Fibrobacter succinogenes

Sinopsis

Fibrobacter succinogenes: Una referencia integral

1. Identidad y taxonomía

Clasificación

Fibrobacter succinogenes es una especie de bacteria celulolítica del género Fibrobacter. Es una bacteria gramnegativa, con forma de bastón, estrictamente anaerobia, que pertenece al filo Fibrobacteres, reconocida por su papel especializado en la degradación de la celulosa cristalina y otros polisacáridos de la pared celular vegetal. El organismo es no móvil, estrictamente anaerobio, gramnegativo y con forma de bastón. El filo Fibrobacteres comprende actualmente un solo género formal, Fibrobacter, y dos especies cultivadas, Fibrobacter succinogenes y Fibrobacter intestinalis, reconocidas como los principales degradadores bacterianos de material lignocelulósico en el intestino de los herbívoros.

Sinonimia y reclasificación

Cuando se aisló por primera vez, el organismo se clasificó como Bacteroides succinogenes, especie que más tarde fue renombrada como Fibrobacter succinogenes. Aunque originalmente se clasificó dentro de Bacteroides, los análisis filogenéticos posteriores establecieron su pertenencia a un clado profundamente arraigado dentro de las Bacterias, designado como el filo Fibrobacteres. El filo Fibrobacterota (Fibrobacteres) representa un grupo monofilético de ramificación profunda dentro del dominio bacteriano, propuesto inicialmente en 2001 mediante el análisis de secuencias del gen ARNr 16S, que lo separó del filo Bacteroidetes, donde F. succinogenes había sido ubicada anteriormente.

Relaciones evolutivas

Estudios de genómica comparativa han identificado dos indels de firma conservados y una proteína de firma que son compartidos exclusivamente por Fibrobacter succinogenes y todas las especies de los filos Bacteroidetes y Chlorobi, lo que proporciona evidencia convincente de que F. succinogenes compartió un ancestro común con las especies de Bacteroidetes y Chlorobi, con exclusión de todas las demás bacterias; estas especies se han propuesto como parte de un único superfilo "FCB".

Cepa de referencia y genoma

La cepa S85 se convirtió en una cepa modelo para la investigación y sigue siendo representativa de la especie de tipo silvestre. Para comprender mejor la biología de F. succinogenes, se secuenció por completo el genoma de la cepa tipo S85; se predijo un total de 3085 marcos de lectura abiertos a partir de su genoma de 3,84 Mpb. El análisis de las secuencias que se predice codifican enzimas degradadoras de carbohidratos reveló un número inusualmente alto de genes clasificados en 49 familias diferentes de glicósido hidrolasas, módulos de unión a carbohidratos (CBM, por sus siglas en inglés), esterasas de carbohidratos y liasas de polisacáridos.

Hábitat natural y distribución

Fibrobacter succinogenes, Ruminococcus flavefaciens y Ruminococcus albus son las bacterias celulolíticas predominantes en el fluido ruminal. Fibrobacter succinogenes es una bacteria anaerobia que coloniza de forma natural el rumen y el ciego de los herbívoros. Desde su aislamiento original a partir del rumen, estudios independientes de cultivo han sugerido la presencia de poblaciones de Fibrobacter en diversos tractos gastrointestinales de herbívoros. Dentro de Fibrobacterota, el género Fibrobacter es el único grupo bien definido; comprende dos especies residentes del rumen con características distintivas, Fibrobacter succinogenes y Fibrobacter intestinalis, que han recibido amplia atención en el sistema digestivo de los rumiantes debido a su notable capacidad celulolítica. La abundancia de F. succinogenes, determinada mediante un ensayo de PCR en tiempo real específico de especie, es significativamente mayor en la estera ruminal que en el fluido ruminal y las heces del ganado bovino.

