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Sep 30, 2023

La alimentación con torta de semillas de cáñamo altera la microbiota intestinal, respiratoria y reproductiva bovina

Informes científicos volumen 13,

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 8121 (2023) Citar este artículo

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Un número creciente de estudios ha investigado la viabilidad de utilizar subproductos del cáñamo como alimento para el ganado; sin embargo, su impacto en los microbiomas del ganado sigue sin explorarse. Aquí, evaluamos los efectos de la alimentación con torta de semilla de cáñamo en la microbiota gastrointestinal, respiratoria y reproductiva en vaquillas de carne. Vaquillas mestizas Angus (19 meses de edad, peso corporal inicial = 494 ± 10 kg [SE]) fueron alimentadas con una dieta de finalización a base de maíz que contenía 20% de torta de semillas de cáñamo en sustitución de 20% de granos de destilería secos de maíz con solubles (MS base; Control; n = 16/grupo) durante 111 días hasta el sacrificio. Se recolectaron hisopos de fluido ruminal y nasofaríngeo profundo (días 0, 7, 42, 70 y 98), y hisopos vaginales y uterinos (en el sacrificio), y se evaluó la microbiota utilizando la secuenciación del gen 16S rRNA. La dieta afectó la estructura comunitaria del ruminal (d 7-98; 0,06 ≤ R2 ≤ 0,12; P < 0,05), nasofaríngeo (d 98; R2 = 0,18; P < 0,001) y vaginal (R2 = 0,06; P < 0,01) microbiota Las novillas alimentadas con torta de semillas de cáñamo aumentaron la diversidad microbiana en el rumen, redujeron la riqueza microbiana en la vagina y aumentaron la diversidad y riqueza microbiana en el útero. Además de las distintas comunidades microbianas en el rumen, la nasofaringe, la vagina y el útero, identificamos 28 taxones principales que se compartieron (≥ 60 % de todas las muestras) en estos lugares de muestreo. La alimentación con torta de semillas de cáñamo pareció alterar la microbiota intestinal, respiratoria y reproductiva de los bovinos. Nuestros resultados sugieren que las investigaciones futuras que apunten a evaluar el uso de subproductos del cáñamo en la dieta del ganado deberían considerar su impacto en el microbioma animal y la salud animal mediada por el microbioma y la eficiencia reproductiva. Nuestros hallazgos también resaltan la necesidad de una investigación que evalúe el impacto de los productos alimenticios y de cuidado personal asociados con el cáñamo en el microbioma humano.

Para aumentar la productividad animal de manera sostenible, la industria ganadera busca mejorar la eficiencia de los alimentos y explorar alimentos alternativos y novedosos1. La búsqueda para identificar alternativas de alimentos de bajo costo y subutilizadas también está impulsada por un aumento en los costos de las fuentes de alimentos tradicionales y un aumento en la competencia entre el ganado y los humanos por los cultivos alimentarios1. Se ha demostrado que los alimentos alternativos locales, como los coproductos de la producción de etanol (granos de destilería de maíz y trigo)2,3 y los subproductos de cultivos de semillas oleaginosas (harina de soja y canola, y cáscaras de semillas de algodón)4,5,6, son viables alternativas de alimentación. En los últimos años, ha habido un interés creciente en explorar la viabilidad de alimentar con semillas de cáñamo industrial y sus subproductos al ganado vacuno7,8,9, ovino10, caprino11, cerdos12 y aves de corral13. El renovado interés en el uso de subproductos de cáñamo industrial como ingredientes alternativos para piensos se debe a (1) la legalización del cultivo de cáñamo industrial en muchas partes del mundo; y (2) la creciente demanda mundial de cáñamo industrial de las industrias de alimentos y bebidas, cuidado personal y cuidado de animales7.

La semilla de cáñamo industrial tiene altas concentraciones nutritivas (proteínas, lípidos, minerales y vitaminas) y también es rica en antioxidantes y compuestos bioactivos, que en conjunto la hacen atractiva para su uso en alimentos funcionales y medicina humana7,14. El aceite extraído de la semilla de cáñamo contiene grandes cantidades de ácidos grasos poliinsaturados, conocidos por sus efectos protectores contra las enfermedades cardiovasculares, el cáncer y las afecciones inflamatorias15. Dos ácidos grasos esenciales, el ácido linoleico (18:2 omega-6) y el ácido alfa-linolénico (18:3 omega-3), se encuentran en mayor abundancia en el aceite de cáñamo en comparación con otros aceites vegetales15. Además, las propiedades antioxidantes (por ejemplo, tocoferoles y tocotrienoles)15,16, antiinflamatorias17 y antimicrobianas (por ejemplo, terpenos volátiles)18,19 del aceite de semilla de cáñamo lo hacen atractivo para las industrias farmacéutica y de alimentos funcionales14,15.

El aceite de semilla de cáñamo también se usa en formulaciones de pinturas, detergentes, barnices y otros revestimientos (Fike, 2016), y se espera que aumente la demanda de aceite de semilla de cáñamo20. La extracción del aceite de semilla de cáñamo crea un subproducto conocido como torta de semilla de cáñamo (también denominada a veces harina de semilla de cáñamo) que contiene altas concentraciones de fibra valiosa desde el punto de vista nutricional (50 %), proteína cruda (30 %) y aceite (7 %)9,21. No en vano, existe un interés creciente en su uso potencial como alimento para el ganado. A pesar de los valores nutritivos y terapéuticos potenciales del cáñamo, las autoridades reguladoras han restringido la incorporación de subproductos del cáñamo en las dietas de los animales. Por ejemplo, la inclusión de torta de semillas de cáñamo en las dietas de los rumiantes europeos debe ser inferior a < 50 g/kg (sobre la base de MS)22, pero en los Estados Unidos, ni el cáñamo ni sus derivados pueden alimentar al ganado sin la aprobación de la FDA23. De manera similar, el uso de productos de cáñamo como ingredientes de alimentos para ganado está restringido en Canadá, y cada producto de cáñamo requiere la aprobación del gobierno (Orientación reglamentaria RG-1) antes de su uso en alimentos para ganado. Estas restricciones se deben a preocupaciones sobre la posible acumulación de cannabinoides, como THC y cannabidiol (CBD), en tejidos comestibles de animales alimentados con productos de cáñamo7,22,23,24.

