Probiotic additives (Lacticaseibacillus rhamnosus RC007 and Lactiplantibacillus plantarum RC009) modulates gut microbiota and systemic biochemical markers associated with improved growth performance in post weaning pigs under field conditions

技術要約：離乳仔豚におけるプロバイオティクス添加物

問題提起
集約的な豚生産における離乳後段階（通常、生後21〜28日）は、生理学的、免疫学的、および栄養学的なストレスを特徴とする重要な時期である。仔豚は、液状の乳食から固形飼料への急激な移行、母豚からの分離、および他のリターとの混合に直面する。これらのストレッサーは、しばしば腸管炎症、粘膜透過性の増加、飼料摂取量の低下、成長障害、および下痢を引き起こす。歴史的に、これらの問題を軽減し、平均日増体量（ADG）を向上させるために非治療用抗生物質が使用されてきたが、その無差別な使用は多剤耐性菌の出現を促しており、効果的な代替策が必要となっている。プロバイオティクスは潜在的な解決策として浮上しているものの、その有効性は菌株に依存する場合が多く、生産パフォーマンスの改善が一貫して観察されるわけではない。さらに、フィールド条件下でプロバイオティクスが全身の生化学的マーカーや腸内細菌叢の組成に及ぼす具体的なメカニズムについては、未だ十分に解明されていない。

方法論
本研究は、アルゼンチンのコルドバにある商業的な3サイトの豚農場において、対照群（CG）に1,187頭、プロバイオティクス投与群にそれぞれ約1,100頭の豚を用いて実施されたフィールド試験である。試験期間は離乳後全期間（生後21日から70日まで）にわたった。

• 実験デザイン: 以下の3つの処理群を設定した：

  • CG: 標準飼料。
  • LP9: 標準飼料 + Lactiplantibacillus plantarum RC009 ($1 \times 10^{12}$ CFU/kg 飼料)。
  • LR7: 標準飼料 + Lacticaseibacillus rhamnosus RC007 ($1 \times 10^{12}$ CFU/kg 飼料)。
  • 注記: すべての群は、抗生物質投与の文脈におけるプロバイオティクスの効果を評価することを可能にするため、特定の期間中、飲料水を通じて定期的な抗生物質治療（フロルフェニコールおよびドキシサイクリン）を受けた。

• データ収集:

  • 生産パラメータ: サブポピュレーション（各群60頭）において、生後0、10、24、48日に個体体重を記録した。全群の集団レベルの体重および死亡率を追跡した。平均日増体量（ADG）および飼料要求率（FCR）を算出した。
  • 生化学分析: 血清総タンパク質、アルブミン、グロブリン（電気泳動による）、コレステロール、アラニンアミノトランスフェラーゼ（ALT）、アスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ（AST）、および酸化ストレスマーカーとしてのマロンジアルデヒド（MDA）を測定するため、生後24日および48日に血液サンプルを採取した。
  • 微生物叢分析: 生後20日（抗生物質投与前）および48日に、各群16頭から糞便サンプルを回収した。サンプルには16S rRNA遺伝子シーケンシング（NGS）を行った。バイオインフォマティクス解析には、分類学的プロファイリング（Kraken2/Bracken）、多様性解析（Shannon/Simpson指数、PCoA）、および代謝経路を推測するための機能予測（PICRUStr2）が含まれる。

• 統計解析: データは一般化線形混合モデル（GLMM）およびANOVAを用いて分析され、個体識別を変量効果、群および時間を固定効果とした。

主な結果

• 成長パフォーマンス:

  • LR7群: L. rhamnosus RC007を摂取した豚は、研究期間を通じて対照群と比較して有意に高い体重を示した（$p < 0.05$）。試験終了時、推定体重増加効果は対照群と比較して+2.19 kg (±0.45) であった。この群は、有意に高い総ADG（0.53 ± 0.06 kg vs. 0.48 ± 0.07 kg）も示し、FCRにおいてもわずかな改善（1.32 vs. 1.45）が見られた。
  • LP9群: L. plantarum RC009を摂取した豚は、反応の遅れが見られた。彼らは対照群と比較して生後10日時点では体重が低かったが、その後回復し、48日目には有意に高い最終体重（+1.01 kg ± 0.44）を示した。彼らの全体的なADG増加は、対照群と比較して統計的に有意ではなかった。
  • 死亡率: 両方のプロバイオティクス群は、対照群（0.93%）と比較して、わずかに低い死亡率を示した（LR7は0.63%、LP9は0.68%）。

• 生化学的マーカー:

  • 酸化ストレス: 血漿MDAレベルは、最初のサンプリング（24日目）において両方のプロバイオティクス群で有意に低かったが、48日目にはこの差は統計的に有意ではなくなった。
  • 肝機能および脂質: 一般化線形混合モデルにより、血清コレステロールおよびALTレベルがADGと有意に負の相関があることが特定された。具体的には、LP9群は時間経過とともにコレステロールとALTの両方が明確に減少したのに対し、LR7群はコレステロールが増加した。
  • タンパク質: プロバイオティクスの摂取は血清タンパク質プロファイルを変化させ、LP9群では$\alpha$-グロブリン画分に、LR7群では$\beta$-グロブリン画分に特異的な変動が観察された。

• 腸内微生物叢の組成:

  • 多様性: 群間でアルファ多様性に有意な差は見られなかったが、プロバイオティクス群は多様性指数の分散が小さかった。ベータ多様性解析（PCoA）では、LR7群は、特に48日目において対照群から明確にクラスター化したのに対し、LP9群は対照群と同様の状態を維持していた。
  • 分類学: 主要な門はFirmicutesおよびBacteroidotaであった。LR7群は、Prevotella_7およびStreptococcaceae（通性嫌気性菌）の増加によって特徴付けられた。LP9群は、Lachnospiraceae（Lachnospiraceae NK4A136グループを含む）およびPrevotellaceae NK3B31グループの増加を示した。
  • 機能予測: PICRUStr2解析は、対照群がプロバイオティクス摂取群と比較して、アミノ酸生合成（例：リジン、メチオニン、バリン、ロイシン）に関連する代謝経路の予測存在量がより高いことを示した。これは、プロバイオティクス摂取がアミノ酸代謝に関する微生物叢の遺伝的ポテンシャルを変化させている可能性を示唆している。

意義および主張
著者らは、本研究が、フィールド条件下においてL. rhamnosus RC007およびL. plantarum RC009が離乳後の豚の成長を改善する能力を証明していると主張している。成長パフォーマンスの向上、特にLR7株による向上は、以下に関連している：

1. 糞便微生物叢の修飾: 特に、抗炎症作用や短鎖脂肪酸産生に関連するLachnospiraceaeやPrevotellaグループなどの有益な分類群の強化。
2. 全身の生化学的変化: 酸化ストレスマーカー（MDA）および肝機能指標（ALT、コレステロール）の変化。
3. 代謝ポテンシャル: 腸内微生物叢の遺伝的ポテンシャルに関する予測される変化であり、微生物コミュニティが栄養素を処理する方法の変化を示唆している。

本論文は、本研究がプロバイオティクス摂取、微生物叢の修飾、および成長改善の間の相関関係を示している一方で、これらの遺伝的ポテンシャルの変化が動物が利用可能な代謝物にどのように直接影響するかを確定し、観察されたパフォーマンスの差を駆動するメカニズムを完全に解明するには、さらなる研究が必要であると述べることで、控えめに結論付けている。本研究は、プロバイオティクスの有効性が菌株依存的であることを強調しており、この特定のフィールド環境においては、L. rhamnosus RC007がL. plantarum RC009よりも一貫した成長利益を提供したことを指摘している。