2. Descubrimiento histórico y científico

Aislamiento inicial

Fibrobacter succinogenes fue aislada en 1954 por M.P. Bryant y R.N. Doetsch a partir del rumen bovino en la Universidad de Maryland; aislaron 8 cepas diferentes —S23, S61, S85, S111, S121, C2, M13 y M34— todas las cuales pertenecían a una sola especie, Bacteroides succinogenes. Los representantes fueron aislados y descritos por primera vez por Hungate durante estudios sobre la digestión de la celulosa en el rumen bovino (Hungate, 1950). Desde su descubrimiento en la década de 1950, se ha estudiado su papel en la digestión de los herbívoros y en la fermentación de la celulosa, la cual puede utilizarse en la producción de biocombustibles.

Contexto: sin uso tradicional en humanos

Fibrobacter succinogenes no es una hierba, un extracto vegetal ni una preparación medicinal tradicional. Es un microorganismo descubierto mediante la microbiología de laboratorio del siglo XX y no tiene un historial documentado de uso humano intencional en ningún sistema de medicina tradicional. Su estudio se ha centrado en su taxonomía, filogenia, ecología y potencial como fuente de nuevas glicosil hidrolasas de importancia biotecnológica. Por lo tanto, este artículo trata al organismo exclusivamente dentro del marco de la investigación científica y aplicada, y no puede fundamentarse ninguna afirmación de uso tradicional.

Desarrollo como modelo de investigación

La cepa tipo S85 de Fibrobacter succinogenes, una especie fibrolítica ruminal importante, fue aislada de un rumen bovino y desde entonces se ha utilizado como modelo para estudios extensos. La cepa tipo, Fibrobacter succinogenes S85, ha sido ampliamente investigada y se encuentra entre las más activamente celulolíticas de todas las bacterias estrictamente anaerobias y mesófilas conocidas. Se han realizado estudios comparativos de las actividades degradadoras de celulasas y xilanasas en otras cepas de F. succinogenes provenientes de diferentes rumiantes, incluidas cepas aisladas recientemente, para evaluar la validez de este modelo.

3. Componentes clave y compuestos activos

Enzimas activas sobre carbohidratos (CAZymes)

Se ha predicho que el genoma de F. succinogenes S85 codifica 104 glicósido hidrolasas (GH) diferentes, que representan el 3,37 % de todos los genes de S85, uno de los porcentajes más altos de GH en cualquier especie bacteriana. De estos, se predice que 31 genes funcionan como celulasas, distribuidas principalmente en GH5 (10 genes, incluidas endoglucanasas como celA y celD), GH9 (9 genes), GH8 (6 genes), GH45 (4 genes) y GH51 (2 genes). Cabe destacar que ninguno de estos genes de celulasa contiene dominios de dockerina ni está asociado con homólogos de escafoldina, lo que confirma la ausencia de un sistema celulosómico; en cambio, muchos (21 de 31) poseen péptidos señal para la secreción, y la mayoría carece de módulos de unión a carbohidratos (CBM) típicamente implicados en la unión a la celulosa cristalina.

El gen que codifica una endoglucanasa principal (endoglucanasa 1) de F. succinogenes S85 se identificó como cel9B a partir de la secuencia del genoma; Cel9B y otras dos glucanasas, Cel5H y Cel8B, se clonaron y sobreexpresaron, y sus proteínas se purificaron y caracterizaron; estas se ensayaron en varias combinaciones con otras dos celulasas predominantes, Cel10A y Cel51A, para evaluar interacciones sinérgicas utilizando celulosa molida en bolas. El grado de sinergia entre estas combinaciones enzimáticas varió de 0,6 a 3,7.

Vesículas de membrana externa (OMV)

Las vesículas de membrana externa (OMV) liberadas por F. succinogenes están enriquecidas con enzimas activas sobre carbohidratos, y las OMV intactas fueron capaces de despolimerizar una amplia gama de hemicelulosas lineales y ramificadas, así como pectina, a pesar de la incapacidad de F. succinogenes para utilizar azúcares no celulósicos (pentosas) para su crecimiento. Las CAZymes transportadas en estas vesículas eran en su mayoría glicósido hidrolasas (16 GH, incluidas xilanasas y celulasas) e incluían 3 liasas de polisacáridos y una esterasa de carbohidratos. Los perfiles de expresión de estudios in vivo mostraron que F. succinogenes dependía de las vesículas de membrana externa y de un repertorio diverso de CAZymes.

