Le rumen : un écosystème microbien

25 octobre, 2020
Le rumen est responsable de la digestion des composés végétaux complexes en composés plus simples afin que l'animal puisse les assimiler. C'est pourquoi une symbiose entre l'écosystème microbien et le ruminant s'établit ici.

Les ruminants utilisent dans leur alimentation des composés que d’autres espèces, comme les humains, ne peuvent pas assimiler. Cela est dû à un large éventail de micro-organismes qui sont responsables de la digestion anaérobie (sans oxygène) de ces nutriments dans le rumen, par un processus appelé fermentation.

Cela est nécessaire pour la survie de nombreuses espèces importantes sur le plan agricole, comme les vaches. Nous vous expliquons ici ce qu’est le rumen. Vous découvrirez également certains des micro-organismes impliqués dans ce processus fascinant.

Le rumen

Les ruminants (bovins, caprins, cervidés et ovins) ont un système digestif assez complexe, formé de quatre cavités :

  • Le réticulum
  • Le rumen
  • La caillette
  • Le feuillet

À l’intérieur du rumen, des milliers d’êtres microscopiques produisent des enzymes qui aident à digérer les fibres végétales et le matériel cellulaire. C’est pourquoi nous disons que le rumen est un écosystème microbien. Dans cet écosystème, les bactéries constituent 60 % de la population des microorganismes.

Le processus du rumen

Il faut savoir que le rumen communique avec la bouche par l’œsophage. Voici les étapes que suit la nourriture jusqu’à ce qu’elle soit digérée :

  1. Tout d’abord, les animaux ingèrent des aliments végétaux. Ces aliments contiennent de la cellulose, de l’amidon, des pectines et d’autres éléments que les ruminants ne peuvent pas digérer directement, car ils ne possèdent pas les enzymes nécessaires.
  2. La nourriture passe ensuite de la bouche au rumen, où les micro-organismes convertissent ces molécules complexes en molécules plus simples (acides gras de faible poids moléculaire), en dioxyde de carbone et en méthane.
  3. Une fois que ces molécules ont été décomposées en molécules que l’intestin de l’animal peut absorber, la nourriture revient à la bouche, où elle est remâtée et ré-ingérée.
  4. Enfin, les aliments semi-digérés passent au réticulum, puis au feuillet et à la caillette, qui fait office d’estomac principal, car c’est là que se déroule le processus digestif.

La fermentation

Ces communautés microbiennes produisent des enzymes ayant des fonctions essentielles pour décomposer les glucides (à partir de la cellulose, de l’amidon et des sucres), ainsi que des composés azotés et des lipides. Ce processus est la fermentation.

Le processus de fermentation est essentiel pour l’obtention d’énergie (sous forme d’ATP), pour la croissance des micro-organismes eux-mêmes et pour la production de molécules essentielles pour l’animal, comme le glucose. Le processus est aussi important pour les composés contenant de l’azote, une substance essentielle pour la synthèse des protéines.

Ainsi, le système digestif de ces animaux obtient une source d’énergie sans avoir à recourir à des éléments extérieurs comme la vitamine B ou les acides aminés essentiels : les micro-organismes eux-mêmes les produisent à l’intérieur.

Il y a symbiose entre le ruminant et le système microbien.

La relation symbiotique dans un environnement anaérobie

Il faut noter que, comme on peut le voir, le rumen est un exemple de symbiose mutualiste : les ruminants fournissent aux microbes un environnement propice à la croissance et à l’activité. En retour, les microorganismes fournissent à l’hôte des nutriments provenant de la nourriture, qui ne pourraient pas être digérés autrement.

Ainsi, les ruminants ont une alimentation riche en fibres et pauvre en protéines.

Cet écosystème ruminal est constitué d’une grande variété de microorganismes qui établissent une relation symbiotique dans un environnement où il n’y a pas d’oxygène.

Ce microbiote est composé de bactéries, d’archées, de protozoaires et de champignons. Les bactéries sont les plus sensibles aux propriétés physico-chimiques du rumen. Celles qui dominent cette communauté appartiennent à deux familles différentes :

  • Firmicutes : principalement ceux du genre Butyvibrio, Lachnospira, Succiniclasticum et Ruminococcus.
  • Bacteroides : le genre prédominant est Prevotella.

