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

Sintesi Tecnica: Il fenotipo dell'Intake di Mangime Residuo modula le risposte delle prestazioni di crescita e del microbioma ruminale a un probiotico a base di Bacillus

Problematica
I microrganismi somministrati direttamente (DFM), in particolare gli additivi a base di Bacillus, sono ampiamente utilizzati per migliorare la salute e la produttività dei ruminanti modulando le comunità microbiche gastrointestinali. Tuttavia, l'efficacia di questi additivi nei bovini da carne è incoerente, con risposte che variano sia in magnitudo che in direzione. Sebbene la ricerca precedente attribuisca questa variabilità a fattori quali le differenze tra i ceppi, il dosaggio e la composizione della dieta, relativamente poca attenzione è stata prestata ai determinanti legati all'ospite. Nello specifico, rimane poco chiaro se il fenotipo intrinseco di efficienza alimentare di un animale, misurato come Residual Feed Intake (RFI), influenzi la risposta alla supplementazione con DFM. I bovini con RFI negativo (più efficienti nel consumo di mangime) possiedono comunità microbiche ruminali e profili metabolici distinti rispetto ai bovini con RRFI positivo (meno efficienti), suggerendo che l'ambiente ruminale possa condizionare l'efficacia degli additivi microbici. Questo studio affronta la lacuna nella conoscenza riguardante se il fenotipo RFI moduli le risposte delle prestazioni di crescita e del microbioma ruminale alla supplementazione a base di Bacillus.

Metodologia
Lo studio ha utilizzato un disegno sperimentale fattoriale 2 × 2 coinvolgendo 40 bovini castri incrociati (Angus × Hereford) selezionati da un pool iniziale di 108 in base a fenotipi RFI divergenti.

• Selezione del Fenotipo: Seguendo un periodo di determinazione dell'RFI di 49 giorni, sono stati selezionati 20 bovini con RFI negativo (media RFI = −1,66 kg/giorno; più efficienti) e 20 bovini con RFI positivo (media RFI = 1,62 kg/giorno; meno efficienti).
• Trattamenti: I bovini sono stati assegnati a uno dei quattro gruppi: dieta di controllo (CON) o dieta supplementata con Bacillus (BAC) all'interno di ciascun fenotipo RFI. Il DFM a base di Bacillus (Papillon, Easton, MD) è stato somministrato a una dose di 14 g/bovino/giorno (circa 1,5 × 10⁸ CFU/g) miscelato in una razione totale mista (TMR) a base di insilato di mais.
• Durata: La prova di alimentazione è durata 70 giorni.
• Misurazioni:
  • Prestazioni di Crescita: L'assunzione di sostanza secca (DMI) individuale è stata registrata continuamente tramite sensori GrowSafe. Il peso corporeo (BW) è stato misurato nei giorni 0, 14, 42 e 70 per calcolare l'Incremento Giornaliero di Peso (ADG) e i rapporti Mangime:Incremento.
  • Analisi del Microbioma: Il fluido ruminale è stato raccolto al giorno 70. Il DNA microbico è stato estratto e le regioni V3–V4 del gene 16S rRNA sono state sequenziate su una piattaforma Illumina MiSeq.
  • Bioinformatica: Le sequenze sono state elaborate utilizzando QIIME 2 e DADA2 per generare Varianti di Sequenza Ampliconica (ASV). La classificazione tassonomica è stata eseguita contro il database SILVA 138. I dati sono stati analizzati utilizzando MicrobiomeAnalyst per le metriche di diversità (ricchezza Chao1, diversità beta di Bray–Curtis) e SAS per la modellazione statistica delle abbondanze relative.
• Analisi Statistica: I dati di crescita e del microbioma sono stati analizzati con modelli misti utilizzando dieta, fenotipo RFI e la loro interazione come effetti fissi. La significatività è stata impostata a P ≤ 0,05, con tendenze note a 0,05 < P ≤ 0,10.

