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Caracterizan el 75 % de las Bacterias que Habitan en el Rumen del Ganado

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Un grupo de científicos, del que participó el INTA – Argentina, catalogó los genomas de 410 microorganismos presentes en el rumen de varias especies animales. Esto contribuirá a generar estrategias para la reducción de gases de efecto invernadero y la producción de biocombustibles.

Conocidos como rumiantes, en el reino animal los bovinos, caprinos y ovinos, entre otros, tienen la capacidad de convertir pasto en proteína animal de alto valor. Para que esto sea posible, la flora microbiana presente en el rumen fermenta el alimento y facilita la digestión de la materia vegetal rica en celulosa y lignina. Como resultado de este proceso, los animales emiten metano –uno de los gases de efecto invernadero.

Comprender las funciones de los microorganismos que integran el rumen, resulta esencial para el desarrollo de dietas más eficientes y, a su vez, ayudaría a minimizar las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI). Por esto, el consorcio internacional Hungate 1000, integrado por más de 55 científicos de 19 organismos de investigación de nueve países, analizó y catalogó los genomas de 410 bacterias cultivadas y arqueas –organismos unicelulares– presentes en el rumen de varias especies animales.

Del estudio, recientemente publicado en la revista científica Nature Biotechnology, participaron investigadores del Instituto de Biotecnología y del Instituto de Patobiología, ambos del Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas (CICVYA) del INTA.

Silvio Cravero, investigador del Instituto de Biotecnología del INTA, aseguró que la investigación “es un verdadero impulso a la biología del microbioma del rumen, ya que no solo permitió secuenciar los genomas de bacterias y arqueas que viven allí, sino determinar que 134 son las mismas que se encuentran en el intestino humano”.

Además de la caracterización de 410 microorganismos, el consorcio internacional analizó 91 genomas de interés, lo que elevó a 501 el número de organismos secuenciados –480 bacterias y 21 arqueas–. De esta manera, se estima que se analizó aproximadamente el 75 % de los géneros bacterianos presentes en el rumen.

 

“Este trabajo contribuirá a conocer la diversidad y el funcionamiento de las bacterias y arqueas presentes en el rumen y aportará al diseño y monitoreo de estrategias de mitigación de metano en los sistemas de producción animal”, destacó Cravero y agregó: “Será una línea de base para el estudio de microbiotas de otras especies animales”.

La colección de microorganismos y sus genomas, “constituyen un recurso biológico que se puede utilizar para avanzar en el estudio de secuencias de genes con propiedades a escala industrial y en la comprensión de la fisiología ruminal”, destacó Cravero y agregó: “Esto permitirá encontrar un equilibrio entre consumo, producción y reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero”.

María Esperanza Ceron Cucchi, del Instituto de Patobiología del INTA e integrante del consorcio internacional Hungate1000, explicó que “bacterias, protozoos, arqueas, hongos y bacteriófagos conforman la microbiota rumial cuya principal función es la de digerir enzimáticamente el alimento vegetal”.

De acuerdo con Ceron Cucchi, “la microbiota contribuye ampliamente a la promoción de la salud, productividad e inmunidad del animal. Es un campo de investigación que está en pleno auge en el mundo”.

“Por su función, estos microorganismos residentes en el tracto gastrointestinal determinan la extracción de nutrientes y participan en la regulación de su balance energético”, expresó la especialista del INTA.

De acuerdo con el artículo Cultivation and sequencing of rumen microbiome members from the Hungate1000 Collection, la fermentación entérica en rumiantes libera unos 125 millones de toneladas de metano a la atmósfera al año y es considerada la fuente antropogénica más importante de emisión de este gas de efecto invernadero.

En 2012, cuando el consorcio inició los estudios, solo 14 genomas microbianos estaban disponibles para su estudio.

Un catálogo para futuros desarrollo

Los aislamientos generados permitirán avanzar no solo en investigación orientada a la producción de biocombustibles, sino también de alimentos para animales, aditivos, antibióticos y aceites esenciales, así como incursionar en la generación de vacunas contra arqueas metanógenas, debido a que con la secuencia del genoma se puede identificar la proteína candidata para la vacuna. Tampoco descartan las aplicaciones en humanos.

