Effetti della dieta sul profilo metagenomico fecale delle bufale in lattazione

Introduzione 

L’allevamento dei ruminanti da latte è un pilastro dell’economia agricola globale, fornendo prodotti lattiero-caseari fondamentali per la nutrizione umana. In un contesto orientato ai sistemi produttivi più sostenibili ed efficienti, la comprensione del microbioma gastrointestinale è diventata essenziale per ottimizzare la salute animale, migliorare la produttività e ridurre l’impatto ambientale dell’allevamento (Sharma et al., 2021; Jaramillo-Jaramillo et al., 2024). Il tratto gastrointestinale dei ruminanti costituisce un ecosistema complesso in cui ospite, microbiota e fattori ambientali interagiscono su salute e performance. Un microbiota equilibrato contribuisce alla modulazione della risposta immunitaria e alla sintesi di nutrienti essenziali, quali aminoacidi, acidi grassi e vitamine (Tang et al., 2017).

La composizione microbica può essere influenzata da diversi fattori, tra cui specie, età, alimentazione, condizioni ambientali e pratiche di allevamento (Tang et al., 2017; Li et al., 2020; Sharma et al., 2021). Recentemente, è stato evidenziato come rumine e feci condividano una porzione del core microbiome, suggerendo un’interconnessione funzionale tra questi comparti (Andrade et al., 2020). Tuttavia, il campionamento ruminale risulta invasivo; per questo motivo il microbiota fecale rappresenta un valido approccio alternativo, essendo facilmente campionabile e sensibile alle variazioni dietetiche, in particolare al rapporto foraggio/concentrato (Kim et al., 2014; Tang et al., 2017; Zhang et al., 2018). Nonostante l’ampia letteratura disponibile sul microbiota ruminale, il microbiota fecale rimane ancora poco caratterizzato, in particolare mediante tecniche di sequenziamento di nuova generazione (NGS) (Noel et al., 2019; Cendron et al., 2020), e risulta scarsamente studiato nella bufala Mediterranea Italiana. 

Pertanto, il presente studio ha avuto l’obiettivo di caratterizzare la composizione batterica fecale di bufale Mediterranee Italiane in lattazione mediante sequenziamento NGS e di valutare l’influenza della dieta sulla struttura e composizione delle comunità microbiche fecali.

Metodologia 

Lo studio è stato condotto considerando 10 allevamenti di bufale da latte della Valle di Amaseno (Lazio, Italia), monitorati per sei mesi (giugno-novembre 2022). Con cadenza mensile, per ogni allevamento, sono stati raccolti campioni di razione (TMR) e feci di gruppo provenienti da bufale in lattazione rappresentative della mandria. I campioni di TMR sono stati sottoposti ad analisi fisiche e chimiche per la caratterizzazione nutrizionale della dieta, inclusa la distribuzione dimensionale delle particelle, la composizione chimica e il profilo degli acidi grassi.

I campioni fecali, prelevati direttamente dall’ampolla rettale, sono stati omogeneizzati e conservati per analisi chimiche e del microbioma, in totale sono stati raccolti 60 campioni in triplo. Dopo una procedura di selezione volta a evitare campioni derivanti da diete sovrapponibili, 41 campioni fecali sono stati inclusi nelle analisi microbiologiche. Il DNA microbico è stato estratto e il microbiota fecale caratterizzato mediante sequenziamento del gene 16S rRNA tramite tecnologie di NGS su piattaforma Illumina MiSeq. Le sequenze ottenute sono state elaborate mediante pipeline bioinformatiche dedicate (QIIME2, Quantitative Insights Into Microbial Ecology 2) per la determinazione della diversità microbica e della composizione tassonomica. Successivamente, sono state effettuate analisi statistiche della diversità microbica, includendo indici di alpha diversity (diversità intra-campione) e beta diversity (diversità inter-campione), seguite da analisi multivariate mediante PERMANOVA e analisi di abbondanza differenziale tramite DESeq2 (Differential Expression Sequencing 2). Tali analisi sono state utilizzate per valutare l’effetto della dieta sul microbiota fecale, considerando due fattori nutrizionali: il rapporto foraggio/concentrato, definito come alto (FC_H) o basso (FC_L), e l’inclusione dei semi di lino nella razione (LS; presenza, LS_yes, vs assenza, LS_no).