Si bien la alimentación con subproductos de semillas de cáñamo se ha evaluado en varias especies de ganado, el enfoque de estos estudios se ha limitado en gran medida al valor nutricional de los subproductos, es decir, la digestibilidad y las métricas de rendimiento animal. El (los) impacto(s) de la alimentación con subproductos de semillas de cáñamo en el microbioma animal está en gran parte inexplorado. Las comunidades microbianas que residen en los tractos gastrointestinal, respiratorio y reproductivo son vitales para la salud y la productividad animal, no solo por su participación en el metabolismo de los nutrientes, sino también porque influyen en las enfermedades infecciosas y metabólicas25,26,27. Dados los compuestos bioactivos, antiinflamatorios, antimicrobianos y antinutrientes presentes en los subproductos de la semilla de cáñamo, planteamos la hipótesis de que la inclusión de subproductos de la semilla de cáñamo en las raciones de ganado puede inducir alteraciones en el microambiente funcional y ecológico intestinal, y que el impacto de la La ingestión a largo plazo de subproductos de semillas de cáñamo puede extenderse más allá del intestino y puede afectar la microbiota del tracto respiratorio y reproductivo. Para probar esta hipótesis, llevamos a cabo un experimento longitudinal con ganado vacuno. El objetivo principal de este estudio fue evaluar los efectos de la alimentación con torta de semillas de cáñamo sobre la microbiota gastrointestinal, respiratoria y reproductiva en novillas de engorde. El objetivo secundario fue comparar las comunidades microbianas asociadas con el fluido ruminal, la nasofaringe, la vagina y el útero, e identificar taxones bacterianos centrales que se comparten en estos ecosistemas microbianos. El ganado tiene rasgos fisiológicos similares (embarazo único y período de gestación) a los humanos y su microbiota es biogeográfica y filogenéticamente más similar a la de los humanos en comparación con los roedores28. Por lo tanto, junto con el uso creciente de productos de cáñamo y cannabidiol como alimentos y productos farmacéuticos funcionales, los hallazgos informados aquí no solo son importantes para el ganado, sino que también brindan información especulativa importante sobre la relación entre el consumo de productos de cáñamo y el microbioma humano.

Todas las prácticas de cuidado y manejo de animales fueron aprobadas por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad Estatal de Dakota del Norte (protocolo IACUC aprobado # A21010). Confirmamos que todos los métodos se llevaron a cabo de acuerdo con las pautas y regulaciones pertinentes.

Se llevó a cabo un estudio longitudinal (de 16 semanas de duración) para evaluar el efecto de la inclusión de torta de semillas de cáñamo en las dietas de finalización sobre el rendimiento del crecimiento, las características de calidad de la canal, los residuos de cannabinoides en plasma, orina y tejidos, el comportamiento alimentario y el tracto intestinal, respiratorio y reproductivo. microbiota del ganado vacuno. La fase viva del estudio de alimentación ha sido descrita en detalle por Winders et al.29. Brevemente, un total de 32 novillas cruzadas en finalización (peso corporal inicial = 494 ± 10 kg [SE], edad promedio = 19 meses) fueron asignadas aleatoriamente a grupos de cáñamo (n = 16) o de control (n = 16) (Fig. 1). Las vaquillas del grupo de cáñamo recibieron una ración formulada que contenía 20 % de torta de semillas de cáñamo (base de materia seca), mientras que las vaquillas del grupo de control recibieron la misma dieta excepto que la torta de semillas de cáñamo se sustituyó con 20 % de granos de destilería secos de maíz con solubles (DDGS). Los DDGS de maíz son el subproducto de etanol más común que se incluye en las dietas de ganado de carne en finalización en los EE. UU.30 y tienen una composición de nutrientes similar a la torta de semillas de cáñamo. Por lo tanto, se utilizó una dieta que contenía 20% de DDGS de maíz como dieta de control. Los dos grupos de novillas se alojaron en corrales separados en el Complejo de Investigación de Ganado de Carne NDSU en Fargo (Dakota del Norte, EE. UU.), y se alimentaron individualmente con las dietas de tratamiento durante 111 días utilizando el sistema de alimentación Insentec BV (Hokofarm Group, Marknesse, Países Bajos). ) que contienen datos sobre la ingesta de alimentos para animales individuales. El 80 % restante de la ración mixta total incluía 55 % de maíz rolado en seco, 20 % de ensilado de maíz y 5 % de suplemento (base de materia seca; Fig. 1).

Diseño del estudio, dietas y régimen de muestreo. Esta figura fue creada usando Biorender.

El mismo personal recolectó fluido ruminal y muestras de hisopos nasofaríngeos durante los días de muestreo y la vaquilla durante la parte de la fase viva del estudio (días 0-98). Dentro de un día de recolección, todas las muestras se recolectaron dentro de una ventana de 3 horas (8 a. m. a 11 a. m.). Se recogieron hisopos vaginales y uterinos en el momento del sacrificio (días 112–120).

