Cambiamenti nella fermentazione e nella popolazione batterica ruminale in vacche da latte in lattazione con acidosi ruminale subacuta dopo trapianto di contenuto ruminale.

Nei moderni sistemi di allevamento da latte, la somministrazione alle vacche di diete ad elevato contenuto di cereali è un regime alimentare ampiamente adottato per ottenere una produzione di latte sempre maggiore, che però porta ad una maggiore incidenza di SARA, Acidosi Ruminale SubAcuta (Abdou e Abd El Tawab, 2020; Hossain, 2020). L’acidosi ruminale subacuta altera la fermentazione ruminale ed è caratterizzata da una diminuzione del pH ruminale che diventa 5.8-5.2 (Enemark, 2008). Si è visto che la SARA indotta dai cereali deprime il DMI, modifica la struttura e la funzione del microbiota ruminale, riduce la produzione di latte e ne diminuisce il  grasso, e causa ascessi epatici (Enjalbert et al., 2008; Kleen e Cannizzo, 2012; Mu et al., 2021).

Pertanto, la SARA è una problematica importante per la salute e la produttività delle bovine, per il rendimento dell’allevamento e per il benessere degli animali. Vengono condotti sempre più studi sul consolidamento e sul rimodellamento del microbioma intestinale al fine di regolare i disordini metabolici (Fong et al., 2020). Negli studi condotti sull’uomo e sui topi, è stato verificato che il trapianto di microbiota fecale è efficace nel ripopolare la flora intestinale, riparare la barriera intestinale, ristabilire l’omeostasi intestinale e nel ripristinare la funzione gastroenterica (Li et al., 2015; Kim et al., 2020).

Nei ruminanti, l’intervento sul microbiota viene generalmente effettuato inoculando specifici isolati (o liquido ruminale) provenienti da vacche donatrici per via orale o attraverso una fistola ruminale. Arik et al. (2019) ha rivelato che l’inoculazione di Megasphaera elsdenii potrebbe aiutare a prevenire la SARA modificando la flora ruminale, testimoniata da una diminuzione della popolazione di Selenomonas ruminantium e da un aumento della popolazione di protozoi. Liu et al. (2019), utilizzando un modello di acidosi ruminale della pecora, ha dimostrato che il trapianto di liquido ruminale induceva cambiamenti nei parametri della fermentazione ruminale, aumentava l’abbondanza relativa di batteri non classificati (Bacteroidales, Prevotellaceae, Ruminococcaceae) e di Acetitomaculum, accelerava il recupero dell’omeostasi ruminale e diminuiva il danno all’epitelio ruminale. Tuttavia, per ottenere una modulazione ideale sono sempre necessarie più inoculazioni in successione a causa della specificità dell’ospite, della resistenza alla colonizzazione e della resilienza intrinseca del microbiota ruminale dei ruminanti adulti (Yu et al., 2020). Invece il trapianto di contenuto ruminale (RCT) da animali donatori può trasferire un microbiota ruminale al contempo più vario e completo e può rappresentare un’alternativa migliore.

Precedenti studi condotti sui ruminanti hanno evidenziato che il trattamento di agnelli a digiuno con contenuto ruminale di agnelli non a digiuno facilita il ripristino della popolazione di protozoi e aumenta la quantità totale di microbiota ruminale degli agnelli a digiuno favorendo la concentrazione di acido nucleico ruminale (Cole, 1991). Inoltre, secondo la letteratura, già nel 1776 gli allevatori svedesi come pratica di allevamento animale curavano l’indigestione dei ruminanti somministrando all’animale malato un bolo fresco ottenuto da un animale sano (Brag e Hansen, 1994).

Uno studio recente ha rivelato che lo scambio di contenuto ruminale tra vacche Holstein ad elevata e bassa efficienza potrebbe modificare la popolazione batterica ruminale delle vacche e migliorare le performance di lattazione delle vacche da latte a bassa efficienza produttiva (Weimer et al., 2017). Tuttavia, sono ancora poche le conoscenze disponibili su come l’RCT influenzi la fermentazione ruminale e la flora batterica delle vacche in lattazione con SARA. In linea generale, nelle vacche la SARA è caratterizzata da un aumento del livello di propionato, da una diminuzione del livello di acetato e da una alterata composizione microbica ruminale (Mao et al., 2013; Pan et al., 2016).

