Krávy produkují během procesu trávení značné množství metanu, silného skleníkového plynu. Každé zvíře uvolní přibližně 90 kilogramů ročně, díky čemuž se hospodářská zvířata významně podílejí na globálním oteplování. Snížení emisí metanu z skotu bez ohrožení produktivity zůstává po desetiletí velkou výzvou pro vědce a farmáře. Nedávný výzkum naznačuje průlom: přidání červených řas do jídla dramaticky snižuje produkci metanu. Základní mikrobiální mechanismy však nebyly dobře prostudovány.
Společná studie vědců z UC Davis, UC Berkeley a Innovation Genome Institute (IGI) nyní vrhá světlo na to, jak červené řasy mění střevní mikroflóru a identifikují klíčové mikroby, které přispívají ke snížení metanu. Tyto znalosti přivádějí výzkumníky blíže k vývoji střevních mikrobů pro dlouhodobá, udržitelná řešení, čímž se vzdalují závislosti na doplňcích řas.
Řasy přeměňují kravská střeva
Předchozí výzkum ukázal, že červené řasy (rod Asparagopsis ) blokují kritický enzym u mikrobů produkujících metan. Nový výzkum ukazuje, že řasy spouštějí specifickou aktivaci a deaktivaci genů v těchto mikrobech, což ukazuje na jejich kritickou roli při snižování metanu. Když se tyto geny zapínají a vypínají, hladiny vodíku ve střevech krávy krátce stoupnou.
Důležité je, že tým identifikoval bachorovou bakterii Duodenibacillus, která může spotřebovávat přebytečný vodík. To je důležité, protože vysoké hladiny vodíku mohou způsobit acidózu v bachoru a poškodit zvíře. Duodenibacillus přeměňuje vodík na sukcinát, sloučeninu, kterou kráva může použít k výrobě bílkovin.
“To je důležité, protože příliš mnoho vodíku může vést k acidóze v bachoru, což může zvíře poškodit,” řekl Matthias Hess, vedoucí projektu a mikrobiolog na University of California, Davis. “Místo toho tento organismus využívá vodík a přeměňuje ho na sukcinát, sloučeninu, kterou může zvíře nakonec použít k výrobě bílkovin.”
Vývoj mikrobů, které snižují emise metanu
Tato zjištění otevírají dveře rozvoji mikrobiálních komunit, které jsou lepší než producenti metanu. Pochopením toho, jak Duodenibacillus funguje, mohou vědci potenciálně manipulovat s bachorovou mikroflórou, aby zlepšili účinnost.
“Vodík je klíčovým zdrojem energie v bachoru, zejména pro mikroby produkující metan,” řekl Spencer Diamond, hlavní výzkumník IGI. “Tento výzkum nám pomáhá lépe porozumět tomu, jak mohou ostatní mikrobi, kteří se přirozeně vyskytují v bachoru, odebírat tento vodík z metanogenů a nasměrovat jej na bakterie, které mohou zvýšit efektivitu zvířat.”
Experimentální výsledky
Výzkumníci analyzovali bachorovou tekutinu od osmi krav: čtyři na běžné stravě a čtyři krmené řasami po dobu 14 dnů. Krávy krmené řasami snížily emise metanu o 60 %, zvýšily produkci vodíku o 367 % a zvýšily účinnost krmiva až o 74 %.
Tým také rekonstruoval genom Duodenibacillus, bakterie, která předtím nebyla v laboratoři izolována. Tento kompletní genetický kód poskytuje pohled na jeho roli ve spotřebě vodíku, konkurenční dynamice s jinými mikroby a jeho širší funkci v bachoru. Probíhají práce na izolaci Duodenibacillus pro další studium.
Tato studie ukazuje, že manipulace se střevní mikroflórou je schůdnou cestou ke snížení emisí metanu z dobytka. Vytvořením mikrobiálních komunit, které efektivně spotřebovávají vodík, mohou vědci vytvořit udržitelnější a ekologičtější systémy hospodářských zvířat.