El líquido ruminal se recolectó los días 0, 7, 42, 70 y 98 según lo descrito por Amat et al.31. Brevemente, se colocó un espéculo de metal rígido en la boca de la vaquilla y se pasó un tubo estomacal de PVC flexible con múltiples orificios en la punta distal a través del espéculo hasta el esófago (Fig. 1). El espéculo se usó para asegurar que el tubo de plástico no fuera dañado por los dientes de la vaquilla y que el tubo entrara en el esófago y pudiera pasar al rumen y debajo de la estera ruminal. Se aplicó un ligero vacío al tubo de recolección a través del cual se aspiró fluido ruminal (120 ml de volumen máximo) en un matraz Erlenmeyer de brazo lateral (Fig. 1). Se usaron tubos y matraces de recolección separados para cada novilla para evitar la contaminación cruzada. Después de mezclar bien, se colocó una alícuota de 40 ml de líquido ruminal en un tubo falcon de 50 ml y se congeló inmediatamente en hielo seco.

Los hisopados nasofaríngeos profundos se recolectaron los días 0, 7, 40 y 98 como se describió previamente31 (Fig. 1). Brevemente, antes de la inserción del hisopo, se limpió la fosa nasal derecha de la vaquilla con etanol al 70 % y una toalla de papel. Se pasó un hisopo protegido extendido (27 cm) con un bastoncillo de rayón (MW 128, Medical Wire & Equipment, Corsham, Inglaterra) en la fosa nasal y cuando el hisopo envainado alcanzó el área de la nasofaringe, la punta del hisopo se avanzó unos centímetros para limpiar la nasofaringe y girado. El hisopo se retiró dentro de la vaina y luego se retiró de la cavidad nasal. A continuación, se cortó la punta del hisopo (aprox. 2,5 cm) en un tubo de microcentrífuga estéril con un cortador de alambre esterilizado y se transportó al laboratorio en hielo. Al llegar al laboratorio, los hisopos nasofaríngeos se transfirieron a 1 ml de caldo de infusión de cerebro y corazón (BHI) que contenía 20 % de glicerol y se almacenaron a -80 °C hasta la extracción del ADN.

Se recogieron hisopos uterinos y vaginales inmediatamente después de la eutanasia al finalizar el ensayo de alimentación con torta de semilla de cáñamo de 111 días para la recopilación de datos de la canal. Las novillas se sacrificaron en los días de estudio 112-120 (días de retiro 0, 1, 4 y 8 como se describe en 29). Se establecieron períodos de retiro previos al sacrificio para examinar el agotamiento de los residuos de cannabinoides de los tejidos del ganado. Inmediatamente después de la eutanasia, se recolectaron cuidadosamente hisopos vaginales. limpiando la vulva con una toalla de papel saturada con etanol al 70%, los labios mayores se mantuvieron abiertos con una mano enguantada permitiendo el paso de un hisopo estéril con punta de algodón de 15 cm (Puritan; Guilford, ME). punto medio de la vagina, se colocó contra la pared vaginal, se agitó cuatro veces y luego se retiró con cuidado para minimizar la contaminación.Los hisopos vaginales se colocaron inmediatamente en bolsas estériles Whirl Pak y se transportaron en hielo al laboratorio donde se transfirieron a 1 ml de Caldo BHI que contenía 20 % de glicerol y se almacenó a -80 °C hasta la extracción del ADN.

Para el muestreo uterino, se extrajo el tracto reproductivo y se transportó inmediatamente al laboratorio. Después de la eliminación de los anexos (exceso de ligamento ancho, grasa, etc.), se extrajo 1 cm de la cara craneal del cuerno uterino con un bisturí estéril. Se colocó un hisopo de cultivo con doble protección (hisopo de 71 cm de longitud, Reproduction Provisions LLC) en la luz del cuerno uterino y se guió a través del cuerno hacia el cuerpo uterino. Una vez en el cuerpo uterino, la parte interior de plástico y el hisopo se extendieron para recolectar una muestra no contaminada, el hisopo se retrajo dentro de la funda interior y las fundas interior y exterior se retiraron del útero. A continuación, se cortó la punta del hisopo (aprox. 2,5 cm) y se colocó en un tubo de microcentrífuga estéril y se almacenó inmediatamente a -80 °C hasta la extracción del ADN.

El ADN total de las muestras de fluido ruminal se extrajo con el kit Qiagen DNeasy PowerLyzer PowerSoil (Qiagen Inc., Germantown, MD, EE. UU.)31. El ADN metagenómico de los hisopos nasofaríngeos, vaginales y uterinos se extrajo con un kit Qiagen DNeasy Tissue (Qiagen Inc., Germantown, MD, EE. UU.) de acuerdo con las instrucciones del fabricante con algunas modificaciones, como se describió anteriormente31. También se extrajo ADN de los controles ambientales (muestras de aire de la habitación recolectadas durante el muestreo vaginal y nasofaríngeo). Se incluyeron controles de extracción negativos para todos los kits de extracción. La concentración de ADN extraído se midió utilizando un espectrofotómetro NanoDrop ND-1000 y un ensayo PicoGreen. El ADN se almacenó a -20 °C hasta que se usó para la secuenciación del gen 16S rRNA.

