Odkrywanie tajemnic mikrobiomu krów
Przeżuwacze – podrząd ssaków, do których należy bydło – są wyjątkowe, ponieważ ich specyficzna anatomia pozwala im trawić rośliny, których nie udałoby się strawić innym zwierzętom. Na przykład pierwszą komorę żołądka przeżuwaczy, zwaną żwaczem, zamieszkują różne mikroorganizmy, zwane mikrobiomem, które odpowiadają za rozkład spożywanej przez zwierzę biomasy roślinnej i przekształcanie jej w energię. „Ta »współpraca« pomiędzy krową a jej mikrobiomem ewoluowała przez miliony lat, i to do tego stopnia, że zwierzę jest teraz zależne od swojego mikrobiomu, jeśli chodzi o trawienie pożywienia”, mówi Itzhak Mizrahi, profesor na Uniwersytecie Ben-Guriona. Mizrahi wyjaśnia, że ta relacja ma także duży wpływ na ludzi. „Ten sam mikrobiom pozwala krowom przekształcać energię zmagazynowaną w roślinach w łatwe do strawienia produkty spożywane przez ludzi, takie jak mięso i mleko”, dodaje. Jako że ten symbiotyczny związek między krowami i ludźmi jest tak korzystny, hodowla zwierząt gospodarskich stała się jedną z dominujących form produkcji żywności. Co nie oznacza, że nie wiąże się z wieloma wyzwaniami. Na przykład, 1,5 miliarda krów na świecie zjada około 20 % wszystkich roślin rosnących na Ziemi i zajmuje obszar obejmujący prawie 30 % całkowitej powierzchni naszej planety. Co więcej, podczas procesu mikrobiologicznej degradacji włókien roślinnych wytwarzany jest metan – silny gaz cieplarniany – który trafia do atmosfery. „Ogromne wyzwania, takie jak zmiana klimatu, ochrona środowiska i bezpieczeństwo żywnościowe, są powiązane ze żwaczem i jego mikrobiomem”, wyjaśnia Mizrahi. „Zatem im więcej dowiemy się o mikrobiomie, tym większą będziemy mieli szansę na zwiększenie dostępności żywności i hodowlę przyjaznych środowisku zwierząt gospodarskich”. Realizując projekt RuMicroPlas finansowany ze środków Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych, Mizrahi i jego zespół postanowili taką wiedzę zdobyć.
Plazmidy i ekosystem żwacza
Jednym z głównych przedmiotów badań naukowców były plazmidy – ruchome elementy genetyczne znajdujące się w komórkach, które mogą replikować się niezależnie od chromosomów. „Chcieliśmy zrozumieć rolę, jaką plazmidy odgrywają w ekosystemie żwacza – jak utrzymują się podczas zmian ekosystemu, jak zmieniają się w czasie i czy można je modyfikować lub kontrolować”, tłumaczy Mizrahi. Próbując odpowiedzieć na te pytania, naukowcy odkryli, że różne krowy, nawet z tego samego gospodarstwa i z dokładnie tą samą dietą, mają różne ekosystemy mikrobiomu. „Odkryliśmy, że niektóre z tych ekosystemów kierowały mniej energii do zwierzęcia i emitowały więcej metanu, podczas gdy inne społeczności mikroorganizmów emitowały mniej metanu i kierowały więcej energii do zwierzęcia, co skutkowało większą produkcją mleka”, mówi Mizrahi. Naukowcy uważają, że za te różnice odpowiadają właśnie plazmidy. „Plazmidy przenoszą ogromne ilości genów, ale nie jesteśmy do końca pewni, co wiele z nich koduje”, dodaje Mizrahi.
Więcej energii, mniej metanu
Naukowcom udało się jednak ustalić, że takie geny można potencjalnie modulować w sposób, który mógłby wpłynąć na rozwój ekosystemu mikrobiomu. „Taka interwencja pozwoliłaby nam stworzyć ekosystemy zdolne do wytwarzania większej ilości energii i mniejszej ilości metanu”, podsumowuje Mizrahi. „Byłby to duży krok w kierunku zwiększenia bezpieczeństwa żywnościowego przy jednoczesnym zmniejszeniu emisji szkodliwych gazów cieplarnianych odpowiedzialnych za zmianę klimatu”. Wiedząc, że takie modyfikacje są możliwe, naukowcy skierowali swoją uwagę w stronę rozwiązania kolejnej zagadki: jak doprowadzić do rozwoju bardziej wydajnych – i wytwarzających mniej gazów – ekosystemów mikrobiomów. Poszukiwanie odpowiedzi na to pytanie odbywa się w ramach finansowanego przez UE projektu RuMinimum.
Słowa kluczowe
RuMicroPlas, zmiana klimatu, bezpieczeństwo żywnościowe, żwacz, mikrobiom, krowy, metan, przeżuwacze, bydło, zwierzęta gospodarskie, produkcja żywności, gaz cieplarniany, plazmidy