Infatti, il controllo del microbiota ruminale è stato per lungo tempo impiegato per curare l’indigestione ruminale ed è recentemente diventato un punto di riferimento per la ricerca. Tuttavia, il modo mediante il quale interviene sul rimodellamento dell’omeostasi batterica e sul ripristino della fermentazione ruminale nelle bovine con acidosi ruminale subacuta (SARA) rimane ancora poco chiaro.

Uno studio pubblicato sul Journal of Dairy Science ha analizzato i cambiamenti della fermentazione ruminale e delle popolazioni batteriche nelle vacche con SARA dopo un trapianto di contenuto ruminale (RCT) ipotizzando che un RCT da vacche sane sia benefico per il rimodellamento dell’omeostasi batterica ruminale, favorendo così la fermentazione e il funzionamento del rumine. Per valutare questa ipotesi, abbiamo trasferito il 70% del contenuto ruminale di vacche donatrici a vacche in lattazione con SARA, mentre le vacche che hanno ricevuto il 70% di contenuto ruminale prelevato da loro stesse sono state impiegate come controllo. Abbiamo utilizzato il sequenziamento del gene dell’rRNA 16S per studiare i profili dei batteri ruminali dopo RCT.

Tutto l’esperimento prevedeva 2 periodi: il periodo di induzione della SARA e il periodo di RCT. Durante il periodo di induzione della SARA, sono state selezionate 12 vacche Holstein in lattazione con fistola ruminale e suddivise in modo casuale in 2 gruppi. Poi sono state alimentate o con una dieta convenzionale [CON; n = 4; 40% di concentrato, sulla base della sostanza secca (DM)] o con una dieta ricca di cereali (HG; n = 8; 60% di concentrato, sulla base della DM). Dopo il periodo di induzione della SARA, è iniziato il periodo di RCT.

Le vacche HG sono state suddivise casualmente in 2 gruppi: un gruppo donatore-ricevente (DR) e un gruppo auto-ricevente (SR), e il loro contenuto ruminale è stato rimosso completamente prima dell’RCT. Le vacche appartenenti al gruppo DR, hanno ricevuto il 70% di contenuto ruminale dalle vacche del gruppo CON, scelte in base al peso corporeo simile; Ogni vacca del gruppo SR, ha ricevuto il 70% di contenuto ruminale proveniente da loro stesse. I risultati hanno mostrato che dopo 6 giorni dal trapianto, quasi tutti i parametri relativi alla fermentazione ruminale sono tornati ai livelli normali che le bovine avevano prima dell’induzione del SARA, indipendentemente dal tipo di RCT. Le concentrazioni di acetato, valerato e di acidi grassi volatili totali (AGV) non sono state ripristinate nelle vacche SR, mentre sono state ripristinate del tutto nelle vacche DR.

I risultati del sequenziamento degli ampliconi hanno indicato che sia le vacche SR che quelle DR sono state capaci di ripristinare rapidamente la loro omeostasi batterica ruminale entro 4 giorni dall’RCT, e il gruppo DR ha mostrato un maggior livello di eterogeneità nella comunità batterica. A livello di genere, le vacche DR mostravano una percentuale migliore di Ruminococcaceae e di Saccharofermentans non classificate rispetto alle vacche SR. L’analisi della correlazione tra i batteri ruminali e la fermentazione ruminale ha suggerito alcune potenziali correlazioni tra le unità tassonomiche operative predominanti sensibili al trapianto e gli AGV. L’analisi del sistema di ricorrenza ha rivelato che l’RCT influiva solamente su quei taxa batterici ruminali che mostravano interazioni deboli con altri taxa e non sui batteri ruminali chiave con elevati livelli di ricorrenza. I nostri risultati indicano che l’RCT contribuisce al ripristino dell’omeostasi batterica ruminale e alla fermentazione ruminale nelle vacche affette da SARA senza influire sul microbioma essenziale.

 

Il presente articolo è una sinossi della ricerca “Mu, Y. Y., Qi, W. P., Zhang, T., Zhang, J. Y., Mei, S. J., & Mao, S. Y. (2021). Changes in rumen fermentation and bacterial community in lactating dairy cows with subacute rumen acidosis following rumen content transplantation”. Journal of Dairy Science, 104(10), 10780-10795. Y. Y. Mu, W. P. Qi, T. Zhang, J. Y. Zhang, S. J. Mei, and S. Y. Mao