Las regiones hipervariables V3-V4 del gen 16S rRNA se amplificaron y secuenciaron en un instrumento NovaSeq 6000 (Illumina, San Diego, CA, EE. UU.) con una celda de flujo SP (2 × 250 pb) como se describió anteriormente31. Las secuencias del gen 16S rRNA se procesaron utilizando DADA2 v. 1.20.032 en R. 4.0.3 con las lecturas directas truncadas en 225 pb y las lecturas inversas en 220 pb, fusionadas con una superposición mínima de 20 pb y variantes de secuencia de amplicón ( ASV) generados. La taxonomía se asignó a los ASV utilizando el clasificador RDP bayesiano ingenuo y la base de datos SILVA SSU versión 138.133. Se eliminaron los ASV que se clasificaron como cloroplastos, eucariotas o mitocondrias. También se usaron controles negativos de extracción y ambientales (muestras de aire de la habitación) para identificar posibles contaminantes con ASV eliminados si tenían una abundancia en un control negativo que era igual o mayor que la abundancia promedio en una muestra biológica. El número de ASV por muestra (riqueza), los índices de diversidad de Shannon y Simpson inverso, y las diferencias de Bray-Curtis se calcularon en R usando Phyloseq 1.38.034 y vegan 2.5-735. Para tener en cuenta las profundidades de secuencia desiguales, las muestras se submuestrearon aleatoriamente en 38 500, 6700, 27 000 y 4600 para las muestras de líquido ruminal, nasofaríngeo, vaginal y uterino, respectivamente, antes del cálculo de las diferencias de Bray-Curtis y las medidas de diversidad alfa.

Se utilizó un modelo mixto lineal que utiliza la función lmer en el paquete lme4 v 1.1.27.1 R36 para comparar la diversidad microbiana y las medidas de riqueza por tiempo de muestreo y dieta. El modelo mixto lineal incluyó el efecto aleatorio del animal y los efectos fijos de dieta, tiempo de muestreo y sus interacciones como efectos fijos. Las comparaciones post-hoc se realizaron dentro de cada tiempo de muestreo y se corrigieron para comparaciones múltiples usando la diferencia honestamente significativa de Tukey. El efecto de la dieta en las estructuras de la comunidad microbiana ruminal, nasofaríngea, vaginal y uterina se evaluó utilizando las disimilitudes de Bray-Curtis y PERMANOVA (función adonis2) en R con vegano. Se usó el paquete R por pares Adonis v. 0.437 para comparar las diferencias de Bray-Curtis dentro de cada tiempo de muestreo para las muestras de nasofaringe y rumen, y se usó el procedimiento de Benjamini-Hochberg para corregir los valores de P para comparaciones múltiples. Se identificaron géneros diferencialmente abundantes entre tipos de dieta dentro de cada tipo de muestra usando MaAsLin2 v. 1.8.038 en R. Solo se incluyeron aquellos géneros con una abundancia relativa de 0.1% o más dentro de las muestras evaluadas. El número de ASV (riqueza), los índices de diversidad, la abundancia relativa de los filos más relativamente abundantes en muestras uterinas entre los dos grupos dietéticos se compararon utilizando el procedimiento de estimación de modelo mixto de revestimiento generalizado (PROC GLIMMIX) en SAS (ver. 9.4, SAS Institute Inc., Cary, Carolina del Norte, Estados Unidos). Se consideró significación estadística a P < 0,05.

Después del procesamiento y filtrado de calidad, el número promedio de secuencias por muestra fue de 74, 360 ± 1275 (SEM), 50,233 ± 2574, 63,204 ± 3191 y 29,617 ± 8068, para las muestras ruminal, nasofaríngea, vaginal y uterina, respectivamente. A partir de estas secuencias, se identificaron un total de 78 156 ASV arqueales y bacterianos entre todas las muestras y se clasificaron en 34 filos (uno arqueal y 33 bacterianos) y 1432 géneros únicos.

En general, se detectaron 31 filos bacterianos (n = 30) y arqueales (n = 1) diferentes de todas las muestras de fluido ruminal. Las bacterias representaron el 99,19 % y las arqueas el 0,81 % de las secuencias del gen 16S rRNA de las muestras de rumen. Los filos bacterianos dominantes incluyeron Bacteroidota (62,2 %), Firmicutes (16,9 %), Proteobacteria (16,3 %) y Actinobacteriota (2,8 %). La microbiota ruminal se vio significativamente afectada por el tiempo de muestreo durante el período de estudio (R2 = 0,39; P < 0,001). Sin embargo, hubo efectos de la dieta sobre la estructura de la microbiota ruminal desde el día 7 hasta el día 98, registrándose el mayor efecto el último día de muestreo, el día 98 (R2 = 0,12; P < 0,001; Fig. 2A). Aunque la riqueza microbiana (número de ASV) en el rumen no se vio afectada por la inclusión de torta de semilla de cáñamo en la dieta (P > 0,05), la diversidad microbiana (índice de diversidad de Shannon) fue mayor en el ganado alimentado con torta de semilla de cáñamo en los días 42, 70 y 70. y 98 (fig. 2B; p < 0,05). Varios géneros bacterianos en la microbiota del rumen fueron diferencialmente abundantes entre las dietas de control y de torta de semillas de cáñamo a partir del día 42 (Fig. 3). El grupo Eubacterium nodatum, Lachnospiraceae UCG-002, Oribacterium, Prevotellaceae UCG-001, Prevotellaceae UCG-004 y el grupo Rikenellaceae RC9 gut se encontraban entre los géneros enriquecidos en la microbiota ruminal del ganado alimentado con torta de semillas de cáñamo. Los géneros Defluviitaleaceae UCG-011 (d 42 y 70) y Succinivibrio (d 42), sin embargo, se redujeron en abundancia relativa en el grupo de cáñamo en comparación con el ganado de control.

(A) Gráfica de análisis de coordenadas principales (PCoA) de las diferencias de Bray Curtis para la microbiota ruminal por dieta y día de muestreo. Los valores R2 y P de PERMANOVA para el efecto de la dieta dentro de cada día se incluyen en cada parcela. En los ejes se indica el porcentaje de variación explicado por cada coordenada principal; (B) Diagrama de caja y bigotes de los valores del índice de diversidad de Shannon para la microbiota ruminal por día de muestreo y dieta. *P < 0,05; **P < 0,01; *** P < 0,001. El cuadro indica el rango intercuartílico (RIC) (50% medio de los datos), la línea media representa el valor de la mediana y los bigotes representan 1,5 veces el RIQ; Control se refiere al grupo de novillas que recibieron DDGS en su dieta (n = 15) y Cáñamo se refiere al grupo que recibió la dieta de inclusión de pastel de semillas de cáñamo (n = 16).

