Ovini: trapianto di fluido ruminale riduce la disbiosi e il danno epiteliale da acidosi

• Stato dell’arte
  Benché il trapianto di fluido ruminale da esemplari sani sia applicato con successo nel trattamento dell’acidosi negli ovini, rimane ancora da scoprire il suo funzionamento e che cosa comporta a livello di comunità batterica.

• Cosa aggiunge questa ricerca
  Attraverso un modello ovino di acidosi ruminale è stato esaminato il cambiamento della capacità fermentativa e della comunità batterica, oltre che della morfologia e funzionalità dell’epitelio locale, in seguito a trapianto di fluido ruminale.

• Conclusioni
  Il trapianto di fluido ruminale accelera il risolversi della disbiosi e riduce il danno epiteliale indotto da acidosi, modulando inoltre l’espressione di alcuni geni che codificano per citochine e proteine di giunzione stretta.

In presenza di acidosi ruminale negli ovini, il trapianto di fluidi dal rumine di esemplari sani è una buona strategia di cura in quanto facilita il ripristino dell’equilibrio batterico e riduce il danno dell’epitelio locale. Lo dimostra lo studio coordinato da Junhua Liu della Nanjing Agricultural University cinese, e pubblicato su The FASEB Journal.

L’acidosi ruminale è un disordine digestivo comune tra i ruminanti che incide molto sia sulla loro salute sia sulla produttività industriale. Dato il suo impatto, sono molte le strategie finora testate per la sua cura. Tra queste, il trasferimento o trapianto di fluido ruminale da esemplari sani sembrerebbe essere la migliore. Il meccanismo che sta alla base di questa procedura rimane, però, ancora poco chiaro, almeno fino a questo studio.

I ricercatori hanno suddiviso 10 pecore, nelle quali è stata indotta l’acidosi con un cambio dieta, in un sottogruppo di controllo (Con, n=5) e uno trattato con trapianto (RT, n=5). Altre 5 pecore sane sono state incluse nello studio come ulteriore confronto, nonché come fonti di fluido per l’intervento.

La raccolta dei campioni dal rumine per l’analisi della capacità fermentativa e della composizione batterica è stata eseguita in più momenti e durante tutte le fasi dello studio, ossia il primo periodo di ambientamento (30 giorni), l’induzione di patologia con oligofruttosio per il sottogruppo d’interesse (5 giorni) e la fase successiva all’eventuale trapianto (14 giorni). Al termine di tale periodo, gli animali sono stati sacrificati per la valutazione istologica. Di seguito i principali risultati.

Capacità fermentativa e acidosi ruminale

La determinazione della capacità fermentativa degli esemplari, condizione essenziale per la digestione dei nutrienti nei ruminanti, è stata condotta sia durante l’induzione di patologia sia dopo il trapianto di fluido “sano”. Ecco cosa è emerso dal confronto tra i vari gruppi e le diverse campionature.

Nella fase iniziale il supplemento di oligofruttosio nella dieta per indurre l’acidosi ha comportato:

• tra le 8 e 36 ore successive un aumento di diarrea, depressione e anoressia;
• un significativo decremento di pH, lattato, acidi grassi volatili (VFA), acetato e propionato, controbilanciato da un aumento di lattato entro le 48 ore.

Dopo il trapianto:

• rispetto al gruppo Con, quello ricevente il trapianto (RT) ha mostrato un notevole incremento di introito di materia secca i primi due giorni, differenza non registrata in seguito (giorno 3, 5,6,8,10,14);
• il gruppo RT non ha presentato più diarrea già dal secondo giorno dopo il trapianto, mentre quello di controllo ha manifestato sintomatologia diarroica per altri due giorni;
• dopo l’intervento, nel rumine degli RT è stato registrato un decremento nei livelli di lattato e butirrato e un aumento in quelli totali di VFA, pH, acetato e propionato.

Composizione batterica e acidosi ruminale

Dalla caratterizzazione di tutti i campioni di fluido ruminale sono stati identificati un totale di 1883 OTUs unici appartenenti a 186 generi e 20 phyla. Confrontando i due gruppi (Con e RT) dopo l’intervento, si è visto che:

• la biodiversità (ChaO1 index e Shannon index) è significativamente influenzata dalla tempistica di campionamento e dal trapianto, parametri correlati anche tra loro;
• dall’analisi PCoA, i campioni raccolti al baseline (giorno 0) da entrambi i gruppi hanno mostrato una buona somiglianza (cluster), analogamente a quelli dei donatori (pecore sane) collezionati all’ottavo giorno con quelli del gruppo Con del 14° e quelli del gruppo RT tra il secondo e 14° giorno. Nei Con, i campioni prelevati i primi quattro giorni sono risultati distinti tra loro, simili invece quelli tra l’ottavo e il 14°. Nel gruppo RT, in generale, i campioni del pre-intervento sono risultati distinti da quelli nel post-intervento;
• c’è una distinzione significativa tra la struttura batterica dei donatori sani e quella del gruppo Con e dei campioni pre-intervento del gruppo RT, dimostrata anche dall’analisi AMOVA.