Risultati Chiave

• Prestazioni di Crescita: È stata osservata un'interazione significativa dieta × RFI per il peso corporeo finale e l'ADG (P = 0,02). Nei bovini con RFI negativo, la supplementazione con Bacillus ha aumentato significativamente il peso corporeo finale (489 kg vs. 467 kg) e l'ADG (2,19 kg/giorno vs. 2,05 kg/giorno) rispetto al controllo. Al contrario, non sono stati rilevati miglioramenti delle prestazioni nei bovini con RFI positivo che hanno ricevuto l'additivo. Il DMI è stato influenzato dal fenotipo RFI (P = 0,03) ma non dalla dieta o dalla loro interazione.
• Diversità del Microbioma:
  • Diversità Alpha: La ricchezza Chao1 ha mostrato un'interazione dieta × RFI (P = 0,05). La supplementazione ha aumentato la ricchezza microbica nei bovini con RFI negativo, ma non ha avuto effetto sui bovini con RFI positivo.
  • Diversità Beta: La composizione della comunità (dissimilarità di Bray–Curtis) ha mostrato un'interazione dieta × RFI (P = 0,01). Differenze significative tra le diete di controllo e quelle supplementate sono state riscontrate nei bovini con RFI positivo (P = 0,04), mentre non è stata rilevata alcuna differenza nei bovini con RFI negativo (P = 0,31).
• Spostamenti Tassonomici:
  • Livello di Phylum: Sono state rilevate interazioni significative per Bacteroidota e Firmicutes. Nei bovini con RFI negativo, la supplementazione ha aumentato l'abbondanza di Bacteroidota (32,3% vs. 28,6%), mentre l'abbondanza di Firmicutes non è aumentata (45,1% vs. 48,1% in BAC− vs. CON−). Nei bovini con RFI positivo, la supplementazione ha diminuito i Bacteroidota (24,7% vs. 32,3%) e aumentato i Firmicutes (50,5% vs. 45,9%).
  • Livello di Genere: Le interazioni sono state significative per Prevotella, Lachnospiraceae_NK3A20_group e Ruminococcus. La supplementazione con Bacillus ha aumentato l'abbondanza di Prevotella nei bovini con RFI negativo (23,5% vs. 21,0%) ma ha diminuito quella nei bovini con RFI positivo. Al contrario, Lachnospiraceae_NK3A20_group e Ruminococcus sono aumentati nei bovini con RFI positivo ma non in quelli con RFI negativo.
  • Effetti Principali: La supplementazione ha aumentato l'abbondanza relativa di Acetitomaculum e Desulfobacterota attraverso i fenotipi, pur diminuendo Ruminobacter.

Significatività e Rivendicazioni
Gli autori concludono che l'efficacia dei DFM a base di Bacillus non è uniforme ma dipende fortemente dal fenotipo di efficienza alimentare dell'ospite. Lo studio dimostra che i bovini più efficienti (RFI negativo) beneficiano della supplementazione con un miglioramento delle prestazioni di crescita e uno spostamento microbico verso taxa produttori di propionato (Bacteroidota e Prevotella). Al contrario, i bovini meno efficienti (RFI positivo) hanno mostrato una ristrutturazione microbica rilevabile (arricchimento di taxa associati ad acetato/butirrato) senza corrispondenti guadagni nelle prestazioni.

L'articolo sostiene che questi risultati supportano lo sviluppo di strategie di supplementazione di precisione basate sulla classificazione dell'efficienza alimentare. Sottolinea che le metriche tassonomiche da sole sono insufficienti per prevedere l'efficacia dei DFM, poiché gli esiti funzionali (crescita) e i cambiamenti compositivi possono divergere, specialmente negli animali con RFI positivo. Gli autori osservano che, sebbene lo studio identifichi associazioni dipendenti dal fenotipo, la natura correlazionale dei dati di un singolo punto temporale preclude l'instaurazione della causalità, e che futuri lavori incorporando la metabolomica (ad esempio, il profilo dei VFA) sono necessari per risolvere completamente i meccanismi sottostanti.