Diagramas de caja y bigotes del porcentaje de abundancia relativa de géneros bacterianos en la microbiota ruminal que fueron diferencialmente abundantes por tratamiento dietético en uno o más días de muestreo. *P < 0,05; **P < 0,01; *** P < 0,001. El cuadro indica el rango intercuartílico (RIC) (50% medio de los datos), la línea media representa el valor de la mediana y los bigotes representan 1,5 veces el RIQ; Control se refiere al grupo de novillas que recibieron DDGS en su dieta (n = 15) y Cáñamo se refiere al grupo que recibió la dieta de inclusión de pastel de semillas de cáñamo (n = 16).

Se detectaron un total de 25 filos bacterianos (n = 24) y arqueales (n = 1) diferentes en los hisopos nasofaríngeos. La microbiota nasofaríngea estuvo dominada por Actinobacteriota (41,7 %), Firmicutes (30,8 %), Bacteroidota (18,2 %), Proteobacteria (5,2 %) y Deinococcota (1,6 %). De manera similar a la microbiota ruminal, el tiempo de muestreo tuvo un mayor efecto sobre la estructura de la microbiota nasofaríngea (R2 = 0,18; P < 0,001; Fig. 4A) que el tratamiento dietético. Solo en el día 98, la torta de semillas de cáñamo en la dieta tuvo un efecto sobre la estructura de la microbiota nasofaríngea (Fig. 4; R2 = 0.08; P < 0.05) (Fig. 4A). La dieta no afectó la riqueza microbiana y la diversidad en la nasofaringe (Fig. 4B; P> 0.05) y no hubo géneros diferencialmente abundantes significativos entre los dos grupos de dieta en ninguno de los momentos de muestreo (P> 0.05).

(A) Gráfica de análisis de coordenadas principales (PCoA) de las diferencias de Bray-Curtis para la microbiota nasofaríngea por dieta y día de muestreo. Los resultados de PERMANOVA para el efecto de la dieta dentro de cada día se incluyen en cada parcela. En los ejes se indica el porcentaje de variación explicado por cada coordenada principal; (B) Diagrama de caja y bigotes del número de ASV y los índices de diversidad de Shannon y Simpson inversa para la microbiota nasofaríngea por día de muestreo y dieta. El cuadro indica el rango intercuartílico (RIC) (50% medio de los datos), la línea media representa el valor de la mediana y los bigotes representan 1,5 veces el RIQ; Control se refiere al grupo de novillas que recibió 20% de DDGS en su dieta (n = 15) y Cáñamo se refiere al grupo que recibió 20% de torta de semillas de cáñamo en la dieta (n = 16).

Con la microbiota vaginal, se identificaron 20 filos bacterianos y un filo arqueal. La gran mayoría de las secuencias pertenecían a Firmicutes (53,5 %), Bacteroidota (13,4 %), Actinobacteriota (11,5 %), Fusobacterota (6,3 %), Campylobacterota (4,8 %) o Proteobacteria (4,6 %) (Fig. 5A). Las secuencias de arqueas representaron solo el 0,05% de la microbiota total. En el día 112 (en el sacrificio) hubo un efecto significativo de la dieta en la estructura de la comunidad microbiana vaginal (R2 = 0,06; P < 0,01) (Fig. 5A). Si bien las medidas de diversidad microbiana no difirieron entre los dos grupos de tratamiento (P > 0,05), las vaquillas de cáñamo tendieron (P = 0,07) a tener una menor riqueza microbiana (número total de ASV) en comparación con las vaquillas de control (Fig. 5B). Ocho géneros bacterianos (grupo Agathobacter, Cellulosilyticum, Clostridium, Fusobacterium, Negativibacillus, Paeniclostridium, Romboutsia y Ruminococcus gauvreauii) fueron diferencialmente abundantes entre los dos grupos de dieta (Fig. 6; P < 0.05). Todos menos uno de estos géneros, Fusobacterium, fueron relativamente más abundantes en la microbiota vaginal del ganado de control que en el ganado de cáñamo.

(A) Gráfica de análisis de coordenadas principales (PCoA) de las diferencias de Bray-Curtis para la microbiota vaginal por dieta en el día 112 (sacrificio). El resultado de PERMANOVA para el efecto de la dieta se incluye en la gráfica. En los ejes se indica el porcentaje de variación explicado por cada coordenada principal; (B) Diagrama de caja y bigotes del número de ASV y los índices de diversidad de Shannon y Simpson inversa para la microbiota vaginal por dieta en el día 112 (sacrificio). El cuadro indica el rango intercuartílico (RIC) (50% medio de los datos), la línea media representa el valor de la mediana y los bigotes representan 1,5 veces el RIQ; Control se refiere al grupo de novillas que recibió 20% de DDGS en su dieta (n = 15) y Cáñamo se refiere al grupo que recibió 20% de torta de semillas de cáñamo en la dieta (n = 16).

Gráficos de caja y bigotes del porcentaje de abundancia relativa de géneros bacterianos en la microbiota vaginal que fueron diferencialmente abundantes por tratamiento dietético (P < 0.05). El cuadro indica el rango intercuartílico (RIC) (50% medio de los datos), la línea media representa el valor de la mediana y los bigotes representan 1,5 veces el RIQ; Control se refiere al grupo de novillas que recibió 20% de DDGS en su dieta (n = 15) y Cáñamo se refiere al grupo que recibió 20% de torta de semillas de cáñamo en la dieta (n = 16).

