¿Podríamos criar vacas que emitan menos metano?

En un nuevo estudio, investigadores de la Escuela de Medicina Veterinaria identificaron atributos de vacas lecheras con bajas emisiones de metano que podrían usarse como objetivos para la cría selectiva.

Estados Unidos | Penn Today, Universidad de Pensilvania | Todo El Campo | La reducción de las emisiones de metano del ganado beneficiaría a los productores y al medio ambiente. En un primer paso hacia la cría de vacas con bajas emisiones de metano, investigadores de la Facultad de Medicina Veterinaria de la Universidad de Pensilvania y la Universidad Estatal de Pensilvania han identificado diferencias clave entre las vacas que emiten naturalmente menos metano que el promedio.

El estudio, publicado en el Journal of Dairy Science (*), muestra que las vacas de baja emisión tienden a ser más pequeñas y albergan diferentes comunidades microbianas, y estas diferencias no se asociaron con la producción, sea una producción de leche reducida o una composición de leche alterada.

“Encontramos que las diferencias en las emisiones de metano fueron acompañadas por diferencias en las poblaciones microbianas, así como sus vías de fermentación”, dice el autor principal Dipti Pitta, profesor asociado de Mark Whittier y Lila Griswold Allam en la Facultad de Medicina Veterinaria. “Aunque nos centramos en las vacas lecheras, los resultados de este proyecto se pueden aplicar fácilmente a cualquier otro ganado rumiante, como ganado vacuno y ovino”.

El ganado produce el 25% del metano de los Estados Unidos, un gas de efecto invernadero 28 veces más potente que el CO2. Reducir estas emisiones es una prioridad para los productores porque, además del beneficio ambiental, la reducción de las emisiones de metano podría aumentar la producción de leche y el crecimiento animal.

“Los emisores bajos de metano son vacas más eficientes”, dice Pitta, quien trabaja en el Centro para la Administración de la Agricultura y la Seguridad Alimentaria. “La formación de metano es un proceso energéticamente ineficiente, por lo que reducir la producción de metano devuelve esa energía a la vaca para usarla en actividades metabólicas, incluida la mejora de la tasa de crecimiento y la producción de leche”.

En las vacas y otros rumiantes, el metano se produce en el rumen, o primer estómago, que es esencialmente un respiradero de fermentación microbiana que alberga millones de microbios que ayudan a las vacas a descomponer sus alimentos. Durante este proceso de digestión, los microbios convierten la fibra en varios productos químicos, incluido el metano, que las vacas liberan a través de eructos.

Actualmente, el método más comúnmente utilizado para limitar las emisiones de metano es alimentar al ganado con inhibidores de metano que evitan que los microbios del rumen produzcan metano, pero se sabe poco sobre cómo estos inhibidores afectan a los microbios. Estudios anteriores han demostrado que los inhibidores sintéticos de metano pueden reducir las emisiones de metano en un 30% y los inhibidores de metano derivados de algas marinas pueden reducir las emisiones en un 60%, pero pueden interferir con la digestión de los animales.

Un enfoque alternativo sería criar animales que emitan naturalmente menos metano. Las vacas varían naturalmente en la cantidad de metano que emiten, y estudios previos han sugerido que esta variación es parcialmente heredable.

“Queríamos investigar si algún componente genético del huésped u otros parámetros del huésped como el microbioma están asociados con vacas que producen menos metano”, dice Pitta. “Conocer estas características podría permitirnos criar selectivamente ganado con bajas emisiones de metano”.

Para hacer esto, el equipo de Pitta identificó primero cinco vacas con bajas emisiones de metano y cinco vacas con alto contenido de metano de una manada de 130 vacas Holstein lactantes alojadas en Penn State. Luego, los investigadores se propusieron caracterizar las diferencias entre estos emisores bajos y altos en términos de su genética, producción de leche, fermentación ruminal y microbiomas ruminales.

En promedio, los emisores bajos produjeron aproximadamente un 22% menos de metano que los emisores altos, lo que corresponde a 278 libras (aprox. 125,1 kilos) de metano por año por vaca en lugar de 354 libras (aprox. 159,3 kilos) por año.

En general, no hubo diferencias entre los emisores de metano bajos y altos en términos de ingesta de alimentos, cantidad de leche producida o composición de la leche, aunque los emisores bajos de metano digirieron menos de los alimentos que consumieron.

Sin embargo, hubo grandes diferencias en los microbios del rumen y los patrones de fermentación de las vacas con bajas y altas emisiones de metano porque el metano se produce a través de la fermentación microbiana. Las vacas con bajas emisiones de metano albergaban menos tipos de microbios en sus rumenes, y sus microbios tenían menos probabilidades de ser productores de metano o «metanógenos».

“Las diferencias en las emisiones de metano fueron acompañadas por diferencias en las poblaciones microbianas, así como sus vías de fermentación” dice Pitta. “La fermentación utilizada en emisores con alto contenido de metano conduce a una mayor producción de hidrógeno, por lo que hay más acetato que soporta la formación elevada de metano”.

Cuando los investigadores compararon la expresión génica de los microbios ruminales en emisores bajos frente a altos, básicamente una medida de la frecuencia con la que los microbios usan estos genes, encontraron que los emisores bajos tenían niveles más bajos de metil-Com reductasa, una enzima que participa en la formación de metano.

Las vacas con bajas emisiones de metano también tendían a tener estaturas más pequeñas que las de alto emisor. Aunque la conexión entre el tamaño corporal y las emisiones de metano puede no ser inmediatamente obvia, Pitta dice que básicamente se reduce al tamaño del estómago y la rotación de alimentos dentro del rumen.

“Hay un poco de diafonía entre el huésped y el microbioma en términos de si el huésped está impulsando el microbioma o el microbioma está impulsando al huésped», dice Pitta. Las vacas más pequeñas tienen rumenes más pequeños, lo que significa que pueden comer menos alimentos en un momento dado. Esto significa que hay una tasa de paso más rápida de alimentos a través del intestino, y este ritmo más rápido es menos hospitalario para los tipos de microbios que producen metano.

Ahora, Pitta está investigando si es posible criar selectivamente vacas lecheras para tener microbiomas eficientes. Para reducir aún más las emisiones de metano, estos resultados podrían combinarse con otras estrategias de gestión, por ejemplo, alimentando con inhibidores de metano sintéticos o de algas a vacas con bajas emisiones de metano, dice Pitta.

LOS AUTORES. Dipti Pitta es profesora asociada de Mark Whittier y Lila Griswold Allam en la Facultad de Medicina Veterinaria de la Universidad de Pensilvania.

Otros autores del artículo son Nagaraju Indugu y Meagan Hennessy de Penn Vet y Nadiia Stepanchenko, y Hannah Stefenoni, Derek Wasson, Sergio Cueva, Susanna Räisänen, Chad Dechow y Alexander Hristov de la Universidad Estatal de Pensilvania.

Este trabajo fue apoyado por el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos USDA (subvenciones Proyecto de Asignaciones Federales del Instituto Nacional de Alimentos y Agricultura PEN 04539, Número de Acceso 1000803, y USDA-NIFA-AFRI-006351 2017-05832).

Penn: Penn Hoy (upenn.edu)

(*) Artículo científico en Revista Ciencia Láctea:  Composición microbiana, parámetros de fermentación ruminal, emisiones entéricas de metano y rendimiento de lactancia de vacas lecheras fenotípicamente altas y bajas en metano con emisiones – ScienceDirect