 All’analisi della diversità strutturale è stato associato l’esame della composizione batterica in relazione sia al tempo sia all’intervento:

• sei dei 20 phyla registrati hanno dimostrato di essere quelli più abbondanti (Bacteroidetes, Firmicutes, Actinobacteria, Proteobacteria, Tenericutes e Spirochaetae). Tutti, tranne Actinobacteria, sono risultati influenzati dal tempo nella loro concentrazione, mentre solo l’espressione di Proteobacteria ha mostrato di non dipendere dal trattamento.

• a livello di genere, 18 hanno dimostrato predominanza, 16 di questi influenzati dal tempo di campionamento. In particolare, l’abbondanza di Streptococcus, Lactobacillus, Megasphaera, Sharpea e Bifidobacterium ha registrato un notevole decremento dopo l’intervento in entrambi i gruppi (Con e RT), raggiungendo valori fisiologici a otto ore. Di contro, generi non classificati di Christensenellaceae, Bacteroidales, Prevotellaceae, Ruminococcaceae, Lachnospiraceae, Rikenellaceae oltre che Butyrivibrio, Acetitomaculum, Ruminococcus, Succiniclasticum  e Treponema hanno mostrato un aumento con valori normali, per la maggior parte di questi, raggiunti a 14 giorni.

• Generi non classificati di Prevotellaceae, Bacteroidales e Ruminococcaceae, insieme a Atopobium e Acetitomaculum, sono invece risultati influenzati dal trattamento. L’espressione di quest’ultimo con quella di Prevotellaceae e Ruminococcaceae, per esempio, ha mostrato un incremento significativamente maggiore nel gruppo RT rispetto ai Con il secondo giorno.

L’attenzione dei ricercatori si è quindi spostata sulla funzionalità metabolica (KEGG pathways) e la capacità fermentativa (livelli di lattato, acetato, VFA, propionato) ancora una volta in relazione al trapianto e al giorno di raccolta dei campioni:

• delle 22 vie metaboliche dominanti, 2 sono risultate significativamente influenzate dal trattamento, 17 invece dalla tempistica
• la concentrazione ruminale di lattato è negativamente correlata con l’abbondanza relativa di Treponema e Butyrivibrio, positivamente con quella di un non classificato Christensenellaceae e Prevotella
• l’acetato ha mostrato un’associazione positiva con un non classificato Lachnospiraceae, il propionato con Succiniclasticum
• i livelli di VFA totali hanno registrato una correlazione positiva con l’abbondanza relativa di Treponema, Lactobacillus, Butyrivibrio, un non classificato Bacteroidales e Prevotellaceae. Negativa invece con Prevotella.

Trapianto e morfologia

Infine, è stato determinato l’effetto protettivo dell’intervento in termini di morfologia e funzionalità dell’epitelio ruminale a 15 giorni:

• il pH e il propionato acetato hanno mostrato valori maggiori nei gruppi Con e RT rispetto ai donatori sani;
• il gruppo RT ha presentato i livelli massimi di acetato seguito da quello dei donatori e dei Con. Andamento inverso per il propionato;
• rispetto ai donatori, sia Con sia RT hanno mostrato concentrazioni di VFA totali inferiori;
• i livelli di LPS (endotossina batterica) sono risultati inferiori nei donatori e nel gruppo RT in confronto ai Con;
• ipercheratosi e cellule morte cheratinizzate sono risultate meno visibili dopo il trapianto. Di contro, la lunghezza delle papille è aumentata portando, in generale, la morfologia cellulare in condizioni simil-fisiologiche. La larghezza rimane però inferiore a quella dei donatori. Densità e superficie papillare non hanno invece mostrato alcuna differenza significativa tra i due gruppi in seguito al trapianto
• il gruppo RT ha presentato la più elevata espressione di mRNA IL-10 seguito da Con e donatori. Di contro, l’mRNA per TNF-alpha e Claudin-4 ha registrato i valori inferiori, insieme ai donatori, rispetto ai Con. Nessuna differenza significativa in termini di IL-6, IFN-gamma, occludina e ZO-1 epiteliali tra i gruppi.

In conclusione, in presenza di acidosi il trapianto di fluido ruminale da donatori sani:

• aumenta le concentrazioni di acetato, propionato, butirrato e VFA totali;
• diminuisce le endotossine batteriche (LPS);
• accelera il risolversi della disbiosi;
• protegge l’epitelio del rumine da danni morfologici e funzionali modulando le citochine e le giunzioni strette.

Questi dati spiegano e sostengono dunque l’utilità di questa procedura in ovini con acidosi.