Solo se incluyeron 8 muestras de hisopos uterinos en el análisis (3 de cáñamo y 5 del grupo de control) ya que las demás no pasaron el control de calidad de secuenciación, probablemente debido a la baja concentración de ADN microbiano y/o la baja biomasa microbiana. Se detectaron un total de 22 géneros de bacterias y arqueas en estas 8 muestras de hisopos uterinos. La microbiota uterina estuvo dominada principalmente por Firmicutes (34,1 %), Bacteroidota (28,5 %), Proteobacteria (21,4 %), Actinobacteriota (14,2 %), Fusobacterota (0,6 %), Patescibacteria (0,3 %), Campylobacterota (0,2 %) y Cianobacteria (0,2%). También se detectó el filo metanogénico de arqueas, Euryarchaeota, pero solo representó el 0,05% de la microbiota total.

La inclusión de la torta de semilla de cáñamo no afectó la estructura de la comunidad de microbiota uterina (R2 = 0,17; P > 0,05) (Fig. 7A) ni la riqueza microbiana (P > 0,05) (Fig. 7B). A pesar de que el tamaño de la muestra era pequeño, se detectaron diferencias significativas en la diversidad microbiana entre los dos grupos, y las novillas de cáñamo tenían valores de índice de diversidad de Shannon más bajos (P < 0,05) (Fig. 7B). El índice de diversidad de Simpson inverso también tendió (P = 0,068) a ser más bajo en el útero de las vaquillas de cáñamo en comparación con las vaquillas de control. Las vaquillas de cáñamo tenían una mayor abundancia relativa de Bacteroidota (38,7 % frente a 22,3 %) y una abundancia relativa reducida de Proteobacteria (10,9 % frente a 27,7 %) y Campylobacterota (0,04 % frente a 0,35 %) en comparación con las vaquillas del grupo de control (P < 0,05 ) (Figura 7C).

(A) Gráfica de análisis de coordenadas principales (PCoA) de las diferencias de Bray-Curtis de la microbiota uterina. En los ejes se indica el porcentaje de variación explicado por cada PCoA; (B) Diagrama de caja y bigotes del número de ASV y los índices de diversidad de Shannon y Simpson inverso para la microbiota uterina por dieta en el día 112 (sacrificio). El cuadro indica el rango intercuartílico (RIC) (50% medio de los datos), la línea media representa el valor de la mediana y los bigotes representan 1,5 veces el RIQ; (C) Gráfico de barras apiladas de los 7 filos bacterianos relativamente más abundantes en la microbiota uterina por dieta; Control se refiere al grupo de novillas que recibió 20% de DDGS en su dieta (n = 5) y Cáñamo se refiere al grupo que recibió 20% de inclusión de pastel de semillas de cáñamo en la dieta (n = 3).

También comparamos la estructura y composición general de la comunidad microbiana e identificamos ASV únicos y compartidos entre las muestras de hisopo de líquido ruminal, nasofaríngeo, vaginal y uterino (Fig. 8). Como era de esperar, los cuatro tipos de muestras tenían estructuras comunitarias microbianas distintas (PERMANOVA: R2 = 0,28; P < 0,001; Fig. 8A) con la microbiota ruminal y nasofaríngea más diferente entre sí (PERMANOVA: R2 = 0,24; P < 0,001) ( Figura 8A). La estructura de la comunidad de microbiota vaginal y uterina también fue significativamente diferente entre sí (PERMANOVA: R2 = 0,17; P < 0,001). Aunque se identificaron 78 156 ASV entre todas las muestras, la gran mayoría de estos fueron raros y solo se encontraron 602 ASV en al menos una muestra de cada tipo de muestra (Fig. 8C).

(A) Gráfica de análisis de coordenadas principales (PCoA) de las diferencias de Bray-Curtis de la microbiota nasofaríngea, ruminal, vaginal y uterina por día de muestreo cuando corresponda. En los ejes se indica el porcentaje de variación explicado por cada coordenada principal; (B) Gráfico de barras apiladas de los filos bacterianos relativamente más abundantes en estas comunidades microbianas; (C) Diagrama de Venn que muestra el número de ASV compartidos y únicos en la microbiota nasofaríngea, ruminal, vaginal y uterina independientemente del tratamiento dietético. Las comparaciones PERMANOVA por pares se muestran en (A). R = rumen, N = nasofaringe, U = útero, V = vagina.

Como se muestra en el mapa de calor de los 100 ASV más abundantes (Fig. 9), hubo una variación considerable entre individuos tanto en la prevalencia como en la abundancia de la mayoría de los taxones presentes en la microbiota ruminal, nasofaríngea, vaginal y uterina. Más de dos docenas de ASV dentro de Prevotella, así como varios ASV identificados como Prevotella ruminicola, Muribaculaceae y Bacteroidales, se encontraron con mayor frecuencia y abundancia en el rumen, pero en su mayoría estaban ausentes en los hisopos nasofaríngeos. Algunos de estos ASV estaban presentes en muestras de hisopos vaginales y uterinos, pero con menor frecuencia y abundancia en comparación con las muestras de fluido ruminal. Los ASV identificados como Mycoplasma haemobos y Filobacterium eran en su mayoría exclusivos de la microbiota nasofaríngea. ASV72 (Streptomyces), ASV44 y 65 (Arthrobacter pigmenti), ASV71 (Intrasporangiaceae), ASV10 (Cellulomonas hominis) y ASV67 (Corynebacterium crudilactis) fueron muy abundantes tanto en la nasofaringe como en la vagina.

Mapa de calor que muestra los 100 ASV más abundantes (log4) en general por tipo de muestra.

