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

Technische Samenvatting: Effecten van Concentraatsupplementatie op de Fecale Microbiota, Serum Metabolomics en Proteomics bij Grazende Yili-paarden

Probleemstelling
Het Yili-paard, een tweeledig ras uit China, is afhankelijk van natuurlijke begrazing, wat onderhevig is aan seizoensgebonden fluctuaties en regenvalvariaties die de kwaliteit van het grasland en de beschikbaarheid van nutriënten kunnen compromitteren. Hoewel natuurlijke weidegronden vezels leveren, voldoen ze mogelijk niet aan de specifieke energie- en eiwitvereisten van merries in de vroege lactatiefase, wat het gezondheidsbeheer en de ontwikkeling van merenmelkbronnen kan beperken. Hoewel concentraatsupplementatie een bekende strategie is om nutritionele tekorten aan te pakken, ontbreeft geïntegreerd onderzoek dat onderzoekt hoe dergelijke supplementatie de complexe interactie tussen hindgut-fermentatie, de microbiële gemeenschapsstructuur en het systemische metabolisme van de gastheer (metabolomics en proteomics) bij grazende equiden beïnvloedt.

Methodologie
De studie maakte gebruik van een gecontroleerd experiment van 100 dagen (10 dagen adaptatie, 90 dagen proefperiode) met 16 merries van het Yili-ras in de vroege lactatiefase (3–4 jaar oud, ~391,5 kg), willekeurig toegewezen aan twee groepen:

• Begrazingsgroep (G): Natuurlijk grazend op het grasland.
• Begrazing + Supplementatie Groep (GS): Ontving 2 kg/dag van een geformuleerd concentraatsupplement (52% maïs, 20% sojameel, 12% zemelen, 10% gerst, plus mineralen/vitaminen) naast de natuurlijke begrazing.

Dataverzameling en Analyse:

• Monsters: Fecale monsters (voor fermentatieparameters, pH en 1eng rRNA-sequencing) en bloedmonsters (voor biochemische indices, metabolomics en proteomics) werden verzameld op dag 90.
• Fecale Analyse: Meting van vluchtige vetzuren (VFA's) via gaschromatografie en beoordeling van de microbiële diversiteit via PacBio full-length 16S rRNA-sequencing.
• Serum Analyse:
  • Biochemie: Geautomatiseerde analyzer voor glucose, lipiden, leverenzymen en bilirubine.
  • Metabolomics: Ongetargette UPLC-MS/MS (ESI+ en ESI-) om serummetabolieten te identificeren.
  • Proteomics: DIA-gebaseerde LC-MS/MS (Orbitrap Astral) om serumproteïnen te kwantificeren.
• Statistiek: Onafhankelijke t-testen voor biochemische gegevens; OPLS-DA voor metabolomics; LEfSe voor microbiota; en correlatieanalyses (Spearman) om microbiota, fermentatie, metabolieten en proteïnen te koppelen.

Belangrijkste Resultaten

• Fecale Fermentatie en Microbiota:

  • De GS-groep vertoonde significant hogere fecale propionaat- en butyraatconcentraties, een lagere fecale pH en een lagere acetaat-propionaatratio vergeleken met de G-groep.
  • De microbiële diversiteit (Simpson-index) was hoger in de GS-groep.
  • Verschuivingen op genusniveau: De GS-groep vertoonde significant hogere relatieve abundanties van Treponema en Oliverpabstia, terwijl de G-groep hogere abundanties had van Lachnoclostridium, Roseburia, Anaerosacchariphilus en Coprococcus.
  • Correlatieanalyse gaf aan dat Treponema positief correleerde met butyraat en negatief met pH, terwijl vezelafbrekende genera (Lachnoclostridium, Roseburia) negatief correleerden met fermentatieproducten in de gesupplementeerde groep.

• Serum Biochemie:

  • Concentraatsupplementatie verhoogde de serumglucose (GLU) significant.
  • Het verlaagde het totaal bilirubine (TBIL), totaal cholesterol (TC) en HDL-cholesterol (HDL-C) significant.
  • Er werden geen significante verschillen gevonden in andere indices zoals ureum, ALT, AST of triglyceriden.

• Serum Metabolomics:

  • 487 differentiële metabolieten werden geïdentificeerd (78 opgereguleerd, 409 omlaag gereguleerd in GS).
  • KEGG-verrijking benadrukte pathways gerelateerd aan de tricarboxylzuurcyclus (TCA-cyclus), nucleotide-metabolisme, galsecretie, vitamine B6-metabolisme en pyruvaatmetabolisme.
  • Specifieke toenames in de GS-groep omvatten estrone-3-sulfaat, fumaraat, urinezuur en citroenzuur. Afnames omvatten cis-aconitaat, inosine en guanine.

• Serum Proteomics:

  • 31 differentieel tot expressie gebrachte proteïnen (DEPs) werden geïdentificeerd (20 opgereguleerd, 11 omlaag gereguleerd in GS).
  • Opgeregeld: Peroxiredoxine-5 (PRDX5), lactoylglutathion lyase (GLO1), transketolase, ATP1A1, en diverse immuungerelateerde proteïnen (bijv. immuunglobuline lichte keten fragmenten, alfa-1-antitrypsine).
  • Omlaag gereguleerd: Fosfolipiden-transferproteïne, annexine, kallikreïne-gerelateerde peptidase 11, en specifieke immuunglobuline fragmenten.
  • Functionele verrijking wees op metabole processen, cellulaire reacties op stimuli en immuunsysteemprocessen, specif specifiek betrokken bij pyruvaatmetabolisme en de pentosefosfaatroute.

Belangrijkste Bijdragen
Deze studie biedt een multi-omics perspectief op hoe concentraatsupplementatie de fysiologische staat van grazende Yili-paarden verandert. Door de integratie van fecale microbiota, fermentatieparameters, serummetabolomics en proteomics, verduidelijkt het onderzoek de mechanistische link tussen dieetzetmeelintake en de metabole adaptatie van de gastheer. Het demonstreert dat supplementatie de hindgut-fermentatie verschuift naar de productie van propionaat en butyraat en de serumprofielen moduleert om de glucosebeschikbaarheid en antioxidantcapaciteit te verbeteren, terwijl het de lipiden- en galzuurmetabolisme verandert.

Betekenis en Claims
De auteurs concluderen dat matige concentraatsupplementatie (2 kg/dag) de fecale fermentatiepatronen en de microbiële samenstelling bij grazende Yili-paarden effectief verandert. De studie claimt dat deze dieetveranderingen pathways reguleren die gerelateerd zijn aan serumglucose- en lipidenmetabolisme, galzuurmetabolisme, antioxidant-reacties en energiemetabolisme. Met name de opregulatie van antioxidant-proteïnen (PRDX5, GLO1) en enzymen betrokken bij de pentosefosfaatroute suggereert een verbeterde capaciteit voor metabole buffering en detoxificatie.

De paper stelt dat deze bevindingen erop wijzen dat matige concentraatsupplementatie de nutritionele en metabole status van grazende Yili-paarden kan verbeteren, met name tijdens de lactatie. De studie beoogt een theoretische basis te bieden voor precisienutritionele management en voedingsstrategieën die de gezondheid van het paard optimaliseren terwijl de ecologische stabiliteit van het grasland behouden blijft. De auteurs merken expliciet op dat hoewel de abundantie van Treponema toenam (een genus dat soms met ontsteking wordt geassocieerd), de studie geen histologische veranderingen heeft gemeten, waardoor dit potentiële risico met voorzichtigheid wordt vermeld.