El Laboratorio de Microbiología del Rumen del Instituto de Patobiología del INTA –único representante de Sudamérica en el grupo internacional– generó los primeros datos relacionados a la caracterización microbiana del rumen en camélidos sudamericanos.

Recientemente, el Instituto de Biotecnología inició colaboraciones con laboratorios de Nueva Zelanda para expresar en levaduras proteínas de arqueas metanogénicas. Serán evaluadas como inmunógenos en el diseño de vacunas destinadas a mitigar la emisión de gas metano derivado de la producción animal.

Los animales rumiantes -bovinos, caprinos y ovinos, entre otros- son capaces de convertir materia vegetal lignocelulósica en proteína animal de alto valor como carne, leche y fibra.

El rumen está formado por una comunidad de microorganismos o microbiota compleja constituida por bacterias, protozoos, fagos, arqueas y hongos. Se trata de un microbioma con alta densidad y diversidad microbiana con unos 10 mil millones de microorganismos por mililitros.

Como consecuencia del proceso de fermentación, se generan compuestos como ácidos grasos de cadena corta (acético, propiónico y butírico son los que se producen en mayor cantidad en la fermentación de los alimentos en el rumen) que son absorbidos y utilizados como fuente de energía por el animal.

Durante el proceso, también se generan moléculas simples como amonio, dióxido de carbono, hidrógeno y metano, este último reconocido entre los principales gases de efecto invernadero que contribuyen al cambio climático.

Si bien el ecosistema ruminal se estudia desde hace varios años, el conocimiento sobre la microbiota involucrada en la degradación de material lignocelulósico y de la formación del gas metano es limitado.

Es necesario comprender que un animal, un humano, una planta e incluso un insecto para desarrollarse requieren estar asociados a comunidades bacterianas determinadas, lo que lleva a definir el término holobionte. Donde cada uno conforma una unidad ecológica en conjunto con sus microbiomas y evolucionan juntos.

De la publicación en la revista Nature participaron científicos de Nueva Zelanda, Estados Unidos, Canadá, Australia, Japón, Reino Unido, Francia, Arabia Saudita y Dinamarca junto con integrares del proyecto Hungate1000 (cuyo nombre se debe al objetivo de llegar a estudiar 1.000 aislamientos microbianos ruminales).

El consorcio, liderado por los investigadores del Centro de Investigación en Pasturas del AgResearch, de Nueva Zelanda, recibió financiamiento del gobierno de ese país y del Departamento de Energía de los Estados Unidos, mediante el Joint Genome Institute (JGI). Además, tuvo el auspicio de la Alianza Global para la Investigación de Gases de Efecto Invernadero en la Agricultura (conocida como Global Research Alliance).

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Colombia trabaja para declarar región como «Libre de Fiebre Aftosa sin vacunación»

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Desarrollan vacuna contra el virus de la fiebre aftosa con tecnología innovadora

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El Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria de Argentina (INTA), el National Research Council de Canadá (NRCC) y Bioinnovo –empresa de base tecnológica conformada por el INTA y Vetanco SA– trabajan con la primera vacuna contra el virus de la fiebre aftosa que no utiliza material infectivo en su proceso de manufactura. Se trata de un hito de relevancia mundial.

La fiebre aftosa es la primera barrera en la comercialización internacional de productos agropecuarios. Los brotes de la enfermedad tienen un gran impacto económico y social a nivel global. Se estima que en las regiones endémicas las pérdidas anuales asociadas a esta enfermedad son de entre 8,4 y 27,3 billones de dólares.

Recientemente se reportaron brotes en animales salvajes en Alemania y en bovinos en Israel, que confirman los riesgos e importancia de contar con estrategias preventivas para esta enfermedad. Para prevenirla existen vacunas efectivas que emplean material infectivo en el proceso de producción. Muchos países deciden no tener plantas productivas de la vacuna dentro de sus territorios o prohíben trabajar con cepas diferentes a las de circulación regional, restringiendo la producción al mercado local.

Por esto, Bioinnovo –empresa de base orientada a la salud animal con más de diez años de trayectoria formada entre el INTA y Vetanco S.A.– es decir, “se puede producir en instalaciones convencionales utilizando los mismos equipos y tecnologías que los ya empleados en la fabricación de cualquier vacuna que utilice células de mamíferos en su proceso productivo”, explicó Andrés Wigdorovitz, director de INCUINTA y Bioinnovo.