Hubo 28 ASV que se encontraron en al menos el 60% de todas las muestras (Tabla 1). Seis de estos ASV también estaban presentes en más del 80% de las muestras. Estos incluyeron ASV8 (grupo Eubacterium coprostanoligenes; 99 % de todas las muestras), ASV197 (grupo Lachnospiraceae NK3A20; 87 %), ASV43 (Olsenella umbonata; 85 %), ASV27 y 21 (Olsenella spp.) y ASV11 (Succinivibrio spp.) .

Identificamos cambios en la microbiota ruminal, nasofaríngea, vaginal y uterina en novillas de carne alimentadas con una dieta de finalización que contenía 20 % de torta de semillas de cáñamo en relación con cambios en novillas alimentadas con 20 % de DDGS en el transcurso de una prueba de alimentación de 16 semanas. Todas las vaquillas parecían saludables durante la prueba de alimentación y las vaquillas alimentadas con torta de semilla de cáñamo consumieron una cantidad similar de alimento y exhibieron comportamientos de alimentación similares a los de las vaquillas alimentadas con DDGS29. Sin embargo, la inclusión de la torta de semilla de cáñamo condujo a una disminución en la ganancia diaria promedio (ADG), lo que finalmente resultó en un peso corporal final más ligero en las vaquillas alimentadas con torta de semilla de cáñamo que en las novillas de control. Varios factores pueden estar contribuyendo a la ADG reducida observada en el grupo de cáñamo. Como se indicó en nuestra publicación anterior, esto puede incluir la mayor concentración de fibra de detergente ácido que estaba presente en la torta de semillas de cáñamo en comparación con los DDGS (16 frente a 11 % en base a MS)29. Otro factor asociado con la menor relación alimento-ganancia observada en novillas alimentadas con torta de semillas de cáñamo podría ser la microbiota ruminal alterada y la posterior fermentación ruminal debido a la ingestión de torta de semillas de cáñamo que contiene agentes antinutrientes y antimicrobianos18,19,39. Esto es evidente por las alteraciones significativas observadas en la microbiota ruminal luego de la alimentación con torta de semillas de cáñamo (Figs. 2 y 3).

Se observaron alteraciones en la microbiota ruminal dentro de una semana de iniciar la ingestión de torta de semillas de cáñamo a pesar de que la microbiota ruminal en estas novillas maduras (19 meses) era más resistente y robusta en comparación con las terneras más jóvenes40. A partir del día 42 en adelante, el impacto de la ingestión de torta de semilla de cáñamo en la microbiota ruminal se hizo más evidente, como lo reflejan las diferencias significativas en la estructura, diversidad y composición de la comunidad microbiana entre las vaquillas alimentadas con cáñamo y con DDGS (Figs. 2 y 3). . La ingestión de torta de semillas de cáñamo resultó en una mayor diversidad microbiana del rumen (índice de diversidad de Shannon). Aunque se informó que las métricas de diversidad alfa para la microbiota ruminal eran las mismas entre el ganado de carne con alta o baja eficiencia alimenticia41,42, la mayor diversidad microbiana ruminal medida en el grupo de cáñamo puede estar asociada negativamente con la eficiencia alimenticia dada la ADG reducida observada en la semilla de cáñamo novillas alimentadas con torta. Los cambios en la composición inducidos por la ingestión de torta de semillas de cáñamo se caracterizaron por un aumento en la abundancia relativa de seis géneros bacterianos (grupo Eubacterium nodatum, Lachnospiraceae UCG-002, Oribacterium, Prevotellaceae UCG-001, Prevotellaceae UCG-004 y Rikenellaceae RC9); la mayoría de los cuales se ha informado que tienen asociaciones (positivas o negativas) con la eficiencia alimenticia en el ganado de carne41,42,43. Por ejemplo, Liu y sus colegas informaron que había una mayor abundancia relativa de Lachnospiraceae en novillas Angus con bajo consumo de alimento residual (RFI) (más eficientes en la alimentación) en comparación con novillas con alto RFI41. También se ha informado que los miembros del grupo intestinal Rikenellaceae RC9, Lachnospiraceae y Prevotellaceae están presentes en mayor abundancia en el fluido ruminal de novillos Nellore con baja eficiencia alimenticia en comparación con novillos con alta eficiencia alimenticia42. Los novillos Nellore de baja eficiencia alimenticia también tenían una mayor abundancia de taxones de Succinivibrio que los novillos de alta eficiencia alimenticia. De manera similar, la abundancia relativa del grupo intestinal Rikenellaceae RC9, los taxones Prevotella y Succinivibrio se asoció negativamente con la eficiencia alimenticia en el ganado de carne Nellore (machos y hembras)43. Por lo tanto, los 10 géneros (Fig. 3) que fueron diferencialmente abundantes en la microbiota del rumen entre el cáñamo y el ganado de control pueden estar asociados con una reducción de la digestión del alimento y la absorción de nutrientes dado que se sabe que la mayoría de estos géneros están asociados con la eficiencia del alimento en el ganado. . Por lo tanto, se justifica una mayor investigación para evaluar el efecto de la inclusión de la torta de semillas de cáñamo en la dieta de los miembros de estos géneros y los parámetros de fermentación in vitro.

La alteración significativa en la estructura, diversidad y composición de la comunidad de la microbiota ruminal observada en las novillas de cáñamo puede atribuirse a varios componentes antimicrobianos contenidos en la torta de semillas de cáñamo. El contenido de aceite (7 %) puede haber influido en la composición microbiana del rumen, ya que la actividad antibacteriana del aceite de semilla de cáñamo contra una amplia variedad de especies de bacterias grampositivas ha sido bien documentada18,44,45. Además, los componentes psicoactivos y los derivados de cannabinoides en la torta de semilla de cáñamo tienen actividad antimicrobiana conocida contra un gran panel de patógenos grampositivos y gramnegativos46 y pueden tener una actividad similar en el rumen. En general, los resultados de nuestro estudio indican la necesidad de más investigación para investigar el impacto de la alimentación con subproductos del cáñamo en la microbiota intestinal y los parámetros de fermentación.

