• Microbiota e produzione di acidi grassi a catena corta
• La composizione del microbiota intestinale a livello di “phylum”
• La composizione del microbiota a livello di “genus”
• Creep-feeding e microbiota
• Conclusioni

Stato dell’arte
Il microbiota dello stomaco dei vitelli è piuttosto complesso e caratterizzato da un’elevata densità batterica. Questa popolazione gastrointestinale nei bovini è composta da un consorzio di microrganismi che instaura una relazione simbiotica con l’ospite. Le informazioni riguardanti il microbiota gastrointestinale bovino si sono sempre focalizzate sul prestomaco di questi animali, in particolare sul rumine. Per questo motivo i dati sul microbiota fecale bovino sono ancora molto scarsi, specialmente nei vitelli.

Cosa aggiunge questa ricerca
Gli autori hanno analizzato il microbiota fecale e del rumine di vitelli in cui la fase di allattamento era giunta al termine: dall’analisi è emerso che il rumine è dominato dalla Prevotella, a prescindere dall’integrazione della dieta, che invece nelle feci è solo il settimo batterio più abbondante. Inoltre, sia il rumine sia le feci presentano un microbiota ben rappresentato dai Firmicutes e, indipendentemente dalla supplementazione, gli autori hanno rilevato un’elevata concentrazione di acidi grassi a catena corta (SCFAs) in entrambi i microbioti analizzati.

Conclusioni
Il microbiota del rumine e delle feci è sostanzialmente diverso nei vitelli in procinto di essere svezzati.

Una recente pubblicazione su PLoS One ha dimostrato che nutrire giovani vitelli anche con cibi solidi durante l’allattamento provoca cambiamenti radicali nella composizione del loro microbiota gastrointestinale. Questi cambiamenti si riscontrano soprattutto nel rumine, dove la supplementazione causa un aumento dell’abbondanza di Firmicutes e una diminuzione dell’abbondanza di Fibrobacteres.

Per giungere a queste conclusioni, i ricercatori hanno selezionato e diviso in due gruppi di analisi, per un periodo di 92 giorni al termine della fase di allattamento, 18 coppie di mucche e vitelli. I gruppi erano così formati:

  • vitelli la cui alimentazione è stata integrata con cibi solidi (“creep feeding system”)
  • vitelli senza supplemento (gruppo di controllo).

Dopo 92 giorni, campioni di rumine e di feci sono stati prelevati da ciascun animale per andare a valutare la composizione dei rispetti microbioti mediante sequenziamento dell’RNA ribosomale 16S.

Microbiota e produzione di acidi grassi a catena corta

Il sequenziamento ha prodotto circa 240.000 sequenze. Indipendentemente dal fatto che i vitelli avessero ricevuto o meno supplementi alimentari, il microbiota delle feci rispetto a quello del rumine è apparso molto diverso. Informazioni derivanti dalla beta-diversity indicano che, mentre tutti i campioni fecali tendono a raggrupparsi insieme, quelli del rumine tendono a collocarsi dalla parte opposta dello spettro. Il risultato dell’indice di diversità filogenetica di Faith è molto simile a quello ottenuto dalla beta-diversity, poiché evidenzia ancora una volta quanto i microbioti degli organi analizzati siano sostanzialmente diversi. Avere una diversità microbica maggiore nel rumine rispetto che nelle feci ha anche senso dal punto di vista ecologico, data la grande disponibilità di sostanze nutritive in questo ambiente: la maggior parte dei nutrienti, infatti, viene assorbita prima che questi raggiungano l’intestino principale.

La presenza di SCFAs nelle due tipologie di campioni analizzati sembra non essere correlata all’aggiunta di supplementi dietetici, anche se si osserva un trend nei vitelli la cui alimentazione è stata integrata: questi, infatti, presentano livelli di acidi più alti nelle feci, fatta eccezione per l’isobutirrato e per il valerato, che sono più abbondanti nel rumine.

La produzione totale di SCFAs è in accordo con gli indici di diversità microbica calcolati dagli autori. Queste sostanze rappresentano il risultato della fermentazione microbica di materiale organico, un processo che avviene costantemente sia nel rumine sia nell’intestino principale. Tuttavia, la concentrazione maggiore di SCFAs osservata nel rumine indica che l’attività microbica principale avviene nel prestomaco dei vitelli.