Proteínas "fibro-slime" y maquinaria de adhesión

El descubrimiento de que la mayoría de las bacterias anaerobias degradadoras de celulosa dependen de una unión estricta de la célula a la fibra de celulosa llevó a proponer una clase de proteínas de unión denominadas proteínas "fibro-slime", específicas de F. succinogenes y que se cree están localizadas en la membrana externa; también se demostró que estas proteínas fibro-slime participan en la adhesión a la celulosa y/o su degradación. El análisis de la secuencia del genoma de F. succinogenes condujo a la propuesta de un mecanismo de descomposición de la celulosa que involucra tanto a las proteínas fibro-slime como a las pilinas de tipo IV como medio de fijación de la membrana externa a la fibra de celulosa, con cadenas individuales de celulosa transportadas a través de la membrana externa mediante transportadores ABC y degradadas en el espacio periplásmico.

Productos finales de la fermentación

F. succinogenes convierte los polímeros de celulosa en glucógeno intracelular y en los metabolitos de fermentación succinato, acetato y formiato. El fosfoenolpiruvato (PEP), formado durante la glucólisis, se carboxila a oxaloacetato mediante la PEP carboxicinasa; el oxaloacetato se reduce luego a malato mediante la malato deshidrogenasa, se deshidrata a fumarato mediante la fumarasa y, finalmente, se reduce a succinato mediante una fumarato reductasa unida a la membrana que acepta electrones de la menaquinona. Esta vía permite la eliminación de equivalentes reductores, con rendimientos de succinato que alcanzan hasta 1,15 mol por mol de anhidroglucosa fermentada en condiciones óptimas de cultivo continuo. Aunque F. succinogenes carece de genes que codifican enzimas hidrogenasas y no produce hidrógeno molecular, genera formiato durante la fermentación, el cual puede ser utilizado por socios sintróficos en el microbioma ruminal para mantener el equilibrio redox intracelular mediante transferencia interespecies de electrones.

Almacenamiento de glucógeno

F. succinogenes es capaz de almacenar glucógeno intracelular, que puede representar hasta el 70 % del peso seco de la bacteria; este almacenamiento podría permitir que las bacterias permanezcan en el rumen en ausencia de sustratos metabolizables, pero el glucógeno intracelular se almacena y degrada simultáneamente, lo que sugiere un ciclo fútil. F. succinogenes utiliza el amoníaco como única fuente de nitrógeno, y se han identificado varios pasos de la vía de asimilación del amoníaco.

4. Mecanismos de acción

Adhesión a la celulosa y degradación superficial

F. succinogenes presenta una actividad particularmente alta frente a la celulosa cristalina, la cual requiere un contacto físico estrecho con este sustrato; a diferencia de otros microbios celulolíticos conocidos, no degrada la celulosa mediante un celulosoma ni mediante la producción de altos títulos extracelulares de enzimas celulasas. La adhesión bacteriana a la celulosa es el primer paso durante la degradación de la lignocelulosa; la translocación de las celulasas a la superficie ocurre mediante una vía dependiente del sistema T9ss, y en la superficie celular, las celulasas se fijan mediante residuos de serina y forman un complejo multiproteico junto con OmpA, TPR y proteínas fibro-slime; los productos liberados de la celulólisis (celodextrinas) se importan luego al periplasma mediante proteínas de barril beta y el sistema de transporte activo TonB/ExbB/ExbD, y las celodextrina fosforilasas escinden la celodextrina en glucosa-1-fosfato y celobiosa, las cuales se transportan luego al citoplasma mediante proteínas de unión a solutos y transportadores ABC.

