Residual feed intake phenotype modulates growth performance and ruminal microbiome responses to a Bacillus-based direct-fed microbial in beef steers

Resumen Técnico: El fenotipo de la Ingesta de Alimento Residual modula el rendimiento del crecimiento y las respuestas del microbioma ruminal a un microbio de alimentación directa basado en Bacillus en novillos de carne

Planteamiento del problema
Los microbios de alimentación directa (DFM, por sus siglas en inglés), particularmente los aditivos basados en Bacillus, se utilizan ampliamente para mejorar la salud y la productividad de los rumiantes mediante la modulación de las comunidades microbianas gastrointestinales. Sin embargo, la eficacia de estos aditivos en el ganado de carne es inconsistente, con respuestas que varían tanto en magnitud como en dirección. Si bien investigaciones previas atribuyen esta variabilidad a factores como las diferencias entre cepas, la dosis y la composición de la dieta, se ha prestado comparativamente poca atención a los determinantes relacionados con el huésped. Específicamente, no está claro si el fenotipo de eficiencia alimentaria inherente de un animal, medido como la Ingesta de Alimento Residual (RFI), influye en la respuesta a la suplementación con DFM. Los bovinos con RFI negativo (más eficientes en la alimentación) poseen comunidades microbianas ruminales y perfiles metabólicos distintos en comparación con los bovinos con RFI positivo (menos eficientes), lo que sugiere que el entorno ruminal puede condicionar la eficacia de los aditivos microbianos. Este estudio aborda la brecha de conocimiento sobre si el fenotipo de RFI modula el rendimiento del crecimiento y las respuestas del microbioma ruminal a la suplementación basada en Bacillus.

Metodología
El estudio utilizó un diseño experimental factorial de 2 × 2 con 40 novillos de raza mixta (Angus × Hereford) seleccionados de un grupo inicial de 108 basado en fenotipos de RFI divergentes.

• Selección de fenotipos: Tras un periodo de determinación de RFI de 49 días, se seleccionaron 20 novillos de RFI negativo (RFI medio = −1.66 kg/d; más eficientes) y 20 novillos de RFI positivo (RFI medio = 1.62 kg/d; menos eficientes).
• Tratamientos: Los novillos fueron asignados a uno de cuatro grupos: dieta control (CON) o dieta suplementada con Bacillus (BAC) dentro de cada fenotipo de RFI. El DFM basado en Bacillus (Papillon, Easton, MD) se administró a razón de 14 g/novillo/día (aprox. 1.5 × 10⁸ CFU/g) mezclado en una ración de mezcla total (TMR) basada en ensilaje de maíz.
• Duración: El ensayo de alimentación duró 70 días.
• Mediciones:
  • Rendimiento del crecimiento: Se registró continuamente la ingesta de materia seca (DMI) individual utilizando nodos GrowSafe. Se midieron los pesos corporales (BW) en los días 0, 14, 42 y 70 para calcular la Ganancia Diaria Media (ADG) y las relaciones Alimento:Ganancia.
  • Análisis del microbioma: El fluido ruminal se recolectó el día 70. El ADN microbiano se extrajo y las regiones V3–V4 del gen 16S rRNA se secuenciaron en una plataforma Illumina MiSeq.
  • Bioinformática: Las secuencias se procesaron utilizando QIIME 2 y DADA2 para generar Variantes de Secuencia de Amplicón (ASV). La clasificación taxonómica se realizó contra la base de datos SILVA 138. Los datos se analizaron mediante MicrobiomeAnalyst para métricas de diversidad (riqueza Chao1, diversidad beta de Bray–Curtis) y SAS para el modelado estadístico de abundancias relativas.
• Análisis estadístico: Los datos de crecimiento y microbioma se analizaron mediante modelos mixtos utilizando la dieta, el fenotipo de RFI y su interacción como efectos fijos. La significancia se estableció en P ≤ 0.05, observándose tendencias cuando 0.05 < P ≤ 0.10.

Resultos Clave

• Rendimiento del crecimiento: Se observó una interacción significativa de dieta × RFI para el peso corporal final y la ADG (P = 0.02). En los novillos de RFI negativo, la suplementación con Bacillus aumentó significativamente el peso corporal final (489 kg vs. 467 kg) y la ADG (2.19 kg/d vs. 2.05 kg/d) en comparación con el control. Por el contrario, no se detectaron mejoras en el rendimiento en los novillos de RFI positivo que recibieron el aditivo. La DMI fue influenciada por el fenotipo de RFI (P = 0.03) pero no por la dieta ni por la interacción.
• Diversidad del microbioma:
  • Diversidad Alfa: La riqueza Chao1 exhibió una interacción de dieta × RFI (P = 0.05). La suplementación aumentó la riqueza microbiana en los novillos de RFI negativo, pero no tuvo efecto en los de RFI positivo.
  • Diversidad Beta: La composición de la comunidad (disimilitud de Bray–Curtis) mostró una interacción de dieta × RFI (P = 0.01). Se encontraron diferencias significativas entre las dietas control y suplementadas en los novillos de RFI positivo (P = 0.04), mientras que no se detectó diferencia en los de RFI negativo (P = 0.31).
• Cambios Taxonómicos:
  • Nivel de Filo: Se detectaron interacciones significativas para Bacteroidota y Firmicutes. En los novillos de RFI negativo, la suplementación aumentó la abundancia de Bacteroidota (32.3% vs. 28.6%), mientras que la abundancia de Firmicutes no aumentó (45.1% vs. 48.1% en BAC− vs. CON−). En los novillos de RFI positivo, la suplementación disminuyó Bacteroidota (24.7% vs. 32.3%) e incrementó Firmicutes (50.5% vs. 45.9%).
  • Nivel de Género: Las interacciones fueron significativas para Prevotella, Lachnospiraceae_NK3A20_group y Ruminococcus. La suplementación con Bacillus aumentó la abundancia de Prevotella en los novillos de RFI negativo (23.5% vs. 21.0%) pero la disminuyó en los de RFI positivo. Por el contrario, Lachnospiraceae_NK3A20_group y Ruminococcus aumentaron en los de RFI positivo pero no en los de RFI negativo.
  • Efectos Principales: La suplementación aumentó la abundancia relativa de Acetitomaculum y Desulfobacterota en ambos fenotipos, mientras que disminuyó Ruminobacter.

Significancia y Afirmaciones
Los autores concluyen que la eficacia de los DFM basados en Bacillus no es uniforme, sino que depende fuertemente del fenotipo de eficiencia alimentaria del huésped. El estudio demuestra que los bovinos más eficientes (RFI negativo) se benefician de la suplementación con una mejora en el rendimiento del crecimiento y un cambio microbiano hacia taxones productores de propionato (Bacteroidota y Prevotella). En contraste, los bovinos menos eficientes (RFI positivo) exhibieron una reestructuración microbiana detectable (enriquecimiento de taxones asociados a acetato/butirato) sin ganancias correspondientes en el rendimiento.

El artículo afirma que estos hallazgos respaldan el desarrollo de estrategias de suplementación de precisión basadas en la clasificación de la eficiencia alimentaria. Destaca que las métricas taxonómicas por sí solas son insuficientes para predecir la eficacia de los DFM, ya que los resultados funcionales (crecimiento) y los cambios composicionales pueden divergir, particularmente en animales de RFI positivo. Los autores señalan que, si bien el estudio identifica asociaciones dependientes del fenotipo, la naturaleza correlacional de los datos de un único punto temporal impide establecer la causalidad, y que es necesario un trabajo futuro que incorpore metabolómica (por ejemplo, perfilado de VFA) para resolver completamente los mecanismos subyacentes.