Confrontando le concentrazioni di ciascun SCFA, si può osservare che l’integrazione alimentare dei vitelli non ha un grosso impatto su queste sostanze, fatta eccezione per il propionato e il butirrato, entrambi presenti in concentrazioni elevate nel tratto gastrointestinale dei vitelli supplementati.

Nei ruminanti il propionato è un importante precursore del glucosio: elevati livelli di questo SCFA si ritrovano in vitelli che hanno acquistato peso. Inoltre, il propionato stimola lo sviluppo della mucosa del rumine. Analogamente, il butirrato favorisce quello dell’epitelio del rumine come nessun altro SFCA è capace di fare.

Quindi, nei vitelli la supplementazione con cibo solido sembra migliorare lo sviluppo del tessuto epiteliale del tratto gastrointestinale, se si confronta questo gruppo con quello di controllo.

La composizione del microbiota intestinale a livello di “phylum”

Dei 12 principali phyla ritrovati nel gruppo dei vitelli senza supplementazione, 8 presentano un’abbondanza significativamente diversa tra rumine e feci,: Cyanobacteria, SR1, Fibrobacteres, Lentispherae, Tenericutes, Spirochaetes, Firmicutes e Bacteroidetes. Degli 11 principali phyla del gruppo di vitelli con supplementazione, i 6 trovati “differenzialmente” abbondanti sono: SR1, Fibrobacteres, Tenericutes, TM7, Firmicutes e Bacteroidetes.

Confrontando l’abbondanza dei diversi phyla nei due gruppi è emerso che:

  • nel rumine dei vitelli con alimentazione integrata si riscontra un’abbondanza più bassa di Fibrobacteres, Lentispherae e Verrucomicrobia, mentre una più alta di Firmicutes
  • dal confronto dei soli campioni fecali, emerge un’abbondanza dei Verrucomicrobia più bassa nei vitelli supplementati e un significativo aumento dell’abbondanza dei Firmicutes.

Analogamente a quanto pubblicato in altri studi, gli autori hanno riscontrato che nelle feci di vitelli giovani predominano i Firmicutes, seguiti dai Bacteroidetes. Nei campioni di rumine, invece, accade esattamente il contrario: Bacteroidetes al primo posto e Firmicutes al secondo. Quindi, indipendentemente dall’integrazione, questi due phyla sono i più rappresentati.

È importante sottolineare che in questo studio, a differenza di altri simili, i vitelli hanno libero accesso al latte materno, così come all’erba fresca.

La composizione del microbiota a livello di “genus”

Per quanto riguarda il genus, gli autori hanno identificato i 10 generi batterici più abbondanti sia nel rumine sia nelle feci dei vitelli. Nell’ambiente ruminale, Prevotella e Fibrobacter sono i due microrganismi che più divergono tra i gruppi controllo e con supplementazione: i vitelli supplementati, infatti, presentano una abbondanza maggiore di Prevotella e minore di Fibrobacter in confronto ai vitelli di controllo. Nei campioni fecali, invece, nella “top ten” dei generi batterici, Prevotella e Lactobacillus risultano significativamente alterati a causa dell’integrazione alimentare: Prevotella è meno abbondante nei vitelli supplementati, mentre Lactobacillus è più presente.

È risaputo che il genus Prevotella contiene parecchie specie batteriche molto attive dal punto di vista metabolico, che quindi svolgono ruoli biologici piuttosto vari. Per esempio, Prevotella ruminicola utilizza l’amido e altri zuccheri solubili ed è capace di degradare polisaccaridi complessi come la pectina o l’emicellulosa. Nonostante queste sue capacità, nei vitelli la sua funzione principale è idrolizzare proteine e peptidi, come dimostra anche uno studio-confronto condotto su 14 diverse specie di batteri del rumine. Per questo motivo, la grande presenza di Prevotella nei campioni di rumine di vitelli con alimentazione integrata è una risposta alla grande quantità di carboidrati e proteine del supplemento dato ai vitelli di questo gruppo.

