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

本研究は、バチルス属菌をベースとした直接飼料添加微生物の補給が、残留飼料摂取量（RFI）の表現型に応じて、肉用牛の成長パフォーマンスを向上させ、かつルーメン内の微生物叢を異なる形で調節すること、そして飼料効率の高い個体は効率の低い個体よりも大きな恩恵を受けることを示している。

原著者： Modoluwamu Idowu, Taylor Sidney, Godstime Taiwo, samanthia Johnson, Yarahy Leal, Aderanti Oni, Yun Jiang, Matthew Wilson, Gene Felton, Olanrewaju Morenikeji, Zaira Estrada-Reyes, Andres Pech-Cervantes

公開日 2026-09-01

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CC BY 4.0

原著者： Modoluwamu Idowu, Taylor Sidney, Godstime Taiwo, samanthia Johnson, Yarahy Leal, Aderanti Oni, Yun Jiang, Matthew Wilson, Gene Felton, Olanrewaju Morenikeji, Zaira Estrada-Reyes, Andres Pech-Cervantes, Ibukun Ogunade

原論文は CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) でライセンスされています。 ✨ これは以下の論文のAI生成解説です。著者が執筆または承認したものではありません。技術的な正確性については原論文を参照してください。免責事項の全文を読む

技術要約：残留飼料摂取量（RFI）表現型が、肉用牛におけるバシラス属細菌ベースの直接給餌微生物（DFM）に対する成長パフォーマンスおよびルーメン微生物叢の応答を変調させる

問題提起
直接給餌微生物（DFM）、特にバシラス属（Bacillus）ベースの添加物は、消化管内の微生物コミュニティを調節することで、反芻動物の健康と生産性を高めるために広く利用されている。しかし、これらの添加物の有効性は一貫しておらず、その反応には大きさや方向性の両面でばらつきが見られる。これまでの研究では、この変動の要因として菌株の違い、投与量、飼料組成などが挙げられているが、宿主に関連する決定要因については比較的ほとんど注意が払われてこなかった。具体的には、動物固有の飼料効率表現型である残留飼料摂取量（RFI）が、DFM補充への反応に影響を与えるかどうかが不明である。負のRFIを持つ牛（より飼料効率が高い）は、正のRFIを持つ牛（より飼料効率が低い）と比較して、特異的なルーメン微生物叢と代謝プロファイルを有しており、これはルーメン環境が微生物添加物の有効性を左右する可能性を示唆している。本研究は、RFI表現型がバシラス属細菌ベースの補充に対する成長パフォーマンスおよびルーメン微生物叢の応答を変調させるかどうかという知識の空白に対処するものである。

方法論
本研究では、初期候補108頭の中から異なるRFI表現型に基づいて選別された40頭の交雑種（アンガス×ヘレフォード）を用いた2 × 2要因実験デザインを用いた。

表現型の選別： 49日間のRFI決定期間の後、20頭の負のRFI牛（平均RFI = −1.66 kg/d；より効率的）と20頭の正のRFI牛（平均RFI = 1.62 kg/d；より非効率的）を選別した。
処理： 牛を、各RFI表現型内でのコントロール食（CON）またはバシラス補充食（BAC）のいずれかのグループに割り当てた。バシラス属ベースのDFM（Papillon社、メリーランド州イーストン）は、トウモロコシサイレージベースの全混合飼料（TMR）に1頭あたり14 g/日（約1.5 × 10⁸ CFU/g）の割合で混合して投与された。
期間： 飼料試験期間は70日間とした。
測定項目：
- 成長パフォーマンス： 個体別の乾物摂取量（DMI）をGrowSafeノードを用いて継続的に記録した。体重（BW）は0、14、42、70日目に測定し、平均日増体量（ADG）および飼料要求率（Feed:Gain ratio）を算出した。
- 微生物叢解析： 70日目にルーメン液を回収した。微生物DNAを抽出し、Illumina MiSeqプラットフォームを用いて16S rRNA遺伝子のV3–V4領域をシーケンシングした。
- バイオインフォマティクス： 配列はQIIME 2およびDADA2を使用して処理され、アンプリコン配列バリアント（ASV）を生成した。分類学的分類はSILVA 138データベースに対して行った。多様性指標（Chao1豊富度、Bray–Curtisベータ多様性）にはMicrobiomeAnalystを用い、相対存在量の統計的モデリングにはSASを用いた。
統計解析： 成長および微生物叢のデータは、食事、RFI表現型、およびそれらの相互作用を固定効果とする混合モデルを用いて分析した。有意水準は P ≤ 0.05とし、0.05 < P ≤ 0.10の場合は傾向（tendency）として示した。

