O impacto da suplementação de vitamina D3 no microbioma fecal e oral de bezerras leiteiras em confinamento ou a pasto

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 9111 (2023) Citar este artigo

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A vitamina D (VitD) está emergindo como um regulador imunológico, além de seu papel estabelecido no metabolismo e na homeostase mineral. Este estudo procurou determinar se a VitD in vivo modulou o microbioma oral e fecal em bezerras leiteiras da raça Holandesa-Frísia. O modelo experimental consistiu de dois grupos controle (Ctl-In, Ctl-Out) alimentados com dieta contendo 6.000 UI/Kg de VitD3 no sucedâneo do leite e 2.000 UI/Kg na ração, e dois grupos de tratamento (VitD-In, VitD-Out) com 10.000 UI/Kg de VitD3 no sucedâneo do leite e 4.000 UI/Kg na ração. Um grupo de controle e um grupo de tratamento foram transferidos para o exterior após o desmame com aproximadamente 10 semanas de idade. Amostras de saliva e fezes foram coletadas após 7 meses de suplementação e a análise do microbioma foi realizada usando sequenciamento de 16S rRNA. A análise de dissimilaridade de Bray-Curtis identificou que tanto o local de amostragem (oral x fecal) quanto o alojamento (interno x externo) tiveram influências significativas na composição do microbioma. Os bezerros alojados ao ar livre tiveram maior diversidade microbiana nas amostras fecais com base nas medidas de Observed, Chao1, Shannon, Simpson e Fisher em comparação com os bezerros alojados em ambientes fechados (P < 0,05). Uma interação significativa entre alojamento e tratamento foi observada para os gêneros Oscillospira, Ruminococcus, CF231 e Paludibacter em amostras fecais. Os gêneros Oscillospira e Dorea aumentaram enquanto Clostridium e Blautia diminuíram após a suplementação de VitD nas amostras fecais (P < 0,05). Uma interação entre suplementação de VitD e habitação foi detectada na abundância dos gêneros Actinobacillus e Streptococcus nas amostras orais. A suplementação com VitD aumentou os gêneros Oscillospira, Helcococcus e reduziu os gêneros Actinobacillus, Ruminococcus, Moraxella, Clostridium, Prevotella, Succinivibrio e Parvimonas. Esses dados preliminares sugerem que a suplementação com VitD altera o microbioma oral e fecal. Mais pesquisas serão realizadas para estabelecer a importância das alterações microbianas para a saúde e o desempenho dos animais.

As doenças infecciosas impactam significativamente a sustentabilidade econômica dos sistemas leiteiros, e a mortalidade anual no início da vida pode representar quase 10% dos bezerros em média, com taxas significativamente mais altas em algumas fazendas1. Além disso, a doença compromete a capacidade de bezerros adicionais atingirem as metas de produção e atingirem seu potencial genético. Bactérias e vírus respiratórios e entéricos (vírus sincicial respiratório, BVD, herpesvírus, E. coli, rotavírus, Salmonella) são responsáveis pela maioria das doenças infecciosas que afetam bezerros leiteiros jovens2,3. Um início de vida mal-adaptativo pode continuar a comprometer a produtividade do gado, bem como contribuir para a suscetibilidade a doenças mais tarde na vida2. Portanto, para atender de forma mais adequada às necessidades de bem-estar de bezerros leiteiros em particular e reduzir nossa dependência de antibióticos como tratamento para infecções bacterianas, são necessários esforços contínuos para reforçar de maneira ideal a resistência natural a doenças e a saúde do animal.

Durante o início da vida, os bezerros dependem predominantemente de seu sistema imunológico inato para proteção contra doenças, pois o braço adaptativo de seu sistema imunológico se desenvolve gradualmente até a maturidade em aproximadamente 6 meses após o nascimento4. Um dos principais contribuintes para a preparação ideal do sistema imunológico adaptativo e o desenvolvimento da homeostase é o estabelecimento do microbioma. Acredita-se que as culturas iniciais para o desenvolvimento microbiano se originam do colostro ingerido imediatamente após o nascimento, embora pesquisas mais recentes sugiram que alguma exposição pode ocorrer no útero5. O recém-nascido consome uma dieta exclusivamente láctea e acredita-se que a colonização do intestino comece no íleo e posteriormente se estabeleça ao longo do extenso trato pré-ruminante em desenvolvimento6,7. A composição da microflora intestinal foi estabelecida em bezerros jovens, e uma predominância de Firmicutes foi relatada. No entanto, mudanças dinâmicas consideráveis ocorrem na sucessão microbiana à medida que o rúmen se desenvolve e os mecanismos reguladores homeostáticos do tecido ocorrem8.

0.05). Although the Ctl-Out group showed a tendency toward lower final weights at the end of the experiment, no significant differences in either initial weight or body weight gain was detected (P > 0.05; Supplementary Figure S1)./p> 70% on average) followed by Lachnospiraceae (15%) Clostridiaceae (3%), Peptostreptococcaceae (2%) and Rikenellaceae (1%) with the remainder of families being observed at less than 1% (Supplementary Table S1). At genus level Oscillospira (30% on average) was the dominant genera with Faecalibacterium (11%), Dorea (10%), Ruminococcus (6%), Prevotella (5%), CF231 (5%), Clostridium (3%) and Blautia (2%) being prominent (Supplementary Table S1)./p> 225 nucleotides and a read-quality score of > 27 were retained. The uclust function in Qiime was used to pick OTUs based on a sequence similarity of 97%. Singletons were removed, as only OTUs that were present at the level of at least two reads in more than one sample were retained while chimeric sequences were removed using ChimeraSlayer50,51. The GreenGenes database assigned OTUs to different taxonomic levels. A combination of the mormalized OTU table, experimental phenotypic data and the phylogenetic tree were combined to produce the phyloseq object for further analysis (http://www.r-project.org; version 3.5.0, accessed on 25 March). The dynamics of richness and diversity in the microbiota were computed with the observed, Chao1, Shannon, Simpson and Fisher indices. The Simpson and Shannon indices of diversity account for both richness and evenness parameters. The beta diversity measurements are a measure of separation of the phylogenetic structure of the OTU in one sample compared with all other samples. This was estimated by normalising the data so taxonomic feature counts were comparable across samples. Several distance metrics were considered, in order to calculate the distance matrix of the different multidimensional reduction methods. These included weighted/unweighted UniFrac distance and non-phylogenetic distance metrics (i.e., Bray–Curtis, Jensen–Shannon divergence and Euclidian) using phyloseq in R52,53. Differential abundance testing was performed on tables extracted from the phyloseq object at phylum, family and genus level. The data was analysed using the PROC Glimmix procedure within Statistical Analysis Software (SAS) 9.4 (SAS, 2013). The model assessed the main effects of treatment (Ctrl vs. VitD) and housing (Indoor vs. Outdoor) and their associated interaction with the individual calf being the experimental unit. 6 calves per treatment group were used for the statistical analysis of the relative bacterial abundances with the exception of VitD-In group in the oral samples which only contained four samples due to inadequate DNA in the swabs. Results are presented using Benjamini–Hochberg (BH) adjusted P values./p>