Estrategia celulolítica única

La secuencia del genoma de la cepa ruminal S85 de F. succinogenes sugirió que, dentro de este grupo de organismos, ha evolucionado una "tercera" forma de atacar la celulosa; la eficiencia superior de la hidrólisis anaerobia de la celulosa por parte de Fibrobacter spp., en comparación con otras bacterias ruminales celulolíticas que típicamente utilizan complejos enzimáticos unidos a membrana (celulosomas), podría explicarse por este novedoso sistema de celulasas. Los ensayos de hidrólisis y utilización de polisacáridos mostraron que F. succinogenes era capaz de hidrolizar varios polisacáridos, pero solo podía utilizar los productos hidrolíticos de la celulosa, lo que sugiere que utiliza su conjunto de enzimas degradadoras de hemicelulosa para eliminar las hemicelulosas y así ganar acceso a la celulosa; esto se refleja en su genoma, ya que F. succinogenes carece de muchos de los genes necesarios para transportar y metabolizar los productos hidrolíticos de los polisacáridos no celulósicos.

Expresión génica adaptativa

Una gran proporción de los genes de celulasa se expresaron de forma constitutiva, incluido el gen que codifica Cel51A, la principal endoglucanasa de unión a celulosa producida por esta bacteria; otros genes de celulasa mostraron una expresión elevada durante el crecimiento en celulosa en comparación con el crecimiento en azúcares solubles. Dependiendo del tipo de celulosa disponible, esta bacteria produce un conjunto diferente de proteínas y enzimas necesarias para degradar cada tipo. Los resultados indican que el proteoma de la envoltura celular experimenta reordenamientos extensos para acomodar la maquinaria de degradación celulolítica, así como las proteínas asociadas involucradas en la adhesión a la celulosa y el transporte y metabolismo de los productos celulolíticos; las características moleculares de las enzimas lignocelulolíticas sugieren que el sistema de secreción de tipo IX está implicado en la translocación de estas enzimas a la envoltura celular.

Alimentación cruzada ecológica

F. succinogenes desempeña un papel clave en el rumen al degradar la celulosa en productos metabólicos disponibles para especies no celulolíticas como Streptococcus bovis, Selenomonas ruminantium o Treponema bryantii, las cuales han demostrado poder crecer sobre celulosa en presencia de F. succinogenes; por ejemplo, S. bovis puede cocultivarse con F. succinogenes S85 sobre celulosa como único sustrato de carbono, y esta liberación de celodextrinas podría tener implicaciones ecológicas importantes, ya que las celodextrinas pueden ser utilizadas como sustrato por otros microorganismos ruminales.

5. Evidencia científica por área de estudio

5.1 Digestión ruminal de fibra y nutrición de rumiantes

Fibrobacter succinogenes es el microbio más importante en términos de degradación de fibra en el rumen de los rumiantes, y se sabe que constituye un grupo filogenéticamente diverso de especies. Fibrobacter succinogenes desempeña un papel principal en la biodegradación de los polímeros de la pared celular vegetal en el rumen, con base en su predominio en el rumen de animales que consumen una dieta a base de forraje y en su capacidad para digerir las paredes celulares vegetales durante el crecimiento. En el rumen, una comunidad microbiana compleja y diversa de bacterias, arqueas, hongos y protozoos cataliza la descomposición enzimática de los sustratos lignocelulósicos, a pesar de su naturaleza recalcitrante, lo que en algunos casos conduce a la hidrólisis del 60 al 65 % de la celulosa en un plazo de 48 horas.

Aunque las poblaciones de Fibrobacter succinogenes se ven directamente afectadas por la composición de la dieta, en la mayoría de los casos es el microorganismo celulolítico más dominante en el rumen del ganado bovino. El número de esta bacteria es mucho mayor en el rumen de los animales alimentados con una dieta alta en forraje. Fibrobacter succinogenes, la principal especie de Fibrobacter en el rumen, es especialmente eficaz en solubilizar formas altamente ordenadas de celulosa; además, las cepas de F. succinogenes han demostrado una mayor capacidad para digerir la celulosa de forrajes intactos que otras especies de bacterias ruminales fibrolíticas.

