Methaanemissie bij runderen: kan een transplantatie van pensflora de emissie verminderen?

Alle herkauwers en dus ook runderen emitteren methaan als gevolg van microbiële processen in de pens. Het pensmicrobioom (de pens is de eerste van de vier koemagen) bestaat uit een gevarieerde verzameling van micro-organismen die de ruwe celstof en koolhydraten uit het voeder fermenteren en ze daarbij omzetten naar energie voor de koe en voor de micro-organismen zelf. De jongste 10 jaar heeft zich in de wetenschap een methode ontwikkeld – metagenomics– waarbij het DNA wordt geanalyseerd, niet van één enkel organisme, maar van een hele populatie van organismen. Een totale flora (of microbioom) met alle aanwezige soorten kan dus zowel kwalitatief als kwantitatief in kaart worden gebracht. Er ontstaat als het ware een volledig beeld van welke en hoeveel micro-organismen er zitten. Karen Goossens: “ Ook ILVO beschikt sinds jaar 5 jaar over een genomics-platform, waar zowel voor het plantaardig, bodemkundig, dierlijk als voedingsonderzoek allerlei genetisch populatieonderzoek wordt gefaciliteerd. Met het doctoraat van Thijs werd ook bij ILVO gestart met de studie van het pensmicrobioom, wat zeker ook in andere onderzoeksprojecten navolging zal kennen.. Met de moleculaire techniek kunnen populatieverschuivingen na interne of externe veranderingen worden geconstateerd en opgevolgd.“ Overigens was het voor de tijd van de genomics-methodiek erg moeilijk om het microbioom in de pens in kaart te brengen. De microbiota in de pens van levende dieren laten zich heel moeilijk op een petriplaatje in cultuur brengen. En die culturen had je nodig om via PCR de bacteriesoorten te identificeren in het labo.

De bacteriële gemeenschap in de koeienpens bestaat uit een kern van dominante en alomtegenwoordige species, aangevuld door een waaier aan minder dominante bacteriën. De methaanproducerende micro-organismen zijn de zogenaamde methanogenen (behorende tot het domein van de Archaea). Het zijn oude oerbacteriën. Hun functie is onder meer om tijdens de fermentatie van het opgegeten voeder ontstaande waterstofgassen te verwerken. Gebeurt dat niet, dan zou de vertering volledig stilvallen. Het waterstofgas wordt echter door de methanogenen omgezet tot methaan, een broeikasgas dat de koe uitboert en dat haar een negatief klimaat-imago geeft.

Uit het onderzoek van Thijs De Mulder blijkt dat de Archaea behoren tot een alomtegenwoordige groep binnen het pensmicrobioom. De Archaea in de runderpens worden gekarakteriseerd door een lage diversiteit en rijkheid. “Precies de methaanproducerende microbiota zijn stabiel aanwezig bij alle individuele koeien die we onderzochten. Een transfer van de pensinhoud van de ene koe naar de andere resulteert niet meteen in een gewijzigde populatie of hoeveelheid Archaea.”.

“In hoeverre worden de micro-organismen in het totale pensmicrobioom en in hoeverre wordt de methaanemissie zelf beïnvloed door het ras en door de individuele koe (los van het voeder)”, vroeg De Mulder zich af. En zouden de boeren bijgevolg misschien hun kudde een pensflora met minder methaanemissie kunnen toedienen? Het ras doet er in elk geval niet veel toe, zo blijkt uit het doctoraatsonderzoek. De samenstelling van de groep methanogenen blijft gelijklopend en stabiel wanneer je Holstein-Friesian melkvee en Belgisch Witblauw vleesvee met elkaar vergelijkt. De verschillend tussen beider methaanemissies zijn voornamelijk toe te schrijven aan hun voederopname. Individuele verschillen tussen koeien zijn er wel degelijk, maar de verklaring ligt niet in het deel van de micro-organismen dat methaan produceert (de Archaea). “Dat weten we uit de experimentele transfers van de pensinhoud van een donorkoe met hogere methaanemissie naar de pens van 3 andere koeien met lagere methaanemissies. De samenstelling van het microbioom evolueerde door de transfer. Na zes weken was de diversiteit bij alle koeien weer op het niveau van voor de transfer. Iedere koe had in haar pens een nieuw aangepast microbioom, dat afweek van haar originele microbioom, maar dat ook niet helemaal meer geleek op het originele microbioom van de donorkoe. Maar het waren voornamelijk de minder dominante bacteriën die wijzigden en dus niet de alomtegenwoordige Archaea.“

De eerste proeven met pensfloratransplantatie toonden aan dat gastheer-interventie geen grote invloed heeft op methaanemissies. Dat betekent echter niet dat we niet veel geleerd hebben. “Er zijn andere verwante denkpistes in het vizier, die de methaanproductie van de koe zouden kunnen reduceren, zegt Karen Goossens, namelijk verder werken op voedersamenstelling en op en voederadditieven en –enzymen. Die werken niet op de hoeveelheid of de aard van de Archaea, wél op hun werking.

Project: Study of gastrointestinal communities of cows and pigs by metagenomics, with the focus on methane emissions and antibiotic resistance
Looptijd: 2014 - 2018
Samenwerking: UGent
Contact: Karen Goossens, promotor: karen.goossens@ilvo.vlaanderen.be