Koeien produceren via hun spijsverteringsproces aanzienlijke hoeveelheden methaan, een krachtig broeikasgas. Elk dier stoot jaarlijks ongeveer 200 pond uit, waardoor vee een opmerkelijke bijdrage levert aan de opwarming van de aarde. Decennia lang is het terugdringen van de methaanemissies van vee zonder de productiviteit in gevaar te brengen een grote uitdaging geweest voor wetenschappers en boeren. Recent onderzoek biedt een doorbraak: rood zeewiervoer vermindert de methaanproductie dramatisch. De onderliggende microbiële mechanismen werden echter niet volledig begrepen.
Een gezamenlijk onderzoek van UC Davis, UC Berkeley en het Innovative Genomics Institute (IGI) werpt nu licht op hoe rood zeewier het darmmicrobioom verandert, en identificeert belangrijke microben die bijdragen aan de vermindering van methaan. Deze kennis brengt onderzoekers dichter bij het ontwikkelen van darmmicroben voor duurzame oplossingen voor de lange termijn, waarbij ze verder gaan dan de afhankelijkheid van zeewieradditieven.
Zeewier transformeert de koeiendarm
Eerdere studies hebben aangetoond dat rood zeewier (geslacht Asparagopsis ) een cruciaal enzym in methaanproducerende microben blokkeert. Uit het nieuwe onderzoek blijkt dat zeewier specifieke genactivaties en -deactivaties in deze microben veroorzaakt, wat hun cruciale rol in de methaanreductie aangeeft. Terwijl deze genen aan en uit gaan, stijgt het waterstofniveau in de darmen van de koe kortstondig.
Cruciaal was dat het team een pensbacterie identificeerde, Duodenibacillus, die in staat is deze overtollige waterstof te consumeren. Dit is belangrijk omdat een hoog waterstofgehalte verzuring in de pens kan veroorzaken, wat schadelijk kan zijn voor het dier. Duodenibacillus zet waterstof om in succinaat, een stof die de koe kan gebruiken om eiwitten te produceren.
“Dat is belangrijk omdat te veel waterstof kan leiden tot pensverzuring, wat schadelijk kan zijn voor het dier”, zegt Matthias Hess, projectleider en microbioloog van UC Davis. “In plaats daarvan gebruikt dit organisme de waterstof en zet het om in succinaat, een verbinding die het dier uiteindelijk kan gebruiken om eiwitten te maken.”
Engineering van methaanreducerende microben
De bevindingen openen de deur voor het ontwikkelen van microbiële gemeenschappen die de methaanproducenten verslaan. Door te begrijpen hoe Duodenibacillus functioneert, kunnen wetenschappers mogelijk het pensmicrobioom manipuleren voor grotere efficiëntie.
“Waterstof is een belangrijke energiebron in de pens, vooral voor methaanproducerende microben”, zegt Spencer Diamond, hoofdonderzoeker bij het IGI. “Deze studie helpt ons beter te begrijpen hoe andere microben die van nature in de pens voorkomen, deze waterstof kunnen omleiden van methanogenen naar bacteriën die dieren efficiënter kunnen maken.”
Experimentele resultaten
Onderzoekers analyseerden het pensvocht van acht koeien: vier op een regulier dieet en vier aangevuld met zeewier gedurende 14 dagen. Koeien die zeewier kregen, verminderden de methaanuitstoot met 60%, verhoogden de waterstofproductie met 367% en verbeterden de voerefficiëntie met maar liefst 74%.
Het team reconstrueerde ook het genoom van Duodenibacillus, een bacterie die voorheen niet in het laboratorium werd geïsoleerd. Deze volledige genetische code geeft inzicht in de rol van waterstofconsumptie, de concurrentiedynamiek met andere microben en de bredere functie in de pens. Er worden pogingen ondernomen om Duodenibacillus te isoleren voor verder onderzoek.
Dit onderzoek toont aan dat het manipuleren van het darmmicrobioom een haalbare route is om de methaanemissies van vee te verminderen. Door microbiële gemeenschappen te ontwikkelen die efficiënt waterstof verbruiken, kunnen wetenschappers duurzamere en klimaatvriendelijkere veehouderijsystemen creëren
