Caracterização de microrganismos e sucessão da comunidade microbiana em silagem de cana-de-açúcar

Abstract

Em países de clima tropical, a silagem de cana-de-açúcar tem sido preconizada para uso na alimentação de ruminantes. No entanto, a cana-de-açúcar ensilada pode ter a qualidade diminuída devido à presença de microrganismos indesejáveis, como as leveduras. O interesse em compreender a dinâmica da sucessão microbiana durante a fermentação da cana-de-açúcar está relacionado com as perdas nutricionais associadas com a fermentação alcoólica causada pelas leveduras. Neste estudo, foram isoladas e caracterizadas 99 culturas de leveduras e 164 culturas de bactérias obtidas da cana in natura e da silagem de cana-de-açúcar obtidas em diferentes tempos de fermentação (1, 3, 7, 14, 21 e 28 dias). Além disso, a análise da composição da comunidade bacteriana e fúngica da silagem de cana-de açúcar foi realizada utilizando a técnica de PCR-DGGE. Foram identificadas dez espécies de leveduras pertencentes aos gêneros Candida, Pichia, Meyerozyma e Torulaspora. As espécies Pichia kudriavzevii e Candida glabrata foram abundantes em todos os períodos de fermentação, representando 45% e 29% do número total de leveduras isoladas, respectivamente. Também foram identificados isolados bacterianos pertencentes a 21 gêneros diferentes, incluindo bactérias do ácido láctico e bactérias aeróbias. O gênero Weissella foi o mais abundante nos primeiros dias de fermentação, representando 34,7% dos isolados da cana-de- açúcar, enquanto o gênero Lactobacillus predominou na fase mais tardia da fermentação, com 22,9% dos isolados. Sessenta e nove isolados inibiram o crescimento de Listeria monocytogenes in vitro e, dentre estes, 18 inibiram ao mesmo tempo L. monocytogenes, Escherichia coli e Bacillus subtilis. A análise da diversidade genética da comunidade bacteriana das amostras avaliadas indicou diferenças entre a cana in natura e a silagem após 28 dias de fermentação. O índice de riqueza de espécies do Domínio Bacteria reduziu 34,5% e 27,6% no grupo de leveduras após 28 dias de fermentação. Entretanto, os índices de diversidade foram semelhantes entre os períodos de fermentação avaliados. A análise de diversidade de Firmicutes e γ-Proteobacteria, indicou aumento de 40% na riqueza de membros do filo Firmicutes após 28 dias de fermentação e redução de 38,1% de representantes da Classe γ-Proteobacteria. A avaliação da composição da microbiota da silagem de cana-de-açúcar indicou o predomínio de algumas espécies de bactérias e leveduras durante a ensilage que poderão ser utilizadas como alvos para o desenvolvimento de aditivos visando melhorar a qualidade nutricional da silagem de cana-de-açúcar.

In tropical countries, sugarcane silage has been recommended for use in ruminant feed. However, the ensiled sugarcane can have a diminished quality due to the presence of unwanted microorganisms, such as yeasts. The interest in studying the microbial diversity and the dynamics of the microbial succession during sugarcane fermentation is related to nutrient losses associated with alcoholic fermentation caused by yeasts. In this study, we identified 99 yeast cultures and 164 bacterial cultures from silage of sugarcane, in different fermentation times (1, 3, 7, 14, 21 and 28 days). Furthermore, analysis of the bacterial community was performed using PCR-DGGE. Ten species of yeasts belonging to the genera Candida, Pichia, Meyerozyma or Torulaspora were identified. The species Pichia kudriavzevii and Candida glabrata were abundant in all sampling times, representing 45% and 29% of the total number of yeasts, respectively. Bacterial isolates belonging to 21 different genera were identified, including lactic acid bacteria and aerobic bacteria. The Weissella genus represented 34.7% of the bacterial population isolated in the first days of fermentation, while the genus Lactobacillus was prevalent in the later stages of silage, accounting for 22.9% of the isolates. Sixty-nine isolates inhibited the growth of Listeria monocytogenes in vitro and, among these isolates, 18 also inhibited Escherichia coli and Bacillus subtilis. Analysis of the bacterial communities showed a difference in diversity indices between fresh and 28- days fermented ensiled sugarcane. A reduction of 34% in culturable bacteria and 27.6% of the yeasts was observed after 28 days of fermentation. However, the diversity indices were similar in both fermentation times. Diversity analysis indicated an increase of 40% in the members of the phylum Firmicutes after 28 days of fermentation, while representants of the Class γ-Proteobacteria, reduced 38.1% during the ensiling process. Determining the composition on the sugarcane silage microbiota indicated the predominance of some species of bacteria and yeast that can be used as targets for the development of additives to improve the nutritional quality of the sugarcane silage.