Creep-feeding e microbiota

L’integrazione alimentare mediante il sistema del creep-feeding nei vitelli che stanno per essere svezzati, e cioè nei 92 giorni che precedono lo svezzamento, non influenza il loro peso, probabilmente grazie alla qualità del foraggio offerto agli animali, che fa produrre latte di alta qualità alle mucche.

Un’analisi metagenomica predittiva ha identificato 5 diversi pathway KEGG con espressione differente nel rumine di vitelli supplementati rispetto al gruppo di controllo. Gli stessi pathway non sono differenzialmente espressi nei due gruppi di vitelli quando si analizzano i campioni fecali. La mancata differenza nelle feci è parzialmente dovuta alla grande variabilità osservata in questi campioni, se confrontati con quelli ottenuti dal rumine.

Nonostante l’integrazione con cibi solidi non influenzi il peso, si osservano alcune differenze nella composizione del microbiota e, di conseguenza, nell’attività batterica e nei pathway di espressione. Da un punto di vista biologico, questo risultato ha senso in quanto una più alta espressione di pathway metabolici è associata alla presenza di cofattori e vitamine nel rumine di vitelli supplementati (soprattutto vitamine del gruppo B).

Nel rumine di vitelli con supplementazione è stata osservata anche una maggiore espressione dei pathway dell’arginina e della ornitina. L’ornitina è una componente delle parete cellulare di batteri Gram-positivi, mentre l’arginina potrebbe far parte delle secrezioni batteriche che permettono ad alcuni batteri di proliferare nelle comunità polimicrobiche, dal momento che queste secrezioni risultano tossiche per altri batteri. Quindi, un metabolismo più attivo degli aminoacidi è compatibile con una maggior attività batterica che, verosimilmente, avviene nel rumine di vitelli la cui alimentazione è integrata, come indicato anche dalla quantità totale di SCFA riscontrata.

Infine, la maggiore espressione di pathway coinvolti nel metabolismo dei carboidrati e nell’assemblaggio dei flagelli giustifica anche la percezione di una grande attività microbica nel rumine, dal momento che i carboidrati sono la maggior componente del supplemento alimentare ed è, quindi, richiesta una maggiore attività flagellare nell’ambiente ruminale.

Conclusioni

Gli autori hanno dimostrato che il microbiota delle feci e del rumine dei vitelli è molto diverso, indipendentemente dall’integrazione alimentare fatta durante l’allattamento.

L’alpha e la beta-diversity, la composizione microbica individuale e i metaboliti microbici quantificati (SCFA) indicano che l’ambiente fecale e quello ruminale sono dissimili, nonostante alcuni gruppi microbici siano presenti in entrambi. Inoltre, nonostante la mancata risposta sulla crescita dei vitelli, l’integrazione alimentare nella dieta per 92 giorni ha significativamente aumentato l’abbondanza nel rumine di Prevotella e ha diminuito quella di Fibrobacter. Nelle feci, invece, l’integrazione fa diminuire la presenza di Prevotella e aumentare quella del Lactobacillus. Questa integrazione, inoltre, altera l’espressione di alcuni pathway metabolici nel rumine, ma non nelle feci, suggerendo quindi un’influenza sul microbiota del rumine.

I risultati di questo lavoro presentano numerosi vantaggi per l’industria del bestiame, dal momento che la salute degli animali dipende proprio dal microbiota intestinale. Ottenere informazioni sulla popolazione microbica, quindi, può migliorare in maniera naturale la produzione dell’animale ospite, e può consentire ai produttori industriali di favorire la salute del bestiame, aumentando le performance a lungo termine e minimizzando gli impatti ambientali.

Ricerche in questo settore sono sempre state limitate dalla scarsità numerica dei campioni che, quindi, ne comprometteva la riproducibilità, oppure dall’utilizzo di animali adulti. In questo studio, invece, sono stati inclusi animali giovani durante la transizione dalla fase di allattamento esclusivo a quella dello svezzamento.

In futuro sarà necessario quindi condurre studi rivolti a capire tutti gli effetti dell’integrazione alimentare durante la fase di allattamento sul microbiota gastrointestinale, e il conseguente impatto sulla crescita, sull’efficienza produttiva e sulla qualità delle carni dei vitelli nel momento in cui raggiungeranno la maturità.