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

Sintesi Tecnica: Effetti dell'integrazione con concentrati sul microbiota fecale, la metabolomica sierica e la proteomica nei cavalli Yili al pascolo

Problematica
Il cavallo Yili, una razza a duplice scopo della Cina, si affida al pascolo naturale, che è soggetto a fluttuazioni stagionali e variazioni delle precipitazioni che possono compromettere la qualità del pascolo e la disponibilità di nutrienti. Sebbene i pascoli naturali forniscano foraggio, essi potrebbero non soddisfare i requisiti specifici di energia e proteine delle giadde in prima lattazione, potenzialmente limitando la gestione della salute e lo sviluppo delle risorse di latte di giumenta. Sebbene l'integrazione con concentrati sia una strategia nota per colmare le lacune nutrizionali, manca una ricerca integrata che esamini come tale integrazione influenzi l'interazione complessa tra la fermentazione nel post-stomaco, la struttura della comunità microbica e il metabolismo sistemico dell'ospite (metabolomica e proteomica) negli equidi al pascolo.

Metodologia
Lo studio ha impiegato un esperimento controllato di 100 giorni (10 giorni di adattamento, 90 giorni di prova) con 16 giadde Yili in prima lattazione (3–4 anni, ~391,5 kg) assegnate casualmente a due gruppi:

• Gruppo al Pascolo (G): Al pascolo naturale.
• Gruppo Pascolo + Integrazione (GS): Ha ricevuto 2 kg/giorno di un integratore concentrato formulato (52% mais, 20% farina di soia, 12% crusca, 10% orzo, più minerali/vitamine) in aggiunta al pascolo naturale.

Raccolta e Analisi dei Dati:

• Campioni: Campioni fecali (per i parametri di fermentazione, pH e sequenziamento dell'rRNA 16S) e campioni di sangue (per indici biochimici, metabolomica e proteomica) sono stati raccolti al giorno 90.
• Analisi Fecale: Misurazione degli acidi grassi volatili (VFA) tramite gascromatografia e valutazione della diversità microbica mediante sequenziamento dell'rRNA 16S full-length PacBio.
• Analisi Sierica:
  • Biochimica: Analizzatore automatico per glucosio, lipidi, enzimi epatici e bilirubina.
  • Metabolomica: UPLC-MS/MS non mirata (ESI+ e ESI-) per identificare i metaboliti sierici.
  • Proteomica: LC-MS/MS basata su DIA (Orbitrap Astral) per quantificare le proteine sieriche.
• Statistica: t-test indipendenti per i dati biochimici; OPLS-DA per la metabolomica; LEfSe per il microbiota; e analisi di correlazione (Spearman) per collegare microbiota, fermentazione, metaboliti e proteine.

Risultati Chiave

• Fermentazione Fecale e Microbiota:

  • Il gruppo GS ha mostrato concentrazioni di propionato e butirrato fecali significativamente più elevate, un pH fecale inferiore e un rapporto acetato-propionato più basso rispetto al gruppo G.
  • La diversità microbica (indice di Simpson) era più alta nel gruppo GS.
  • Spostamenti a livello di genere: Il gruppo GS ha mostrato abbondanze relative significativamente più elevate di Treponema e Oliverpabstia, mentre il gruppo G presentava abbondanze maggiori di Lachnoclostridium, Roseburia, Anaerosacchariphilus e Coprococcus.
  • L'analisi di correlazione ha indicato che Treponema era positivamente correlato al butirrato e negativamente al pH, mentre i generi degradatori della fibra (Lachnoclostridium, Roseburia) erano negativamente correlati con i prodotti di fermentazione nel gruppo integrato.

• Biochimica Sierica:

  • L'integrazione con concentrati ha aumentato significativamente il glucosio sierico (GLU).
  • Ha diminuito significativamente la bilirubina totale (TBIL), il colesterolo totale (TC) e il colesterolo HDL (HDL-C).
  • Non sono state trovate differenze significative in altri indici come urea, ALT, AST o trigliceridi.

• Metabolomica Sierica:

  • Sono stati identificati 487 metaboliti differenziali (78 upregolati, 409 downregolati in GS).
  • L'arricchimento KEGG ha evidenziato vie legate al ciclo dell'acido tricarbossilico (TCA), al metabolismo dei nucleotidi, alla secrezione biliare, al metabolismo della vitamina B6 e al metabolismo del piruvato.
  • Gli aumenti specifici nel gruppo GS includevano estrone-3-solfato, acido fumarico, acido urico e acido citrico. Le diminuzioni includevano cis-aconitato, inosina e guanina.

• Proteomica Sierica:

  • Sono state identificate 31 proteine espresse in modo differenziale (31 DEPs) (20 upregolate, 11 downregolate in GS).
  • Upregolate: Perossiredossina-5 (PRDX5), lattoilglutathione liasi (GLO1), transchetolasi, ATP1A1 e diverse proteine legate all'immunità (es. frammenti di catena leggera delle immunoglobuline, alfa-1-antitripsina).
  • Downregolate: Proteina di trasferimento dei fosfolipidi, annessina, callicreina-relata alla peptidasi 11 e specifici frammenti di immunoglobuline.
  • L'arricchimento funzionale ha indicato processi metabolici, risposte cellulari agli stimoli e processi del sistema immunitario, specificamente coinvolgendo il metabolismo del piruvato e la via dei pentoso fosfati.

Contributi Chiave
Questo studio fornisce una prospettiva multi-omica su come l'integrazione con concentrati alteri lo stato fisiologico dei cavalli Yili al pascolo. Integrando il microbiota fecale, i parametri di fermentazione, la metabolomica sierica e la proteomica, la ricerca elucida il legame meccanicistico tra l'assunzione di amido dietetico e l'adattamento metabolico dell'ospite. Dimostra che l'integrazione sposta la fermentazione nel post-stomaco verso la produzione di propionato e butirrato e modula i profili sierici per migliorare la disponibilità di glucosio e la capacità antiossidante, alterando al contempo il metabolismo dei lipidi e degli acidi biliari.

Significato e Rivendicazioni
Gli autori concludono che una moderata integrazione con concentrati (2 kg/giorno) altera efficacemente i modelli di fermentazione fecale e la composizione microbica nei cavalli Yili al pascolo. Lo studio afferma che questi cambiamenti dietetici regolano le vie relative al metabolismo del glucosio e dei lipidi sierici, al metabolismo degli acidi biliari, alle risposte antiossidanti e al metabolismo energetico. Specificamente, l'upregulation delle proteine antiossidanti (PRDX5, GLO1) e degli enzimi coinvolti nella via dei pentoso fosfati suggerisce una maggiore capacità di buffering metabolico e detossificazione.

Il documento pone che questi risultati suggeriscono che la moderata integrazione con concentrati può migliorare lo stato nutrizionale e metabolico dei cavalli Yili al pascolo, in particolare durante la lattazione. Lo studio mira a fornire una base teorica per la gestione nutrizionale di precisione e le strategie di alimentazione che ottimizzano la salute del cavallo mantenendo la stabilità ecologica del pascolo. Gli autori notano esplicitamente che, sebbene l'abbondanza di Treponema sia aumentata (un genere talvolta associato all'infiammazione), lo studio non ha misurato i cambiamenti istologici, pertanto questo potenziale rischio è segnalato con cautela.