“Se trata de una solución segura, eficaz y con perspectivas de posicionarse como una alternativa superadora en cuanto a requerimientos de seguridad y versatilidad”, aseguró Wigdorovitz. “Es la primera vacuna contra la fiebre aftosa en células de mamífero en no utilizar material infectivo en ninguna etapa del proceso productivo”, agregó, y destacó que “el proyecto de una vacuna recombinante para el tratamiento de la fiebre aftosa comenzó hace más de diez años en el Instituto de Virología y fue protegida por una patente a fines del año 2022”.

Por su parte, Marianela Dalghi, investigadora en Bioinnovo y responsable actual de liderar el proyecto, indicó: “Su fórmula basada en cápsides vacías recombinantes (o VLPs, del inglés Virus-Like Particles) hace que no sean necesarios procesos exhaustivos de purificación para eliminar proteínas no estructurales del virus y permite fácilmente discriminar animales infectados de vacunados (DIVA)”.

En ese sentido, al no utilizar virus infectivo en ninguna de las etapas de producción, “la fabricación de nuestra vacuna no está sujeta a las limitaciones nacionales e internacionales de manejo de cepas virales”, subrayó Dalghi. Además, destacó que “ofrece gran potencial para diversificar los portfolios vacunales, alcanzar nuevos mercados, expandir los bancos de antígeno, potenciar la capacidad de respuesta ante emergencias sanitarias en el país y agilizar el desarrollo de vacunas contra cepas virales emergentes”.

En los últimos dos años de trabajo, Bioinnovo logró validar la tecnología desarrollada a escala preindustrial, y avanzar en la elaboración de la documentación necesaria para su registro.

Se está trabajando, en esta etapa, en la búsqueda de un socio internacional. “Este trabajo se está realizando en forma articulada con Cancillería de la Nación de forma muy alentadora, para llevar la tecnología a la etapa de lanzamiento comercial dentro de 2 a 4 años, y con un producto que sea innovador, seguro y tan eficaz como las mejores vacunas disponibles actualmente”. subrayó Wigdorovitz

Por su parte, Jorge Winokur, presidente de Bioinnovo y Vetanco, declaró: “Desde Bioinnovo y su socio comercial Vetanco seguimos invirtiendo en plataformas de vacunas bioseguras para abastecer al mundo en el control de brotes de variantes exóticas”.

Esta política de manipulación segura de materiales va acompañada de los productos de la plataforma Biotech para inmunidad de las mucosas y la línea Vedevax de vacunas dirigidas. Y añadió: “Estamos orgullosos de contar con un equipo comprometido de investigadores, innovadores y técnicos”.

Nueva tecnología

La metodología actual que se empleó para producir nuestra vacuna recombinante se basa en el crecimiento en un biorreactor de las células de mamífero CHOBRI TM que contienen la información para producir de manera inducible VLPs del virus de la fiebre aftosa.

La estrategia de optimización de la producción inducible de VLPs que se desarrolló ha sido patentada por el INTA en conjunto con el NRCC.

Los biorreactores que se utilizan son los mismos que se usan en la producción de vacunas antiaftosa para replicar a las partículas virales infectivas en células de mamífero BHK-21. Luego de que las células alcanzan una masa crítica de crecimiento, se induce la expresión de las VLPs utilizando cumato, un compuesto químico que no es tóxico y es ampliamente accesible.

Después del período de inducción, se colectan las células y se lisan, y posteriormente se somete al lisado celular a procesos de purificación. Finalmente, se adicionan adyuvantes y excipientes de modo de obtener la formulación final, a la cual se le realizan los más estrictos controles de calidad.

Premio a la solución innovadora

Entre más de 1.500 postulantes, el proyecto desarrollado en conjunto por el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRCC) y el INTA, actualmente liderado y financiado por Bioinnovo, ganó la 15° edición (2024) del Concurso de Soluciones Innovadoras Banco Nación, organizado por la Fundación Empretec.

Este premio destacó la vacuna innovadora para prevenir la fiebre aftosa que utiliza cápsides vacías y genes recombinantes sintéticos, eliminando la necesidad de material infeccioso.

Este premio no sólo reconoció un avance científico-tecnológico sino también el esfuerzo de trabajo en equipo y compromiso para crear soluciones con impacto positivo a nivel mundial.

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