主な結果

成長パフォーマンス： 最終体重（BW）およびADGにおいて、有意な食事 × RFI相互作用が観察された（P = 0.02）。負のRFI牛では、バシラス補充により、コントロール群と比較して最終BW（489 kg vs. 467 kg）およびADG（2.19 kg/d vs. 2.05 kg/d）が有意に増加した。逆に、添加物を受け取った正のRFI牛では、パフォーマンスの改善は検出されなかった。DMIはRFI表現型によって影響を受けたが（P = 0.03）、食事またはその相互作用による影響は受けなかった。
微生物叢の多様性：
- アルファ多様性： Chao1豊富度は、食事 × RFI相互作用を示した（P = 0.05）。補充は負のRFI牛における微生物の豊富度を増加させたが、正のRFI牛には影響を与えなかった。
- ベータ多様性： コミュニティ組成（Bray–Curtis 非類似度）は、食事 × RFI相互作用を示した（P = 0.01）。正のRFI牛において、コントロール食と補充食の間で有意な差が認められたが（P = 0.04）、負のRFI牛では有意な差は検出されなかった（P = 0.31）。
分類学的変化：
- 門レベル： Bacteroidota および Firmicutes において有意な相互作用が検出された。負のRFI牛では、補充により Bacteroidota の存在量が増加した（32.3% vs. 28.6%）が、Firmicutes の存在量は増加しなかった（BAC− vs. CON− で 45.1% vs. 48.1%）。正のRFI牛では、補充により Bacteroidota が減少し（24.7% vs. 32.3%）、Firmicutes が増加した（50.5% vs. 45.9%）。
- 属レベル： Prevotella、Lachnospiraceae_NK3A20_group、および Ruminococcus において相互作用が有意であった。バシラス補充は、負のRFI牛において Prevotella の存在量を増加させたが（23.5% vs. 21.0%）、正のRFI牛では減少させた。逆に、Lachnospiraceae_NK3A20_group と Ruminococcus は、正のRFI牛で増加したが、負のRFI牛では増加しなかった。
- 主効果： 補充は、表現型を問わず Acetitomaculum および Desulfobacterota の相対存在量を増加させ、一方で Ruminobacter を減少させた。

意義および主張
著者らは、バシラス属細菌ベースのDFMの有効性は一様ではなく、宿主の飼料効率表現性に強く依存すると結論付けている。本研究は、より飼料効率の高い（負のRFI）牛が、補充によって成長パフォーマンスの向上およびプロピオン酸産生菌（Bacteroidota および Prevotella）への微生物学的シフトを享受することを示している。対照的に、より非効率な（正のRFI）牛は、対応するパフォーマンスの向上を伴わないことなく、検出可能な微生物学的再編（酢酸/酪酸関連タクサの濃縮）を示した。

本論文は、これらの知見が、飼料効率の分類に基づいた精密な補充戦略の開発を支持するものであると主張している。著者らは、分類学的指標のみではDFMの有効性を予測するには不十分であり、特に正のRFI個体においては、機能的アウトカム（成長）と組成の変化が乖離する場合があることを強調している。また、本研究は表現型依存的な関連性を特定しているものの、単一時点のデータの相関的な性質から因果関係を確定させることはできず、基礎となるメカニズムを完全に解明するためには、メタボロミクス（例：VFAプロファイリング）を取り入れた今後の研究が必要であると述べている。

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