Risultati & discussione

Il rapporto FC ha influenzato principalmente le caratteristiche nutrizionali e la digeribilità apparente della dieta. Le diete con minore rapporto foraggio/concentrato (FC_L) hanno mostrato una riduzione della digeribilità della sostanza secca, della fibra e dell’amido, probabilmente associata alla maggiore presenza di particelle fini, che accelerano il transito ruminale e limitano la degradazione microbica (Castillo-Lopez et al., 2019). Parallelamente, nelle feci degli animali alimentati con diete FC_L è stato osservato un pH più basso, indicativo di una maggiore fermentazione intestinale e di un possibile aumento della produzione di acidi grassi volatili nel tratto post-ruminale. Questo risultato conferma quanto riportato in letteratura nei ruminanti alimentati con diete più fermentescibili, nelle quali l’aumento dei carboidrati rapidamente degradabili può alterare l’attività dei batteri cellulolitici ruminali (Valadares et al., 2000; Zicarelli et al., 2008).

L’inclusione di semi di lino non ha modificato in modo rilevante la composizione chimica generale della razione, ma ha determinato importanti cambiamenti nel profilo lipidico, con un aumento degli acidi grassi polinsaturi omega-3 (ALA) e miglioramento del rapporto n-6/n-3. A livello fecale, la presenza di LS ha aumentato contenuti di sostanza secca, proteina, lipidi e amido, suggerendo modificazioni nei processi digestivi e fermentativi intestinali.

Struttura generale del microbiota fecale

Il microbiota fecale delle bufale è risultato dominato dai phyla Firmicutes (55,8±3,6%), e Bacteroidota (37,7±3,4%), che insieme rappresentano oltre il 90% della comunità batterica, in accordo con quanto riportato nei bovini da latte (Plaizier et al., 2017) e nelle bufale Murrah e Nili-Ravi (Zhao et al., 2024), seguiti da Spirochaetota (4,1±1,5%) e Proteobacteria (1,8±0,9%) (Figura 1A). A livello di famiglia, i taxa più abbondanti sono stati Oscillospiraceae (13,9±1,1%), Lachnospiraceae (13,2±3,6%), Rikenellaceae (11,2±1,3%), Prevotellaceae (8,7±1,4%), Bacteroidaceae (6,9±0,8%) e Spirochaetaceae (4,7±1,6%) 

 

 

 

 

 

Effetto del rapporto foraggio/concentrato sul microbiota fecale

Diete caratterizzate da differenti rapporti foraggio/concentrato sembrano influenzare principalmente la composizione e l’abbondanza relativa delle specie microbiche, come evidenziato dalle differenze osservate nella beta diversity (Figura B), piuttosto che la loro presenza o assenza. Infatti, l’assenza di differenze significative nell’alpha diversity (Figura A) indica che le variazioni dietetiche modificano soprattutto le proporzioni relative delle specie presenti nel microbiota fecale, senza determinare l’introduzione o la perdita di specifici taxa. Studi condotti nei bovini da latte hanno mostrato che un maggiore apporto di concentrato può ridurre la variabilità microbica fecale, fenomeno spesso associato a una diminuzione del pH fecale, fattore in grado di influenzare significativamente la struttura delle comunità batteriche (Danscher et al., 2015; Plaizier et al., 2017). In linea con tali evidenze, le diete caratterizzate da un basso rapporto foraggio/concentrato (FC_L) risultano associate a un pH fecale più basso e a un’intensificazione dei processi fermentativi intestinali, probabilmente correlata alla maggiore presenza di particelle fini e al più rapido transito del materiale dal rumine (Valadares et al., 2000; Zicarelli et al., 2008; Castillo-Lopez et al., 2019). Nei gruppi FC_L (Figura C) si osserva una tendenza a una minore abbondanza di Bacteroidota e a un incremento di Firmicutes e Proteobacteria, indicando che la dieta influisce più sulle quantità relative dei batteri che sulla struttura complessiva della comunità microbica. Questa differenza potrebbe essere legata alla digeribilità della fibra, dato che i Bacteroidota sono importanti per la degradazione dei carboidrati strutturali. Questi risultati confermano quanto osservato in studi precedenti, che associano i Bacteroidota a una maggiore capacità di degradare la fibra alimentare (El Kaoutari et al., 2013; Martinez-Fernandez et al., 2020). A livello familiare, le Lachnospiraceae, coinvolte nella fermentazione dei carboidrati non fibrosi, risultano più abbondanti nelle diete ricche di concentrato (Castillo-Lopez et al., 2019; Zhang et al., 2021; Rivera-Chacon et al., 2024). A livello di genere, alcune variazioni nei gruppi FC_L, come la riduzione di Victivallis, Eubacterium coprostanoligenes_group e UCG-009 (Figura D), suggeriscono che il rapporto FC possa influenzare la composizione microbica a livello tassonomico più dettagliato, anche se le associazioni a livello di genere risultano meno consistenti (Tang et al., 2017; Ali et al., 2020).

