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

तकनीकी सारांश: चरते हुए यिली घोड़ों के मल माइक्रोबायोटा, सीरम मेटाबोलोमिक्स और प्रोटिओमिक्स पर सांद्रता पूरक (Concentrate Supplementation) के प्रभाव

समस्या विवरण
चीन की एक दोहरे उद्देश्य वाली नस्ल, यिली घोड़ा, प्राकृतिक चराई पर निर्भर है, जो मौसमी उतार-चढ़ाव और वर्षा के विविधताओं के अधीन है, जो चारा गुणवत्ता और पोषक तत्वों की उपलब्धता को बाधित कर सकते हैं। हालांकि प्राकृतिक चारा रफरेज (roughage) प्रदान करता है, लेकिन यह प्रारंभिक लैक्टेशन (दुग्धपान के शुरुआती चरण) वाली घोड़ियों की विशिष्ट ऊर्जा और प्रोटीन आवश्यकताओं को पूरा करने में विफल हो सकता है, जिससे स्वास्थ्य प्रबंधन और घोड़ी के दूध के संसाधनों के विकास में बाधा आ सकती है। यद्यपि सांद्रता पूरक (concentrate supplementation) पोषण संबंधी कमियों को दूर करने के लिए एक ज्ञात रणनीति है, लेकिन इस बात पर शोध की कमी है कि पूरक आहार कैसे हइंडगट किण्वन (hindgut fermentation), सूक्ष्मजीव समुदाय संरचना और मेजबान प्रणालीगत चयापचय (मेटाबोलोमिक्स और प्रोटिओमिक्स) के बीच जटिल अंतःक्रिया को प्रभावित करता है।

कार्यप्रणाली
इस अध्ययन में एक नियंत्रित 100-दिवसीय प्रयोग (10-दिवसीय अनुकूलन, 90-दिवसीय परीक्षण) का उपयोग किया गया, जिसमें 16 प्रारंभिक लैक्टेशन वाली यिली घोड़ियों (3-4 वर्ष की आयु, ~391.5 किग्रा) को यादृच्छिक रूप से दो समूहों में विभाजित किया गया:

• चरने वाला समूह (G): प्राकृतिक रूप से चारागाह पर चरते हैं।
• चरने वाला + पूरक समूह (GS): प्राकृतिक चराई के साथ-साथ एक निर्मित सांद्रता पूरक (52% मक्का, 20% सोयाबीन मील, 12% ब्रान, 10% जौ, साथ ही खनिज/विटामिन) प्रतिदिन 2 किग्रा प्राप्त करते हैं।

डेटा संग्रह और विश्लेषण:

• नमूने: मल के नमूने (किण्वन मापदंडों, pH और 16S rRNA अनुक्रमण के लिए) और रक्त के नमूने (जैव रासायनिक सूचकांकों, मेटाबोलोमिक्स और प्रोटिओमिक्स के लिए) 90वें दिन एकत्र किए गए।
• मल विश्लेषण: गैस क्रोमैटोग्राफी के माध्यम से वोलेटाइल फैटी एसिड (VFAs) को मापा गया और PacBio फुल-लेंथ 16S rRNA अनुक्रमण का उपयोग करके सूक्ष्मजीव विविधता का आकलन किया गया।
• सीरम विश्लेषण:
  • जैव रसायन (Biochemistry): ग्लूकोज, लिपिड, लिवर एंजाइम और बिलीरुबिन के लिए स्वचालित विश्लेषक।
  • मेटाबोलोमिक्स: पहचाने गए सीरम मेटाबोलाइट्स के लिए अनटारगेटेड UPLC-MS/MS (ESI+ और ESI-)।
  • प्रोटिओमिक्स: सीरम प्रोटीन को मापने के लिए DIA-आधारित LC-MS/MS (Orbitrap Astral)।
• सांख्यिकी: जैव रासायनिक डेटा के लिए स्वतंत्र t-परीक्षण; मेटाबोलोमिक्स के लिए OPLS-DA; माइक्रोबायोटा के लिए LEfSe; और माइक्रोबायोटा, किण्वन, मेटाबोलाइट्स और प्रोटीन को जोड़ने के लिए सहसंबंध विश्लेषण (Spearman)।

मुख्य परिणाम

• मल किण्वन और माइक्रोबायोटा:

  • GS समूह ने G समूह की तुलना में काफी उच्च फेकल प्रोपियोनेट और ब्यूटिरेट सांद्रता, कम फेकल pH और कम एसीटेट-टू-प्रोपियोनेट अनुपात प्रदर्शित किया।
  • सूक्ष्मजीव विविधता (सिम्पसन इंडेक्स) GS समूह में अधिक थी।
  • जीनस-स्तर के परिवर्तन: GS समूह में Treponema और Oliverpabstia की सापेक्ष प्रचुरता काफी अधिक थी, जबकि G समूह में Lachnoclostridium, Roseburia, Anaerosacchariphilus और Coprococcus की प्रचुरता अधिक थी।
  • सहसंबंध विश्लेषण ने संकेत दिया कि Treponema ब्यूटिरेट के साथ सकारात्मक रूप से और pH के साथ नकारात्मक रूप से सहसंबंधित था, जबकि फाइबर-अपघटक जेनेरा (Lachnoclostridium, Roseburia) पूरक समूह में किण्वन उत्पादों के साथ नकारात्मक रूप से सहसंबंधित थे।

• सीरम जैव रसायन:

  • सांद्रता पूरक ने सीरम ग्लूकोज (GLU) को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ा दिया।
  • इसने कुल बिलीरुबिन (TBIL), कुल कोलेस्ट्रॉल (TC) और उच्च-घनत्व लिपोप्रोटीन कोलेस्ट्रॉल (HDL-C) को काफी कम कर दिया।
  • यूरिया, ALT, AST या ट्राइग्लिसराइड्स जैसे अन्य सूचकांकों में कोई महत्वपूर्ण अंतर नहीं पाया गया।

• सीरम मेटाबोलोमिक्स:

  • 487 विभेदक मेटाबोलाइट्स की पहचान की गई (GS में 78 अपरेगुलेटेड, 409 डाउनरेगुलेटेड)।
  • KEGG संवर्धन ने ट्राइकार्बोक्सिलिक एसिड (TCA) चक्र, न्यूक्लियोटाइड चयापचय, पित्त स्राव, विटामिन B6 चयापचय और पाइरूवेट चयापचय से संबंधित पथों को उजागर किया।
  • GS समूह में विशिष्ट वृद्धि शामिल थी: एस्ट्रोन-3-सल्फेट, फ्यूमेरिक एसिड, यूरिक एसिड और साइट्रिक एसिड। कमी में शामिल थे: सिस-एकोनेट, इनोसिन और गुआनिन।

• सीरम प्रोटिओमिक्स:

  • 31 विभेदक व्यक्त प्रोटीन (DEPs) की पहचान की गई (GS में 20 अपरेगुलेटेड, 11 डाउनरेगुलेटेड)।
  • अपरेगुलेटेड (बढ़े हुए): पेरोक्सीरेडॉक्सिन-5 (PRDX5), लैक्टॉयलग्लूटाथियन लाइज़ (GLO1), ट्रांसकेटोलेस, ATP1A1, और कई प्रतिरक्षा-संबंधी प्रोटीन (जैसे, इम्युनोग्लोबुलिन लाइट चेन फ्रैगमेंट, अल्फा-1-एंटीट्रिप्सिन)।
  • डाउनरेगुलेटेड (घटे हुए): फॉस्फोलिपिड ट्रांसफर प्रोटीन, एनैक्सिन, कैलिक्रिन-रिलेटेड पेप्टिडेज़ 11, और विशिष्ट इम्युनोग्लोबुलिन फ्रैगमेंट।
  • कार्यात्मक संवर्धन ने चयापचय प्रक्रियाओं, उद्दीपन के प्रति कोशिकीय प्रतिक्रियाओं और प्रतिरक्षा प्रणाली की प्रक्रियाओं, विशेष रूप से पाइरूवेट चयापचय और पेंटोज फॉस्फेट मार्ग को इंगित किया।

मुख्य योगदान
यह अध्ययन एक मल्टी-ओमिक्स परिप्रेक्ष्य प्रदान करता है कि कैसे सांद्रता पूरक चरते हुए यिली घोड़ों की शारीरिक स्थिति को बदल देता है। मल माइक्रोबायोटा, किण्वन मापदंडों, सीरम मेटाबोलोमिक्स और प्रोटिओमिक्स को एकीकृत करके, यह शोध आहार स्टार्च सेवन और मेजबान चयापचय अनुकूलन के बीच यांत्रिक कड़ी को स्पष्ट करता है। यह दर्शाता है कि पूरक आहार हइंडगट किण्वन को प्रोपियोनेट और ब्यूटिरेट उत्पादन की ओर स्थानांतरित करता है और ग्लूकोज उपलब्धता तथा एंटीऑक्सीडेंट क्षमता को बढ़ाने के लिए सीरम प्रोफाइल को संशोधित करता है, साथ ही लिपिड और पित्त एसिड चयापचय को भी बदलता है।

महत्व और दावे
लेखक निष्कर्ष निकालते हैं कि मध्यम सांद्रता पूरक (2 किग्रा/दिन) चरते हुए यिली घोड़ों में फेकल किण्वन पैटर्न और सूक्ष्मजीव संरचना को प्रभावी ढंग से बदल देता है। अध्ययन का दावा है कि ये आहार परिवर्तन सीरम ग्लूकोज और लिपिड चयापचय, पित्त एसिड चयापचय, एंटीऑक्सीडेंट प्रतिक्रियाओं और ऊर्जा चयापचय से संबंधित पथों को नियंत्रित करते हैं। विशेष रूप से, एंटीऑक्सीडेंट प्रोटीन (PRDX5, GLO1) और पेंटोज फॉस्फेट मार्ग में शामिल एंजाइमों का अपरेगुलेशन चयापचय बफरिंग और विषहरण (detoxification) की बढ़ी हुई क्षमता का सुझाव देता है।

यह शोध बताता है कि मध्यम सांद्रता पूरक चरते हुए यिली घोड़ों की पोषण संबंधी और चयापचय स्थिति में सुधार कर सकता है, विशेष रूप से लैक्टेशन के दौरान। अध्ययन का उद्देश्य सटीक पोषण प्रबंधन और फीडिंग रणनीतियों के लिए एक सैद्धांतिक आधार प्रदान करना है जो घास के पारिस्थितिक संतुलन को बनाए रखते हुए घोड़े के स्वास्थ्य को अनुकूलित करती है। लेखक स्पष्ट रूप से नोट करते हैं कि हालांकि Treponema की प्रचुरता बढ़ी है (Treponema एक ऐसा जीनस है जो कभी-कभी सूजन/inflammation से जुड़ा होता है), अध्ययन में हिस्टोलॉजिकल परिवर्तनों को नहीं मापा गया है, इसलिए इस संभावित जोखिम को सावधानी के साथ दर्ज किया गया है।