Fuerza de la evidencia: Esta área de investigación está respaldada por décadas de estudios in vitro e in vivo bien replicados en animales, incluidos análisis genómicos, transcriptómicos y metabolómicos. No existe evidencia clínica en humanos sobre el papel directo de F. succinogenes en la fisiología digestiva humana.

5.2 Estudios en animales gnotobióticos in vivo

Un estudio en ovejas gnotobióticas proporcionó la primera evidencia de competencias in vivo entre F. succinogenes y las dos especies de Ruminococcus, mostrando que un simple desequilibrio dentro de la comunidad celulolítica tiene repercusiones en el metaboloma ruminal y en los productos finales de la fermentación. Los cambios en los organismos celulolíticos también afectaron al metaboloma ruminal, incluido un aumento del acetato y el butirato a expensas del propionato. En este experimento gnotobiótico en ovejas de múltiples períodos, se comparó la desaparición de materia seca y las actividades específicas de las polisacaridasas entre un período con solo F. succinogenes (semanas 22 a 27) y un período posterior a la inoculación de ruminococos celulolíticos (semanas 28 a 33), considerándose significativas las diferencias con P < 0,05.

Fuerza de la evidencia: Modelo animal (ovejas gnotobióticas); no se han realizado ensayos clínicos en humanos sobre F. succinogenes como intervención dietética. Estos hallazgos son mecanísticos y ecológicos, no directamente extrapolables a resultados de salud humana.

5.3 Dinámica poblacional inducida por la dieta

Las bibliotecas del gen ARNr 16S de animales alimentados con heno contenían un número significativamente mayor de bacterias pertenecientes al filo Fibrobacteres, mientras que las bibliotecas de animales alimentados con grano contenían un número significativamente mayor de Bacteroidetes; el análisis por PCR en tiempo real detectó aumentos significativos en Megasphaera elsdenii, Streptococcus bovis, Selenomonas ruminantium y Prevotella bryantii durante la adaptación a la dieta alta en concentrado, mientras que las poblaciones de Butyrivibrio fibrisolvens y Fibrobacter succinogenes disminuyeron gradualmente a medida que los animales se adaptaban a dicha dieta. La disminución de 40 veces en el número de aislados de Fibrobacter detectados fue consistente con observaciones previas que reportaron una disminución de 20 veces en el tamaño de la población.

Mediante PCR cuantitativa, se midió una disminución significativa en el número de copias del gen rrs 16S de F. succinogenes, Ruminococcus albus y R. flavefaciens por gramo de contenido ruminal en ovejas alimentadas con 50 % de concentrado / 50 % de heno, en comparación con una dieta de 100 % heno.

Fuerza de la evidencia: Ensayos controlados en rumiantes utilizando métodos moleculares cuantitativos. Consistentes y replicados en múltiples estudios, pero enteramente en modelos animales herbívoros.

5.4 Tolerancia al ácido y acidosis ruminal subaguda

Una disminución importante del pH ruminal puede reducir las poblaciones de bacterias celulolíticas y aumentar las endotoxinas bacterianas, lo que conduce a respuestas inflamatorias y a un impacto negativo en la salud animal. En un estudio, la cepa tipo S85 de F. succinogenes se adaptó para un crecimiento en estado estacionario en cultivo continuo a pH 5,75, y se confirmó su crecimiento en el rango de pH 5,60–5,65, un valor más bajo que el reportado previamente; las cepas silvestre y tolerante al ácido digirieron los residuos de maíz con igual eficiencia en cultivo por lotes a pH bajo, y el análisis de ARN-seq reveló que 268 y 829 genes se expresaron diferencialmente a pH 6,10 y 5,65, respectivamente, en comparación con pH 6,70. Las bacterias fibrolíticas no pueden mantener el pH dentro de sus células cuando el pH ruminal es bajo. No pueden crecer a un pH intracelular bajo, y un aumento del gradiente de pH conduce a la entrada de AGV no disociados en las células; la acumulación de aniones disociados en el compartimento intracelular induce una toxicidad grave para las bacterias.

