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

Resumo Técnico: Efeitos da Suplementação com Concentrado na Microbiota Fecal, Metabolômica Sérica e Proteômica em Cavalos Yili em Pastoreio

Problema
O cavalo Yili, uma raça de duplo propósito da China, depende do pastoreio natural, que está sujeito a flutuações sazonais e variações de pluviosidade que podem comprometer a qualidade da pastagem e a disponibilidade de nutrientes. Embora as pastagens naturais forneçam volumoso, elas podem não atender aos requisitos específicos de energia e proteína de éguas no início da lactação, o que pode restringir o manejo da saúde e o desenvolvimento dos recursos de leite de égua. Embora a suplementação com concentrado seja uma estratégia conhecida para abordar lacunas nutricionais, há uma carência de pesquisas integradas que examinem como tal suplementação afeta a complexa interação entre a fermentação do intestino grosso, a estrutura da comunidade microbiana e o metabolismo sistêmico do hospedeiro (metabolômica e proteômica) em equídeos em pastoreio.

Metodologia
O estudo empregou um experimento controlado de 100 dias (10 dias de adaptação, 90 dias de teste) com 16 éguas Yili em início de lactação (3–4 anos de idade, ~391,5 kg) distribuídas aleatoriamente em dois grupos:

• Grupo de Pastoreio (G): Pastoreio natural em pastagem.
• Grupo de Pastoreio + Suplementação (GS): Recebeu 2 kg/dia de um suplemento concentrado formulado (52% milho, 20% farelo de soja, 12% farelo, 10% cevada, além de minerais/vitaminas) adicional ao pastoreio natural.

Coleta e Análise de Dados:

• Amostras: Amostras fecais (para parâmetros de fermentação, pH e sequenciamento de rRNA 16S) e amostras de sangue (para índices bioquímicos, metabolômica e proteômica) foram coletadas no dia 90.
• Análise Fecal: Mediu-se os ácidos graxos voláteis (AGVs) via cromatografia gasosa e avaliou-se a diversidade microbiana usando sequenciamento de rRNA 16S de comprimento total PacBio.
• Análise Sérica:
  • Bioquímica: Analisador automatizado para glicose, lipídios, enzimas hepáticas e bilirrubina.
  • Metabolômica: UPLC-MS/MS não direcionado (ESI+ e ESI-) para identificar metabólitos séricos.
  • Proteômica: LC-MS/MS baseado em DIA (Orbitrap Astral) para quantificar proteínas séricas.
• Estatística: Testes t independentes para dados bioquímicos; OPLS-DA para metabolômica; LEfSe para microbiota; e análises de correlação (Spearman) para vincular microbiota, fermentação, metabólitos e proteínas.

Principais Resultados

• Fermentação Fecal e Microbiota:

  • O grupo GS exibiu concentrações significativamente maiores de propionato e butirato fecal, menor pH fecal e uma razão acetato-propionato mais baixa em comparação ao grupo G.
  • A diversidade microbiana (índice de Simpson) foi maior no grupo GS.
  • Mudanças no nível de gênero: O grupo GS apresentou abundâncias relativas significativamente maiores de Treponema e Oliverpabstia, enquanto o grupo G apresentou maiores abundâncias de Lachnoclostridium, Roseburia, Anaerosacchariphilus e Coprococcus.
  • A análise de correlação indicou que o Treponema estava positivamente correlacionado com o butirato e negativamente com o pH, enquanto gêneros degradadores de fibras (Lachnoclostridium, Roseburia) estavam negativamente correlacionados com os produtos de fermentação no grupo suplementado.

• Bioquímica Sérica:

  • A suplementação com concentrado aumentou significativamente a glicose sérica (GLU).
  • Diminuiu significativamente a bilirrubina total (TBIL), o colesterol total (TC) e o colesterol de alta densidade (HDL-C).
  • Não foram encontradas diferenças significativas em outros índices, como ureia, ALT, AST ou triglicerídeos.

• Metabolômica Sérica:

  • Foram identificados 487 metabólitos diferenciais (78 regulados positivamente, 409 regulados negativamente no grupo GS).
  • O enriquecimento KEGG destacou vias relacionadas ao ciclo do ácido tricarboxílico (TCA), metabolismo de nucleotídeos, secreção biliar, metabolismo da vitamina B6 e metabolismo do piruvato.
  • Os aumentos específicos no grupo GS incluíram estrona-3-sulfato, ácido fumárico, ácido úrico e ácido cítrico. As reduções incluíram cis-aconitato, inosina e guanina.

• Proteômica Sérica:

  • Foram identificadas 31 proteínas diferencialmente expressas (DEPs) (20 reguladas positivamente, 11 reguladas negativamente no GS).
  • Reguladas positivamente: Peroxirredoxina-5 (PRDX5), lactoilglutationa liase (GLO1), transquetolase, ATP1A1 e várias proteínas relacionadas à imunidade (ex: fragmentos de cadeia leve de imunoglobulina, alfa-1-antitripsina).
  • Reguladas negativamente: Proteína de transferência de fosfolipídios, anexina, calicreína-relacionada peptidase 11 e fragmentos específicos de imunoglobulina.
  • O enriquecimento funcional apontou para processos metabólicos, respostas celulares a estímulos e processos do sistema imunológico, especificamente envolvendo o metabolismo do piruvato e a via das pentoses-fosfato.

Principais Contribuições
Este estudo fornece uma perspectiva multi-ômica sobre como a suplementação com concentrado altera o estado fisiológico dos cavalos Yili em pastoreio. Ao integrar a microbiota fecal, parâmetros de fermentação, metabolômica sérica e proteômica, a pesquisa elucida o vínculo mecanístico entre a ingestão de amido dietético e a adaptação metabólica do hospedeiro. Demonstra que a suplementação desloca a fermentação do intestino grosso para a produção de propionato e butirato e modula os perfis séricos para aumentar a disponibilidade de glicose e a capacidade antioxidante, ao mesmo tempo em que altera o metabolismo de lipídios e ácidos biliares.

Significância e Alegações
Os autores concluem que a suplementação moderada com concentrado (2 kg/dia) altera efetivamente os padrões de fermentação fecal e a composição microbiana em cavalos Yili em pastoreio. O estudo afirma que essas mudanças dietéticas regulam vias relacionadas ao metabolismo da glicose e de lipídios séricos, metabolismo de ácidos biliares, respostas antioxidantes e metabolismo energético. Especificamente, a regulação positiva de proteínas antioxidantes (PRDX5, GLO1) e enzimas envolvidas na via das pentoses-fosfato sugere uma capacidade aprimorada de tamponamento metabólico e desintoxicação.

O artigo postula que esses achados sugerem que a suplementação moderada com concentrado pode melhorar o status nutricional e metabólico dos cavalos Yili em pastoreio, particularmente durante a lactação. O estudo visa fornecer uma base teórica para o manejo nutricional de precisão e estratégias de alimentação que otimizem a saúde do cavalo, mantendo a estabilidade ecológica das pastagens. Os autores observam explicitamente que, embora a abundância de Treponema tenha aumentado (um gênero por vezes associado à inflamação), o estudo não mediu alterações histológicas, portanto, este risco potencial é observado com cautela.