Les archées représentent environ 1 % de la masse microbienne, et comme pour les eucaryotes, on trouve des protozoaires, qui occupent un tiers du total, et quelques champignons.

Les bactéries

La cellulose, principal composant de la paroi cellulaire des plantes, doit être correctement digérée et pour cela les bactéries cellulosiques sont indispensables.

Dans ce cas, un pH inférieur à 5,5 affecte le processus de digestion des fibres et une température de 39 degrés nuit à la capacité d’adhésion des bactéries.

Les bactéries amylolytiques sont également importantes en raison de la présence d’amidon dans l’alimentation des bovins et des vaches qui se nourrissent de céréales.

Les bactéries lactiques métabolisent l’acide lactique et contrôlent son accumulation, ce qui contribue à maintenir le pH dans la bonne fourchette.

Enfin, les bactéries dégradant la pectine jouent également un rôle majeur, puisque la pectine représente 10 à 20 % du total des glucides dans l’alimentation de ces animaux.

Les archées méthanogènes

L’activité des microorganismes est la principale source de gaz à effet de serre dans l’agriculture. Le méthane est généré par des arcs méthanogènes et est obtenu comme produit final de la fermentation. Elle est considérée comme une perte d’énergie, car elle représente entre 6 et 10 % de l’énergie totale.

Lorsque ce gaz est libéré dans l’environnement, il contribue à l’effet de serre. Lors de la méthanogénèse, les niveaux de CO2 et d’hydrogène dans le milieu sont réduits, ce qui est nécessaire. 80 % du méthane est généré par la fermentation de la fibre (cellulose), tandis que les 20 % restants sont générés lors de la décomposition du fumier.

Les protozoaires

Ces microbes sont impliqués dans la diminution du risque d’acidose suite à la consommation d’aliments ayant une forte concentration de sucres facilement digestibles.

90 % des protozoaires appartiennent au genre Entodiminiomorphida, dont la fonction principale est l’hydrolyse et la fermentation de la cellulose. Le diplopastron affine a une activité amylolytique, avec laquelle il produit du maltose et du glucose.

Les champignons

Il existe des champignons cellulosiques qui produisent certaines enzymes capables d’hydrolyser la cellulose et les xylanes. L’activité fongique favorise la digestion de la paroi cellulaire des légumes.

Ils sont particulièrement importants lorsque les ruminants ingèrent des substrats lignifiés. Par exemple, Neocallimastix frontalis solubilise la lignine dans les parois cellulaires afin que les bactéries puissent facilement accéder à la cellulose.

Le système digestif des ruminants est complexe.

Rumen : l’importance des microbes

Comme nous l’avons vu, les micro-organismes sont essentiels dans la dégradation du métabolisme des aliments ingérés par les ruminants. C’est donc un exemple de plus de l’importance de ces êtres unicellulaires dans le monde animal.

Enfin, il est essentiel que ce microbiote soit maintenu en bonne santé pour éviter des problèmes physiologiques chez l’animal, comme l’acidose.

  • Krause, D.O., Nagaraja, T.G., Wright, A.D. and Callaway T.R. Board-invited review: Rumen microbiology: leading the way in microbial ecology. J. Anim. Sci. (2013) 91 (1): 331-341.
  • Bickhart, D.M., and Weimer, P.J. Symposium revier: Host-rumen microbe interactions may be leveraged to improve the productivity of dairy cows. J. Dairy Sci. (2018) 101(8): 7680-7689.
  • Baldwin, R.L. and Connor, E.E. Rumen function and development. Vet. Clin. North Am. Food Anim. Pract. (2017) 33(3): 427-439.
  • McCann, J.C., Elolimy, A.A. and Loor, J.J. Rumen microbiome, probiotics and fermentation additives. Vet. Clin. North Am. Food Anim. Pract. (2017) 33(3): 539-553.
  • Castillo, A.R., Burrola, M.E., Domínguez, J. and Chávez, A. Rumen microorganisms and fermentation. Arch. Med. Vet. (2014) 46: 349-361.