Dalam catatan blog ini, kita akan melihat secara saintifik bagaimana mikroorganisma dalam perut ruminan memecah serat dan menggunakannya untuk menghasilkan tenaga.
Karbohidrat adalah sumber tenaga yang penting untuk manusia dan haiwan lain. Karbohidrat terbahagi kepada serat dan bukan serat. Manusia menggunakan enzim yang disintesis dalam badan untuk memecahkan bukan serat, seperti kanji dalam bijirin, menjadi glukosa, yang kemudiannya diserap dalam usus kecil dan digunakan sebagai sumber tenaga. Walau bagaimanapun, manusia tidak boleh mensintesis enzim yang memecahkan serat, seperti selulosa, yang merupakan komponen utama rumput dan sayur-sayuran, menjadi glukosa, jadi serat tidak boleh digunakan dalam usus kecil. Walaupun had ini, serat memainkan peranan penting dalam sistem pencernaan manusia. Sebagai contoh, serat menggalakkan peristalsis apabila ia melalui saluran penghadaman, mencegah sembelit dan membantu mengekalkan keseimbangan mikrobiota usus. Ini bermakna walaupun serat tidak digunakan sebagai sumber tenaga secara langsung, ia adalah penting untuk mengekalkan sistem pencernaan yang sihat.
Ruminan seperti lembu, biri-biri, dan rusa juga tidak dapat mensintesis enzim yang memecahkan serat, tetapi mereka hidup dengan menggunakan kedua-dua bukan serat dan serat sebagai sumber tenaga. Ruminan ini mampu melakukannya berkat struktur pencernaan mereka yang unik. Perut ruminan terbahagi kepada empat bahagian yang setiap satunya mempunyai fungsi tertentu. Perut pertama, dipanggil rumen, memainkan peranan penting dalam proses pencernaan ini. Rumen adalah rumah kepada pelbagai jenis mikroorganisma yang menghasilkan enzim yang diperlukan untuk memecahkan selulosa dan bukan selulosa.
Rumen ruminan tidak mempunyai oksigen, dan mikroorganisma yang hidup dalam persekitaran ini mempunyai pelbagai ciri fisiologi. Antaranya, Fibrobacter succinogen (F) ialah mikroorganisma perwakilan yang memecahkan selulosa. Dalam tumbuhan, selulosa berkait rapat dengan bahan lain di sekelilingnya, tetapi kompleks enzim yang dimiliki oleh F memecah struktur ini, mendedahkan selulosa, yang kemudiannya dipecah menjadi glukosa. F memetabolismekan glukosa ini dalam selnya dan menggunakannya sebagai sumber tenaga untuk terus hidup dan meningkatkan populasinya, dengan itu berkembang. Semasa proses metabolik ini, metabolit seperti asid asetik dan asid suksinik dihasilkan dan dilepaskan di luar sel. Asid asetik yang dihasilkan oleh mikroorganisma dalam rumen diserap terus ke dalam sel ruminan dan digunakan terutamanya untuk menghasilkan tenaga yang diperlukan untuk kelangsungan hidup dan mensintesis lemak badan. Sebaliknya, asid suksinik dalam rumen cepat dimakan sebagai sumber tenaga oleh mikroorganisma lain yang menghasilkan asid propionik sebagai metabolit. Asid propionik yang dihasilkan dalam proses ini digunakan sebagai bahan utama dalam proses metabolik sintesis glukosa dalam hati ruminan.
Rumen juga mengandungi Streptococcus bovis (S), yang memecahkan kanji bukan berserat. Mikroorganisma ini memecahkan kanji yang ditelan oleh ruminan menjadi glukosa, yang kemudiannya digunakan sebagai sumber tenaga untuk diri mereka sendiri melalui proses metabolik dalam sel mereka. Pada masa ini, produk metabolik yang dikeluarkan oleh S ke bahagian luar sel berbeza-beza bergantung kepada keasidan dalam sel. Apabila keasidan, yang ditunjukkan oleh indeks kepekatan ion hidrogen (pH), adalah neutral pada sekitar 7.0 dan kadar pertumbuhan perlahan, produk metabolik seperti asid asetik dan etanol dikumuhkan. Sebaliknya, apabila keasidan meningkat dan pH jatuh di bawah 6.0, atau apabila terdapat jumlah kanji yang mencukupi dan kadar pertumbuhan cepat, asid laktik dibuang sebagai metabolit. Dalam rumen, asid laktik diserap terus ke dalam sel ruminan dan digunakan untuk menghasilkan tenaga yang mereka perlukan, atau digunakan sebagai sumber tenaga untuk mikroorganisma lain yang mengeluarkan asid asetik atau asid propionik sebagai metabolit.
Walau bagaimanapun, pertumbuhan S yang berlebihan boleh memberi kesan buruk kepada ruminan. Apabila ruminan menelan jumlah bahan bukan serat yang berlebihan dalam tempoh masa yang singkat, bilangan S meningkat dengan cepat, dan jumlah asid laktik yang berlebihan dilepaskan, meningkatkan keasidan rumen. Akibatnya, mikroorganisma penghasil asid laktik seperti Lactobacillus rumenis (L), yang tumbuh dengan pesat dalam persekitaran berasid dan sentiasa mengeluarkan asid laktik sebagai metabolit, meningkat bilangannya dan mula mengeluarkan sejumlah besar asid laktik. Mikroorganisma pengurai gentian, termasuk F, mempunyai ciri mengekalkan pH yang malar di dalam sel mereka. Apabila pH di luar sel mereka berkurangan disebabkan oleh peningkatan kepekatan asid laktik, mereka menggunakan tenaga untuk mengekalkan homeostasis di dalam sel mereka, yang mengurangkan pertumbuhan mereka. Jika pH di luar sel mereka jatuh di bawah 5.8, tenaga mereka habis, dan mereka memasuki peringkat pemberhentian pertumbuhan dan kematian. Sebaliknya, S dan L agak tahan terhadap keasidan dan boleh menurunkan pH di dalam sel mereka untuk dipadankan dengan pH luaran walaupun ia turun kepada sekitar 5.5, jadi mereka hampir tidak menggunakan tenaga mereka untuk mengekalkan pH di dalam sel mereka dan boleh terus berkembang. Walau bagaimanapun, jika pH di luar sel S jatuh di bawah paras ini, ia juga berhenti membesar dan memasuki peringkat kematian, dan mikroorganisma penghasil asid laktik, termasuk L, yang lebih tahan terhadap keasidan, datang untuk menguasai mikroorganisma rumen. Ini menyebabkan asidosis ruminal akut, di mana pH rumen jatuh di bawah 5.0. Keadaan ini menimbulkan ancaman serius kepada kesihatan ruminan dan memerlukan pengurusan dan pencegahan yang betul.
