Effects of concentrate supplementation on fecal microbiota, serum metabolomics, and proteomics in grazing Yili horses

Resumen Técnico: Efectos de la Suplementación con Concentrados en la Microbiota Fecal, Metabolómica Sérica y Proteómica en Caballos Yili en Pastoreo

Planteamiento del Problema
El caballo Yili, una raza de doble propósito en China, depende del pastoreo natural, el cual está sujeto a fluctuaciones estacionales y variaciones en las precipitaciones que pueden comprometer la calidad del pastizal y la disponibilidad de nutrientes. Aunque los pastos naturales proporcionan forraje, estos pueden no satisfacer los requisitos específicos de energía y proteína de las yeguas en el periodo de lactancia temprana, lo que podría restringir el manejo de la salud y el desarrollo de los recursos de leche de yegua. Si bien la suplementación con concentrados es una estrategia conocida para abordar estas brechas nutricionales, existe una falta de investigación integrada que examine cómo dicha suplementación afecta la compleja interacción entre la fermentación del intestino posterior, la estructura de la comunidad microbiana y el metabolismo sistémico del huésped (metabolómica y proteómica) en equinos en pastoreo.

Metodología
El estudio empleó un experimento controlado de 100 días (10 días de adaptación, 90 días de prueba) con 16 yeguas Yili en lactancia temprana (3–4 años de edad, ~391.5 kg) asignadas aleatoriamente a dos grupos:

• Grupo de Pastoreo (G): Pastoreo natural en el pastizal.
• Grupo de Pastoreo + Suplementación (GS): Recibió 2 kg/día de un suplemento concentrado formulado (52% maíz, 20% harina de soja, 12% salvado, 10% cebada, además de minerales/vitaminas) adicional al pastoreo natural.

Recolección y Análisis de Datos:

• Muestras: Se recolectaron muestras fecales (para parámetros de fermentación, pH y secuenciación de ARNr 16S) y muestras de sangre (para índices bioquímicos, metabolómica y proteómica) en el día 90.
• Análisis Fecal: Se midieron los ácidos grasos volátiles (AGV) mediante cromatografía de gases y se evaluó la diversidad microbiana utilizando la secuenciación de ARNr 16S de longitud completa de PacBio.
• Análisis Sérico:
  • Bioquímica: Analizador automatizado para glucosa, lípidos, enzimas hepáticas y bilirrubina.
  • Metabolómica: UPLC-MS/MS no dirigido (ESI+ y ESI-) para identificar metabolitos séricos.
  • Proteómica: LC-MS/MS basado en DIA (Orbitrap Astral) para cuantificar proteínas séricas.
• Estadística: Pruebas t independientes para datos bioquímicos; OPLS-DA para metabolómica; LEfSe para microbiota; y análisis de correlación (Spearman) para vincular la microbiota, la fermentación, los metabolitos y las proteínas.

Resultados Clave

• Fermentación Fecal y Microbiota:

  • El grupo GS exhibió concentraciones de propionato y butirato fecal significativamente más altas, un pH fecal más bajo y una relación acetato-propionato más baja en comparación con el grupo G.
  • La diversidad microbiana (índice de Simpson) fue mayor en el grupo GS.
  • Cambios a nivel de género: El grupo GS mostró abundancias relativas significativamente mayores de Treponema y Oliverpabstia, mientras que el grupo G tuvo abundancias más altas de Lachnoclostridium, Roseburia, Anaerosacchariphilus y Coprococcus.
  • El análisis de correlación indicó que Treponema estaba positivamente correlacionado con el butirato y negativamente con el pH, mientras que los géneros degradadores de fibra (Lachnoclostridium, Roseburia) estaban negativamente correlacionados con los productos de fermentación en el grupo suplementado.

• Bioquímica Sérica:

  • La suplementación con concentrados aumentó significativamente la glucosa sérica (GLU).
  • Disminuyó significativamente la bilirrubina total (TBIL), el colesterol total (TC) y el colesterol de lipoproteínas de alta densidad (HDL-C).
  • No se encontraron diferencias significativas en otros índices como urea, ALT, AST o triglicéridos.

• Metabolómica Sérica:

  • Se identificaron 487 metabolitos diferenciales (78 regulados al alza, 409 regulados a la baja en GS).
  • El enriquecimiento KEGG destacó vías relacionadas con el ciclo del ácido tricarboxílico (TCA), el metabolismo de nucleótidos, la secreción de bilis, el metabolismo de la vitamina B6 y el metabolismo del piruvato.
  • Los aumentos específicos en el grupo GS incluyeron estrona-3-sulfato, ácido fumárico, ácido úrico y ácido cítrico. Las disminuciones incluyeron cis-aconitato, inosina y guanina.

• Proteómica Sérica:

  • Se identificaron 31 proteínas diferencialmente expresadas (DEPs) (20 reguladas al alza, 11 reguladas a la baja en GS).
  • Reguladas al alza: Peroxirredoxina-5 (PRDX5), lactoilglutatión liasa (GLO1), transquetolasa, ATP1A1 y varias proteínas relacionadas con la inmunidad (por ejemplo, fragmentos de cadenas ligeras de inmunoglobulina, alfa-1-antitripsina).
  • Reguladas a la baja: Proteína de transferencia de fosfolípidos, anexina, calicreína-relacionada con la peptidasa 11 y fragmentos específicos de inmunoglobulina.
  • El enriquecimiento funcional apuntó a procesos metabólicos, respuestas celulares a estímulos y procesos del sistema inmunitario, específicamente involucrando el metabolismo del piruvato y la vía de las pentosas fosfato.

Contribuciones Clave
Este estudio proporciona una perspectiva multi-ómica sobre cómo la suplementación con concentrados altera el estado fisiológico de los caballos Yili en pastoreo. Al integrar la microbiota fecal, los parámetros de fermentación, la metabolómica sérica y la proteómica, la investigación elucida el vínculo mecánico entre la ingesta de almidón dietético y la adaptación metabólica del huésped. Demuestra que la suplementación desplaza la fermentación del intestino posterior hacia la producción de propionato y butirato, y modula los perfiles séricos para mejorar la disponibilidad de glucosa y la capacidad antioxidante, al tiempo que altera el metabolismo de lípidos y ácidos biliares.

Significancia y Reivindicaciones
Los autores concluyen que la suplementación moderada con concentrados (2 kg/día) altera eficazmente los patrones de fermentación fecal y la composición microbiana en los caballos Yili en pastoreo. El estudio afirma que estos cambios dietéticos regulan las vías relacionadas con el metabolismo de la glucosa y los lípidos séricos, el metabolismo de los ácidos biliares, las respuestas antioxidantes y el metabolismo energético. Específicamente, la regulación al alza de las proteínas antioxidantes (PRDX5, GLO1) y las enzimas involucradas en la vía de las pentosas fosfato sugiere una capacidad mejorada para el amortiguamiento metabólico y la desintoxicación.

El artículo postula que estos hallazgos sugieren que la suplementación moderada con concentrados puede mejorar el estado nutricional y metabólico de los caballos Yili en pastoreo, particularmente durante la lactancia. El estudio tiene como objetivo proporcionar una base teórica para la gestión nutricional de precisión y las estrategias de alimentación que optimicen la salud del caballo manteniendo la estabilidad ecológica de los pastizales. Los autores señalan explícitamente que, aunque la abundancia de Treponema aumentó (un género a veces asociado con la inflamación), el estudio no midió cambios histológicos, por lo que este riesgo potencial se nota con cautela.