Fuerza de la evidencia: Experimentos controlados de cultivo continuo in vitro combinados con análisis transcriptómico. Informativos a nivel mecanístico, pero limitados a contextos de laboratorio y animales; sin datos clínicos relevantes para humanos.

5.5 Emisión de metano y relevancia ambiental

Los resultados de un estudio mostraron que la producción de metano se redujo claramente cuando la especie fibrolítica dominante era una especie no productora de H₂, como Fibrobacter succinogenes, sin afectar significativamente la degradación de fibra ni las fermentaciones en el rumen; la adición de fumarato al contenido ruminal estimuló la utilización de H₂ únicamente en la microbiota ruminal inoculada con F. succinogenes, lo que sugiere que estas comunidades podrían desempeñar un papel importante en la reducción de fumarato in vivo. Aunque F. succinogenes carece de genes que codifican enzimas hidrogenasas y no produce hidrógeno molecular, genera formiato durante la fermentación, el cual puede ser utilizado por socios sintróficos en el microbioma ruminal para mantener el equilibrio redox intracelular mediante transferencia interespecies de electrones.

Fuerza de la evidencia: Experimentos de incubación in vitro y estudios controlados de inoculación en animales; esta área tiene relevancia ambiental y para la producción ganadera, pero sin aplicación directa en salud humana.

5.6 Aplicaciones biotecnológicas: producción de biocombustibles

Además de su interés para la nutrición de rumiantes, F. succinogenes ha recibido gran atención del sector biotecnológico porque esta especie produce un sistema celulolítico original que incluye vesículas de membrana como vehículos de CAZymes; descifrar este sistema podría ayudar en el diseño de nuevos procesos de bioprocesamiento consolidado (CBP, por sus siglas en inglés) para la producción de biocombustibles lignocelulósicos rentables y sostenibles. La secuencia del genoma de la cepa ruminal S85 de F. succinogenes sugirió que, dentro de este grupo de organismos, ha evolucionado una "tercera" forma de atacar la celulosa, y la eficiencia superior de la hidrólisis anaerobia de la celulosa por parte de Fibrobacter spp., en comparación con otras bacterias ruminales celulolíticas que típicamente utilizan celulosomas, podría explicarse por este novedoso sistema de celulasas.

F. succinogenes S85 es una bacteria degradadora de celulosa y productora de succinato; estas funciones son centrales para el ecosistema ruminal y de especial interés para varias aplicaciones industriales.

Fuerza de la evidencia: Investigación biotecnológica en etapa preliminar a intermedia. Se han publicado en revistas revisadas por pares modelos metabólicos a escala genómica, experimentos de fermentación in vitro y análisis transcriptómicos, pero, hasta donde indica la bibliografía disponible, no se han validado a escala comercial procesos de producción de biocombustibles que utilicen F. succinogenes.

5.7 Interacciones levadura-bacteria y aditivos alimentarios

Un estudio analizó in vitro las interacciones metabólicas entre la bacteria celulolítica Fibrobacter succinogenes S85 y la bacteria sacarolítica Selenomonas ruminantium PC18, así como el impacto de Saccharomyces cerevisiae CNCM I-1077, una cepa utilizada como aditivo alimentario para rumiantes, sobre su metabolismo e interacciones. Se encontró que la presencia de bacterias influía en el metabolismo de la levadura, y se sugirió la existencia de alimentación cruzada entre bacterias y levadura; los hallazgos ofrecen una comprensión más profunda de las interacciones in vitro entre F. succinogenes, S. ruminantium y S. cerevisiae, destacando posibles modos de acción que podrían explicar algunos de los efectos positivos observados de la levadura sobre la función ruminal in vivo, y subrayando las interacciones mutuas entre las bacterias ruminales y la levadura viva.

Fuerza de la evidencia: Estudio transcriptómico y metabolómico in vitro; los hallazgos son exploratorios y mecanísticos. No se han realizado estudios clínicos en humanos.