Effetto dei semi di lino sul microbiota fecale

L’inclusione di semi di lino ha rappresentato il fattore dietetico con il maggiore impatto sul microbiota fecale delle bufale. Nelle diete contenenti lino è stata osservata una significativa riduzione dell’alpha diversity (Figura A), indicativa di minore ricchezza e uniformità microbica, mentre la beta diversity (Figura B) ha evidenziato differenze marcate tra i gruppi LS_yes e LS_no, riflettendo una riorganizzazione della composizione microbica tra i campioni. Questi effetti possono essere attribuiti sia al contenuto di PUFA sia ai composti bioattivi del lino, come lignani e tannini, che esercitano azioni antimicrobiche selettive (Nelson et al., 1997; Ghedini et al., 2024). In particolare, LS può ridurre la diversità microbica sia tramite effetti diretti sulle membrane cellulari batteriche, sia fornendo substrati metabolici per specifici batteri intestinali (Guo et al., 2023). Tra i taxa maggiormente influenzati, i membri della famiglia Prevotellaceae, associati alla produzione di propionato e butirrato, hanno mostrato un incremento nelle diete LS_yes. Questo aumento può contribuire a modulare ulteriormente la comunità microbica, sopprimendo altri gruppi batterici e riducendo così la diversità complessiva (Wang et al., 2019; Lyons et al., 2017). Analoghi effetti sulla diversità batterica sono stati osservati in studi precedenti su capre dopo integrazione con LS (Cremonesi et al., 2018).

A livello di phylum e famiglia, l’inclusione di lino ha modificato significativamente la composizione del microbiota fecale. I risultati hanno mostrato un aumento relativo di Firmicutes, Proteobacteria, Spirochaetota ed Elusimicrobiota, associato a una riduzione di Bacteroidota, Cyanobacteria e Verrucomicrobiota (Figura C), suggerendo potenziali effetti sull’equilibrio intestinale e sulla salute del tratto posteriore. Il calo del pH fecale osservato nelle feci ottenute da LS_yes indica un ambiente più acido, probabilmente dovuto a substrati facilmente fermentabili e composti bioattivi del lino, come lignani e tannini, che possono inibire batteri sensibili al pH e favorire quelli acidofili. A livello di famiglie batteriche, come detto in precedenza, si è osservato un incremento di Prevotellaceae, capaci di metabolizzare lignani in composti bioattivi benefici per la salute (Ghedini et al., 2024), mentre altre famiglie come Clostridiaceae e Oscillospiraceae hanno mostrato variazioni coerenti con gli effetti antimicrobici dei PUFA presenti nel lino (Maia et al., 2007). Questi risultati evidenziano l’influenza del lino sulla struttura e sulla funzione del microbiota intestinale, suggerendo possibili implicazioni per la salute e la produttività degli animali, pur richiedendo ulteriori studi per chiarire i meccanismi alla base di tali effetti.

Conclusioni

Il presente studio ha fornito informazioni pioneristiche sulla composizione del microbiota fecale nella bufala Mediterranea Italiana in lattazione, evidenziando come la composizione della dieta rappresenti un fattore chiave nella modulazione della comunità microbica fecale. In particolare, il rapporto foraggio/concentrato e l’inclusione di semi di lino hanno influenzato significativamente la struttura del microbiota, con una riduzione della diversità microbica associata alla presenza di lino, suggerendo possibili effetti sullo stato di salute intestinale. L’analisi a livello di gruppo e l’approccio descrittivo dello studio possono rappresentare una limitazione. Studi futuri, a livello individuale per confermare e approfondire questi risultati, sono auspicabili.

Autori

Evangelista C, Pietrucci D, Milanesi M, Gabbianelli F, Basiricò L, Failla S, Chillemi G and Bernabucci U (2026) Evidence for modulation of the fecal microbiota profile by diet in lactating buffalo. Front. Vet. Sci. 13:1739986. doi: 10.3389/fvets.2026.1739986

Link al lavoro: https://www.frontiersin.org/journals/veterinary-science/articles/10.3389/fvets.2026.1739986/full?utm_source=twitter&utm_medium=social&utm_content=&utm_campaign=imp_impartaut-_05-24_fvets_en_n–ww

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