Un equip internacional, liderat per l’IRTA, ha analitzat la microbiota ruminal de gairebé 2.500 vaques de cinc races i cinc països, i ha descobert grups de bacteris, batejats com a «Ruminosignatures» o «firmes microbianes», que són hereditàries i estan directament relacionades amb les emissions de metà i l’eficiència alimentària de l’animal.

L’estudi, publicat a The ISME Journal, revista de referència en ecologia microbiana, obre la porta a incorporar marcadors microbians als programes de millora genètica del bestiar boví, amb l’objectiu de seleccionar animals més eficients i amb una empremta ambiental menor.

La ramaderia bovina és una de les principals fonts d’emissions de metà, un gas d’efecte hivernacle amb un poder d’escalfament encara més alt que el diòxid de carboni. Bona part d’aquest metà s’origina al rumen, el primer compartiment de l’estómac complex de les vaques, que funciona com un gran fermentador natural: al seu interior, milers de milions de microorganismes «treballen» descomponent l’herba i el farratge que menja la vaca, tot alliberant en el procés nutrients i metabòlits essencials per a l’animal… i també metà. Aquest mateix ecosistema microbià és el responsable, en última instància, de com aprofita la vaca l’aliment que consumeix i quant metà allibera en el procés.

És possible seleccionar animals que emetin menys metà. El problema és que mesurar directament el metà que emet cada animal, per poder seleccionar genèticament els que menys n’emeten, és una tasca cara i molt difícil d’aplicar a escala als milers d’animals que gestionen els programes de millora genètica. Trobar un indicador indirecte, fiable i més senzill d’obtenir s’ha convertit en un dels grans objectius de la recerca en aquest camp.

Un mapa de la microbiota ruminal a gran escala

Per intentar trobar aquest indicador, un equip liderat per l’IRTA, amb la participació de la Universitat Ben-Gurion del Nègueb (Israel), ICBF, Teagasc i la Universitat de Galway (Irlanda), la Universitat d’Alberta i la Universitat de la Colúmbia Britànica (Canadà), CSIRO (Austràlia), la Universitat de Nottingham (Regne Unit), INRAE (França), la Università Cattolica del Sacro Cuore (Itàlia) i Luke (Finlàndia), entre altres institucions, ha analitzat mostres de rumen de 2.496 animals de les races Holstein, Angus i Charolais, a més d’alguns encreuaments comercials, procedents del Regne Unit, Itàlia, França, Irlanda i el Canadà.

En lloc d’estudiar centenars d’espècies microbianes per separat, els investigadors van aplicar una tècnica estadística anomenada «factorització de matrius no negatives». Es tracta d’un mètode capaç de detectar patrons que es repeteixen en grans quantitats de dades i que aquí s’utilitza per agrupar els microorganismes que tendeixen a conviure, com si compartissin un mateix nínxol ecològic dins del rumen. El resultat van ser 14 d’aquests grups de bacteris, que l’equip ha anomenat Ruminosignatures o firmes microbianes, capaços d’explicar entre el 96% i el 99% de les diferències en la composició microbiana observades entre els animals.

L’estudi el signa com a primera autora la investigadora de l’IRTA Ioanna Theoni Vourlaki. L’acompanyen, per part de l’Institut i com a membres del programa de Genètica i millora animal, els investigadors Raquel Quintanilla, Miriam Piles i Yuliaxis Ramayo-Caldas. Aquest últim destaca la rellevància de la feina feta: «Fins ara, cada estudi del microbioma ruminal es centrava en una raça o un país concret, la qual cosa dificultava saber quines troballes eren realment generalitzables. En analitzar gairebé 2.500 animals de cinc països hem pogut identificar firmes microbianes que es repliquen de manera robusta, i són precisament aquestes les que tenen més potencial per aplicar-se en programes de millora genètica real».

A la recerca de les firmes bacterianes d’aplicació global

Dels 14 grups identificats, dos van aparèixer de manera sistemàtica en totes les races, països i sistemes de producció analitzats: un dominat pel gènere Prevotellai un altre per un gènere menys conegut, UBA2810. Aquest segon grup, que els autors han anomenat RS_UBA2, és el veritable protagonista de l’estudi. Els animals que mostraven més presència i abundància de RS_UBA2 al rumen emetien de manera consistent menys metà, una relació que es va repetir en les cinc poblacions analitzades i que una metaanàlisi conjunta va confirmar com a estadísticament sòlida, fins i tot després d’aplicar els controls estadístics més exigents. En diverses de les poblacions, a més, una abundància més gran d’aquesta Ruminosignature es va associar amb una millor eficiència alimentària: els animals guanyaven més pes o produïen més llet per cada quilo de pinso consumit.

L’equip va anar un pas més enllà i va comprovar que l’abundància de les diferents Ruminosignaturesal rumen de cada vaca depèn en part de la seva genètica: entre el 9% i el 58% de les diferències entre animals, segons la població, tenen una base hereditària. És a dir, no es tracta només d’un efecte de la dieta o el maneig, sinó d’un tret que, almenys parcialment, es podria transmetre de pares a fills i, per tant, seleccionar-se com qualsevol altre caràcter productiu.

Per què reduiria aquest bacteri les emissions de metà? L’anàlisi del genoma d’UBA2810 apunta a una explicació biològica plausible: aquest microorganisme competiria amb els arqueus metanogènics, els microbis responsables de produir el metà, per l’hidrogen disponible al rumen, tot desviant aquest hidrogen cap a altres usos.

De la recerca als programes de selecció genètica

La implicació pràctica de la troballa és directa: si una firma microbiana com RS_UBA2 és detectable en diferents poblacions de bestiar, hereditària i està associada de manera consistent a una eficiència alimentària més gran i una emissió menor de metà entèric (el que produeixen els animals durant la digestió), podria integrar-se com un indicador indirecte en els programes de selecció genètica del bestiar, tot complementant la informació genòmica de l’animal i reduint la necessitat de mesuraments directes de metà, molt més costosos.

L’estudi matisa, no obstant això, que juntament amb aquestes dues firmes «universals» n’hi ha d’altres d’específiques de cada raça, dieta o sistema de producció, la qual cosa suggereix que qualsevol estratègia per modificar el microbioma, per exemple, mitjançant l’ús d’additius alimentaris, s’haurà d’adaptar al context de cada població i sistema en lloc d’aplicar-se de manera uniforme.

Com a part del compromís amb la ciència oberta, l’equip ha posat a disposició pública els codis emprats, així com la matriu de referència utilitzada en l’anàlisi, de manera que altres grups de recerca puguin comparar les seves pròpies dades amb aquest marc comú sense haver de repetir tot el procés d’anàlisi des de zero. Això facilitarà la comparació entre estudis en un camp on les diferències metodològiques han estat tradicionalment un obstacle.

L’estudi s’emmarca en HoloRuminant, un projecte de recerca finançat pel programa Horizon 2020 de la Unió Europea en què participen equips de diversos països europeus. El seu objectiu és entendre com es connecten entre si els microbiomes que habiten les diferents parts del cos dels remugants (boca, rumen, intestí) i com aquesta connexió influeix en la seva salut, el seu benestar, la seva eficiència productiva i la seva empremta ambiental, incloses les emissions de metà.