6. Sistemas corporales y áreas de salud asociadas

Sistema gastrointestinal (rumiantes)

La microbiota ruminal desempeña un papel esencial en la nutrición de los rumiantes al descomponer y fermentar el alimento de origen vegetal, transformándolo en una fuente de energía y proteína para el huésped. El genoma de F. succinogenes revela una bacteria especializada en la celulosa como su única fuente de energía y proporciona información sobre una estrategia novedosa de degradación de la celulosa. En el rumen, la comunidad microbiana cataliza la descomposición enzimática de los sustratos lignocelulósicos, lo que en algunos casos conduce a la hidrólisis del 60 al 65 % de la celulosa en un plazo de 48 horas.

Productos metabólicos relevantes para la nutrición del huésped

F. succinogenes S85 fermenta los productos de descomposición de la celulosa principalmente a ácido succínico y en menor medida a ácido acético, y la producción de estos productos de fermentación, junto con una aparente incapacidad para fermentar pentosas, parece ser una característica conservada entre las especies de Fibrobacter. El succinato producido en el rumen se absorbe y puede ser metabolizado por el huésped, contribuyendo al conjunto de ácidos grasos volátiles. El acetato y el formiato son productos finales de menor importancia en relación con el succinato, contribuyendo al conjunto general de ácidos grasos volátiles en los ecosistemas ruminales.

Salud animal: acidosis ruminal

Una disminución importante del pH ruminal puede reducir las poblaciones de bacterias celulolíticas y aumentar las endotoxinas bacterianas, lo que conduce a respuestas inflamatorias y a un impacto negativo en la salud animal. Se observó una disminución de la digestión in situ de la fibra tras la acidosis ruminal subaguda, probablemente debido al efecto negativo del pH bajo sobre los microorganismos implicados en la digestión de la fibra. Después de que el pH ruminal cae por debajo de 6,0, el entorno para los microorganismos ruminales cambia, lo que resulta en una disminución del crecimiento de las bacterias degradadoras de fibra, como Fibrobacter succinogenes y Ruminococcus flavefaciens, que son muy sensibles a las fluctuaciones de pH.

Herbívoros con fermentación en el intestino posterior

Fibrobacter succinogenes y R. flavefaciens fueron seleccionadas como bacterias fibrolíticas representativas en caballos, y se encontró que F. succinogenes estaba presente en los niveles relativos más altos en todos los individuos y durante la alimentación con todas las dietas estudiadas.

7. Formas de dosificación y preparaciones reportadas en la literatura

Fibrobacter succinogenes no está disponible como suplemento dietético comercial para humanos y no tiene una dosis establecida para humanos. El organismo se estudia exclusivamente en contextos de laboratorio, animales y biotecnológicos. En la literatura científica publicada se han descrito las siguientes preparaciones y condiciones:

Fibrobacter succinogenes S85, una bacteria gramnegativa estrictamente anaerobia, se ha cultivado en cultivo continuo en un biorreactor a diferentes tasas de dilución (0,02 a 0,092 h⁻¹) en un medio de cultivo completamente sintético con glucosa como fuente de carbono.
En experimentos de fermentación publicados, las cepas de Fibrobacter se cultivaron en un medio que contenía 30 % de fluido ruminal y 0,5 % de celulosa en forma de papel de filtro.
En estudios de tolerancia al ácido, la cepa tipo S85 de F. succinogenes se adaptó para un crecimiento en estado estacionario en cultivo continuo a pH 5,75, confirmándose su crecimiento en el rango de pH 5,60–5,65.
A un pH de 6,5, F. succinogenes tiene una mayor presencia en el rumen.

Ninguna fuente revisada por pares documenta un suplemento humano formulado, tableta, cápsula o forma de dosificación que contenga Fibrobacter succinogenes. Toda la información relacionada con la dosificación en la literatura se refiere a condiciones de cultivo in vitro o a inoculaciones en modelos animales.

