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

Resumo Técnico: O Fenótipo de Ingestão Residual de Alimento Modula as Respostas de Desempenho de Crescimento e do Microbioma Ruminal a um Microbem Direto Alimentado Baseado em Bacillus em Bois de Corte

Declaração do Problema
Microbianos diretos alimentados (DFMs), particularmente aditivos baseados em Bacillus, são amplamente utilizados para aumentar a saúde e a produtividade de ruminantes ao modular as comunidades microbianas gastrointestinais. No entanto, a eficácia desses aditivos em bovinos de corte é inconsistente, com respostas variando tanto em magnitude quanto em direção. Embora pesquisas anteriores atribuam essa variabilidade a fatores como diferenças de linhagem, dosagem e composição da dieta, pouca atenção tem sido dada aos determinantes relacionados ao hospedeiro. Especificamente, permanece incerto se o fenótipo de eficiência alimentar inerente de um animal, medido como Ingestão Residual de Alimento (RFI), influencia a resposta à suplementação com DFM. Bovinos com RFI negativo (mais eficientes na alimentação) possuem comunidades microbianas ruminais e perfis metabólicos distintos em comparação com bovinos com RFI positivo (menos eficientes), sugerindo que o ambiente ruminal pode condicionar a eficácia de aditivos microbianos. Este estudo aborda a lacuna de conhecimento sobre se o fenótipo RFI modula as respostas de desempenho de crescimento e do microbioma ruminal à suplementação baseada em Bacillus.

Metodologia
O estudo utilizou um delineamento experimental fatorial 2 × 2 envolvendo 40 bois de corte cruzados (Angus × Hereford) selecionados de um grupo inicial de 108 com base em fenótipos de RFI divergentes.

• Seleção de Fenótipo: Após um período de determinação de RFI de 49 dias, 20 bois com RFI negativo (média de RFI = −1,66 kg/dia; mais eficientes) e 20 bois com RFI positivo (média de RFI = 1,62 kg/dia; menos eficientes) foram selecionados.
• Tratamentos: Os bois foram designados para um de quatro grupos: dieta Controle (CON) ou dieta suplementada com Bacillus (BAC) dentro de cada fenótipo de RFI. O DFM baseado em Bacillus (Papillon, Easton, MD) foi administrado a uma dose de 14 g/boi/dia (aprox. 1,5 × 10⁸ UFC/g) misturado em uma dieta total misturada (TMR) à base de silagem de milho.
• Duração: O teste de alimentação durou 70 dias.
• Medições:
  • Desempenho de Crescimento: A ingestão de matéria seca (DMI) individual foi registrada continuamente usando sensores GrowSafe. Os pesos corporais (BW) foram medidos nos dias 0, 14, 42 e 70 para calcular o Ganho Médio Diário (ADG) e as relações Conversão Alimentar (Feed:Gain).
  • Análise do Microbioma: O fluido ruminal foi coletado no dia 70. O DNA microbiano foi extraído e as regiões V3–V4 do gene rRNA 16S foram sequenciadas em uma plataforma Illumina MiSeq.
  • Bioinformática: As sequências foram processadas usando QIIME 2 e DADA2 para gerar Variantes de Sequência de Amplicons (ASVs). A classificação taxonômica foi realizada contra o banco de dados SILVA 138. Os dados foram analisados usando MicrobiomeAnalyst para métricas de diversidade (riqueza Chao1, diversidade beta de Bray–Curtis) e SAS para modelagem estatística de abundâncias relativas.
• Análise Estatística: Os dados de crescimento e microbioma foram analisados por modelos mistos com dieta, fenótipo RFI e sua interação como efeitos fixos. A significância foi definida como P ≤ 0,05, com tendências observadas em 0,05 < P ≤ 0,10.

Principais Resultados

• Desempenho de Crescimento: Uma interação significativa de dieta × RFI foi observada para o peso corporal final (BW) e ADG (P = 0,02). Em bois com RFI negativo, a suplementação com Bacillus aumentou significativamente o peso corporal final (489 kg vs. 467 kg) e o ADG (2,19 kg/d vs. 2,05 kg/d) em comparação ao controle. Inversamente, nenhuma melhoria de desempenho foi detectada em bois com RFI positivo recebendo o aditivo. A DMI foi influenciada pelo fenótipo RFI (P = 0,03), mas não pela dieta ou pela interação.
• Diversidade do Microbioma:
  • Diversidade Alfa: A riqueza Chao1 exibiu uma interação de dieta × RFI (P = 0,05). A suplementação aumentou a riqueza microbiana em bois com RFI negativo, mas não teve efeito em bois com RFI positivo.
  • Diversidade Beta: A composição da comunidade (dissimilaridade de Bray–Curtis) mostrou uma interação de dieta × RFI (P = 0,01). Diferenças significativas entre as dietas controle e suplementada foram encontradas em bois com RPI positivo (P = 0,04), enquanto nenhuma diferença foi detectada em bois com RFI negativo (P = 0,31).
• Mudanças Taxonômicas:
  • Nível de Filo: Interações significativas foram detectadas para Bacteroidota e Firmicutes. Em bois com RFI negativo, a suplementação aumentou a abundância de Bacteroidota (32,3% vs. 28,6%), enquanto a abundância de Firmicutes não aumentou (45,1% vs. 48,1% em BAC− vs. CON−). Em bois com RFI positivo, a suplementação diminuiu Bacteroidota (24,7% vs. 32,3%) e aumentou Firmicutes (50,5% vs. 45,9%).
  • Nível de Gênero: As interações foram significativas para Prevotella, Lachnospiraceae_NK3A20_group e Ruminococcus. A suplementação com Bacillus aumentou a abundância de Prevotella em bois com RFI negativo (23,5% vs. 21,0%), mas a diminuiu em bois com RFI positivo. Por outro lado, Lachnospiraceae_NK3A20_group e Ruminococcus aumentaram em bois com RPI positivo, mas não em RFI negativo.
  • Efeitos Principais: A suplementação aumentou a abundância relativa de Acetitomaculum e Desulfobacterota em ambos os fenótipos, enquanto diminuiu Ruminobacter.

Significância e Alegações
Os autores concluem que a eficácia dos DFMs baseados em Bacillus não é uniforme, mas depende fortemente do fenótipo de eficiência alimentar do hospedeiro. O estudo demonstra que bovinos com maior eficiência alimentar (RFI negativo) beneficiam-se da suplementação com melhoria no desempenho de crescimento e uma mudança microbiana em direção a táxons produtores de propionato (Bacteroidota e Prevotella). Em contraste, bois com menor eficiência (RFI positivo) exibiram reestruturação microbiana detectável (enriquecimento de táxons associados a acetato/butirato) sem ganhos correspondentes de desempenho.

O artigo afirma que esses achados apoiam o desenvolvimento de estratégias de suplementação de precisão baseadas na classificação de eficiência alimentar. Enfatiza-se que métricas taxonômicas sozinhas são insuficientes para prever a eficácia do DFM, pois resultados funcionais (crescimento) e mudanças composicionais podem divergir, particularmente em animais com RFI positivo. Os autores observam que, embora o estudo identifique associações dependentes do fenótipo, a natureza correlacional dos dados de um único ponto temporal impede o estabelecimento de causalidade, e trabalhos futuros incorporando metabolômica (por exemplo, perfil de VFA) são necessários para resolver totalmente os mecanismos subjacentes.