Il progetto sulla flora intestinale inizia con sterco di vacca
I ricercatori dell'Università di Hohenheim lavorano con stomaci di vacca artificiali e high-tech / scoperte che consentono un'alimentazione più mirata per animali più sani. Una mucca consuma in media 18 chilogrammi di mangime al giorno. Tuttavia, per poter assorbire i nutrienti da questa quantità di cibo, l'animale ha bisogno dell'aiuto di milioni di batteri diversi e altamente specializzati che colonizzano lo stomaco e il tratto digerente. Una collaborazione di ricerca tra scienziati di nutrizione animale e microbiologia dell'Università di Hohenheim a Stoccarda sta studiando come i batteri riescano a rimuovere preziosi nutrienti dalla massa vegetale resiliente. Il fulcro dell'indagine è il batterio Prevotella spp., Che costituisce fino al 40% dei batteri nel rumine. La Fondazione tedesca per la ricerca DFG finanzia il progetto complessivo con un totale di 450.000 euro. Questo lo rende uno dei pesi massimi della ricerca presso l'Università di Hohenheim.
I ruminanti come i bovini devono ottenere amido, proteine, vitamine e minerali dal cibo a base vegetale. Affinché possano farlo, batteri altamente specializzati lavorano a piena velocità nel rumine, il più grande degli stomaci delle vacche. "La particolarità della vacca è ottenere proteine da alimenti esclusivamente vegetali", spiega il microbiologo ed esperto di nutrizione animale Jun.-Prof. Dott. Jana Seifert.
Secondo Jun.-Prof. Dott. Seifert e il suo collega Prof.Dr. Julia Fritz-Steuber, il batterio Prevotella gioca un ruolo importante. “Poiché Prevotella costituisce una grande percentuale dei batteri nel rumine, presumiamo che svolga anche un ruolo importante nell'utilizzo degli alimenti. Finora, tuttavia, non sappiamo esattamente come Prevotella ottenga la sua energia dal cibo ", riassume il Prof. Dr. Fritz-Steuber ha riassunto l'obiettivo del progetto.
Nel progetto interdipartimentale, i due microbiologi stanno quindi studiando congiuntamente quali sostanze il batterio scompone e quali sostanze proteiche produce da esse. "Per fare questo, offriamo al batterio varie sostanze e vediamo quali assorbe", afferma il Prof. Dr. Fritz-Steuber.
Test alimentare per il batterio
L'approccio sembra sorprendentemente semplice, ma richiede una complicata tecnologia microbiologica. Pertanto, i due scienziati hanno diviso il lavoro. Prof. Dr. Fritz-Steuber, esperto di microbiologia a livello cellulare, coltiva in laboratorio il batterio Prevotella e poi offre loro i vari nutrienti presenti nel mangime per vacche. Una volta che il batterio è stato isolato dal suo ambiente normale, lo scienziato può capire esattamente quali sostanze utilizza Prevotella. “Sappiamo dalle indagini sul patrimonio genetico di Prevotella che il batterio è in grado di utilizzare una serie di sostanze nutritive. Finora, tuttavia, non siamo stati in grado di capire quali utilizza alla fine e quali no. "
Dal singolo elemento costitutivo all'intera catena di riciclaggio
I risultati del Prof.Dr. Gli esperimenti di Fritz-Steubers hanno sviluppato Jun.-Prof. Dott. Seifert. Tuttavia, lascia il batterio Prevotella nel succo del rumine. "In definitiva, vogliamo anche considerare quale influenza hanno gli altri componenti del succo rumine sull'attività di Prevotella".
In una fase successiva, Jun.-Prof. Dott. Vede ancora di più la realtà nello stomaco della mucca: ripete il test alimentare in un modello meccanico del rumine. Il modello simula i movimenti del rumine, che tendendo regolarmente vari muscoli assicura che il suo contenuto sia costantemente miscelato.
"Scegliamo un dettaglio dalla catena di utilizzo nello stomaco del bestiame, lo ingrandiamo ed esaminiamo e quindi inseriamo le informazioni ottenute nel quadro generale", afferma Jun.-Prof. Dott. Seifert.
La nuova struttura centrale consente l'accesso alla tecnologia più recente
Prof. Dr. Fritz-Steuber sottolinea quanto siano importanti i dispositivi di analisi ad alte prestazioni per il loro lavoro. "Vogliamo ingrandire il rumine e, grazie ai dispositivi moderni, gli occhiali stanno diventando sempre più fini". Questi dispositivi sono disponibili nella nuova struttura centrale dell'Università di Hohenheim dall'inizio dell'anno e sono utilizzati da dipendenti di un'ampia gamma di aree specialistiche.
Tra le altre cose, i microbiologi lavorano con il nuovo spettrometro di massa: consente loro di analizzare le proteine e altre sostanze che i microrganismi nello stomaco della mucca producono durante la digestione. "Questo tipo di ricerca è estremamente guidato dalla tecnologia e non sarebbe possibile senza apparecchiature su larga scala", afferma il Prof. Dr. Fritz-Steuber.
Migliore comprensione di uno stomaco di vacca più sano
Il livello di ingrandimento successivo più alto, l'intera mucca, non è più illuminato nell'esperimento. “Facciamo ricerca di base. Per poter utilizzare i nostri risultati nella nutrizione animale, devono prima essere ulteriormente sviluppati negli esperimenti di alimentazione ", afferma Jun.-Prof. Dott. Seifert.
Uno di questi ulteriori sviluppi potrebbe essere quello di stimolare l'attività e la quantità dei batteri Prevotella o la formazione di alcune sostanze benefiche per la salute da parte dei batteri attraverso un'alimentazione mirata. Gli scienziati sperano che questo possa promuovere la salute del rumine e rendere il mangime più efficiente.
Campioni dal rumine grazie all'accesso alla fistola
Grazie alle mucche fistolizzate dell'Università di Hohenheim, è facile per gli scienziati ottenere il succo del rumine di cui hanno bisogno: la fistola, un accesso artificiale al rumine, può essere svitata per prelevare campioni. Cinque vacche Jersey nelle scuderie dell'università sono dotate di questo tipo di accesso fatto di plastica imbottita.
Contrariamente ad altri metodi di campionamento, questo non provoca dolore o stress per le mucche e impedisce agli animali di dover essere macellati per analizzare il contenuto dello stomaco.
Background: "Interazione tra conservazione dell'energia fermentativa e respiratoria nel batterio ruminale Prevotella spp."
Nel progetto “Interazione tra conservazione dell'energia fermentativa e respiratoria nel batterio ruminale Prevotella spp”, le facoltà di agraria e scienze naturali lavorano a stretto contatto. Il Dipartimento di Microbiologia Cellulare del Prof.Dr. Fritz-Steuber e la cattedra junior "Feed-Gut Microbiota Interaction" di Jun.-Prof. Dott. Seifert riceverà 225.000 euro ciascuno dalla Fondazione tedesca per la ricerca. Il progetto inizierà a settembre 2017 e durerà 3 anni.
Background: ricerca dei pesi massimi
Scienziati dell'Università di Hohenheim hanno acquisito 29,5 milioni di euro di finanziamenti di terzi nel 2016 per la ricerca e l'insegnamento. In ampia successione, la serie "Heavyweights in Research" presenta progetti di ricerca eccezionali con un volume finanziario di almeno 250.000 euro per la ricerca che utilizza attrezzature o 125.000 euro per la ricerca non strumentale.