8. Consideraciones de seguridad

No es un patógeno humano

F. succinogenes es una bacteria gramnegativa, con forma de bastón, anaerobia obligada, que contribuye de manera importante a la digestión de la celulosa. Su naturaleza anaerobia obligada significa que no puede sobrevivir en presencia de oxígeno. No existe evidencia revisada por pares que caracterice a F. succinogenes como un patógeno humano, y no figura como agente de grupo de riesgo en las principales autoridades sanitarias. No tiene un papel establecido en enfermedades infecciosas humanas.

Sensibilidad al pH y al entorno

Las bacterias fibrolíticas no pueden mantener el pH dentro de sus células cuando el pH ruminal es bajo. No pueden crecer a un pH intracelular bajo, y un aumento del gradiente de pH conduce a la entrada de AGV no disociados en las células; la acumulación de aniones disociados en el compartimento intracelular induce una toxicidad grave para las bacterias. Esta extrema sensibilidad a las condiciones ácidas y a la anaerobiosis obligada limitaría sustancialmente cualquier posible supervivencia en el intestino humano, aunque esto no se ha estudiado directamente.

Consideraciones sobre endotoxinas en modelos animales

Una disminución importante del pH ruminal puede reducir las poblaciones de bacterias celulolíticas y aumentar las endotoxinas bacterianas, lo que conduce a respuestas inflamatorias y a un impacto negativo en la salud animal. Como bacteria gramnegativa, F. succinogenes posee lipopolisacárido (LPS) en su membrana externa, una característica estructural de todas las bacterias gramnegativas. Ninguna literatura revisada por pares documenta un riesgo directo de exposición humana a esta bacteria.

Ausencia de datos de seguridad en humanos

Hay pocos filos bacterianos con potencial importancia funcional para los cuales exista tal escasez de datos fenotípicos y funcionales. La literatura científica actual no contiene ensayos clínicos en humanos, estudios de farmacología de seguridad ni evaluaciones toxicológicas de F. succinogenes en un contexto humano. Cualquier aplicación en la salud humana, ya sea como agente probiótico o terapéutico, requeriría caracterización bajo los marcos regulatorios aplicables, lo cual no ha ocurrido según la literatura disponible.

Interacciones con la microbiota ruminal (relevante para animales)

Un simple desequilibrio dentro de la comunidad celulolítica tiene repercusiones en el metaboloma ruminal y en los productos finales de la fermentación, hallazgo que debe considerarse al determinar estrategias destinadas a dirigir las fermentaciones ruminales para la producción animal. Existe interés en comprender mejor y prevenir los resultados adversos asociados con la acidosis ruminal subaguda.

9. Líneas de investigación actuales y limitaciones de la evidencia

Se espera que el trabajo que ilustra cómo la información genómica de F. succinogenes puede traducirse en el desarrollo de modelos dinámicos predictivos de los procesos de fermentación ruminal sea aplicable a otros microbios ruminales para producir un modelo del microbioma ruminal que pueda utilizarse en el estudio de estrategias de manipulación microbiana destinadas a mejorar la utilización del alimento y mitigar las emisiones entéricas.

La disponibilidad del genoma de F. succinogenes servirá para aumentar la comprensión de sus propiedades únicas de degradación de la celulosa y proporcionar información sobre la biología peculiar de esta bacteria y su filo; además, con el número creciente de genomas bacterianos ruminales disponibles, estos datos pueden aprovecharse para comenzar a comprender cómo interactúan estos microbios dentro del rumen y su impacto en la salud y el rendimiento de los rumiantes.

Una limitación fundamental en toda la investigación existente es que, esencialmente, toda la evidencia se deriva de experimentos bioquímicos in vitro, análisis genómicos y transcriptómicos, o modelos animales rumiantes. Los representantes cultivados de la mayoría de los huéspedes son escasos, y como resultado, la comprensión de su fisiología es limitada. No existen estudios clínicos en humanos, ensayos controlados aleatorizados ni revisiones sistemáticas relacionadas con F. succinogenes como suplemento dietético o agente probiótico para humanos. Las afirmaciones que pudieran surgir en la comercialización de suplementos no pueden fundamentarse en la literatura revisada por pares.