names, constituting 1.4 to 4.1% of total bacterial sequences.
Supplementation of bioactive compounds viz. essential oils
(eugenol, origanum oil, thymol), saponins or tannins in pure
form or through natural compounds (garlic oil, eucalyptus oil,
clove oils, Sapindus mukorossi fruit, Glycyrrhiza glabra root,
Ficus bengalensis leaves, Ficus glomerata leaves), which are
rich in these bioactive were shown to reduce methane (30%)
and ammonia production (50%) in bualoes with improvement
in body weight (14%), milk production (10%) and feed ecien-
cy (15%) in Murrah bualoes. A composite feed additive formu-
lated to reduce the methanogenic archaeal population without
aecting brolytic rumen microbes has been demonstrated to
increase milk production, antioxidant status, and immunity with
abatement of enteric methane production in Murrah bualoes.
Strategic supplementation of Moringa leaves or feeding of low
lignin sorghum cultivars were demonstrated to enhance feed
utilization and production performances of Murrah bualo with
reduction of enteric methane production. Therefore, insight
study of bualo rumen microbiome and dietary interventions
through strategic feeding and development of new products for
rumen stimulants, anti-methanogenic compounds, or alternate
hydrogen sinks in the rumen could be the promising strategies
for modulating gut health for ecient conversion of human
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inedible feeds to edible animal products so reducing the impact
of bualo production on environmental pollution.
Keywords: Gut microbiome, environmental pollution, bualo.
estado antioxidante y la inmunidad con la reducción de la pro-
ducción de metano entérico en búfalas Murrah. Se demostró
que la suplementación estratégica con hojas de Moringa o la
alimentación con cultivares de sorgo bajos en lignina mejoran
la utilización del alimento y el rendimiento de producción del
búfalo Murrah con una reducción de la producción de metano
entérico. Por lo tanto, el estudio profundo del microbioma del
rumen de búfalo y las intervenciones dietéticas a través de la
alimentación estratégica y el desarrollo de nuevos productos
para estimulantes del rumen, compuestos antimetanogénicos
o sumideros de hidrógeno alternativos en el rumen podrían ser
estrategias prometedoras para modular la salud intestinal para
una conversión eciente del alimentos no comestibles para el
humano, desde piensos animales comestibles, reduciendo así
el impacto de la producción ganadera en la contaminación am-
biental.
Palabras clave: microbioma intestinal, contaminación am-
biental, búfalo.