Se observaron pocos efectos de la alimentación con torta de semillas de cáñamo en la microbiota del tracto respiratorio superior. Solo en el día 98 la estructura de la comunidad de la microbiota nasofaríngea fue significativamente diferente entre las vaquillas alimentadas con cáñamo y con DDGS. Esta es una observación particularmente interesante ya que el impacto de la dieta en la microbiota respiratoria en el ganado se ha investigado con poca frecuencia. Hall y sus colegas informaron que la alimentación con heno de alfalfa biofortificado con selenio durante 9 semanas resultó en una microbiota nasofaríngea alterada en terneros destetados47,48. También se ha informado que la suplementación con vitaminas y minerales durante los primeros 6 meses de gestación induce algunos cambios en la composición de la microbiota nasofaríngea de novillas de carne preñadas31. Nuestros resultados aquí sugieren que se pueden requerir períodos de alimentación más largos para observar alteraciones dietéticas de la microbiota del tracto respiratorio bovino en respuesta a la dieta.

El eje microbioma-intestino-pulmón puede ser un mecanismo potencial a través del cual la inclusión dietética de torta de semillas de cáñamo puede influir en la microbiota respiratoria49,50. También es probable que los cambios en la composición de la fase gaseosa del rumen, y potencialmente los microbios asociados con el gas ruminal debido a la ingestión de torta de semillas de cáñamo, puedan haber afectado la microbiota del tracto respiratorio dado que alrededor del 70-85% de los gases eructados del rumen son inhalado51. Por lo tanto, considerando el papel de la microbiota respiratoria en el mantenimiento de la salud respiratoria y la resiliencia contra la enfermedad respiratoria bovina, la enfermedad más costosa en la industria moderna de ganado de engorde52,53,54, el impacto a largo plazo de la alimentación con subproductos de semillas de cáñamo en la microbiota respiratoria y debe investigarse la salud pulmonar del ganado.

La torta dietética de semillas de cáñamo no solo afectó la microbiota del tracto gastrointestinal y respiratorio, sino también la microbiota del tracto reproductivo, ya que observamos cambios tanto en la microbiota vaginal como en la uterina. La microbiota vaginal en el momento del sacrificio (d 112) en novillas alimentadas con torta de semilla de cáñamo fue distinta en términos de estructura de la comunidad, riqueza microbiana y composición en comparación con las novillas de control. La riqueza microbiana en la vagina se redujo en el grupo de cáñamo. En humanos, se ha informado que la riqueza reducida en la microbiota vaginal se asocia positivamente con la salud reproductiva y el embarazo, mientras que se encontró una mayor riqueza microbiana en la vagina en mujeres que experimentaron un parto prematuro55 o una infección reproductiva (vaginosis bacteriana)56,57. Por lo tanto, la disminución observada en la riqueza microbiana en la vagina asociada con el consumo de torta de semillas de cáñamo podría ser un indicador de una reestructuración saludable dentro de la microbiota vaginal. Sin embargo, los cambios en la composición observados en la microbiota vaginal a nivel de género sugieren lo contrario, como lo demuestra la abundancia relativa reducida de los géneros vaginales más predominantes y comensales, como Clostridium58,59 y Romboutsia31. Por el contrario, una abundancia relativa elevada de Fusobacterium spp. potencialmente patógenas. en novillas alimentadas con torta de semillas de cáñamo.

El género Fusobacterium incluye las especies patógenas Fusobacterium necrophorum y Fusobacterium nucleatum que a menudo están involucradas en infecciones y abortos reproductivos, así como en abscesos hepáticos en bovinos60,61,62,63. Entre los otros géneros bacterianos cuya abundancia relativa se redujo en la microbiota vaginal de las vaquillas de cáñamo, Agathobacter, Negativibacillus y el grupo Ruminococcus gauvreauii son géneros en gran parte comensales que también son miembros dominantes de la microbiota intestinal bovina64,65 y humana66. El género Paeniclostridium, que contiene la especie patógena Paeniclostridium sordellii (anteriormente conocida como Clostridium sordellii), está asociado con el "síndrome de muerte súbita" en ganado de engorde67, shock séptico en mujeres68 y enterocolitis en caballos69. Sin embargo, en conjunto, los cambios observados en la vagina la microbiota de vaquillas alimentadas con torta de semillas de cáñamo son insuficientes para hacer afirmaciones concluyentes con respecto a una influencia positiva o negativa del consumo de torta de semillas de cáñamo en la microbiota vaginal de las vaquillas. Se necesitan estudios futuros para verificar el impacto del subproducto de semillas de cáñamo en la composición microbiana reproductiva, particularmente en especies patógenas (Trueperella pyogenes, F. necrophorum, F. nucleatum y P. sordellii), y salud reproductiva y fertilidad en bovinos hembra.

Las alteraciones observadas en la microbiota vaginal y uterina por la ingesta de torta de semillas de cáñamo pueden deberse a varios factores. Primero y más importante, la suplementación con torta de semillas de cáñamo indujo alteraciones en la población microbiana y los parámetros de fermentación en el intestino (rumen) que pueden conducir a un perfil alterado de metabolitos (p. ej., ácidos grasos de cadena corta e inmunomoduladores) en la sangre y/o células mononucleares de sangre periférica. asociado con bacterias específicas70. En consecuencia, esto puede influir en las comunidades microbianas a lo largo del tracto reproductivo50. En segundo lugar, la ingestión de torta de semillas de cáñamo puede haber afectado la producción de hormonas reproductivas, que se sabe que dan forma a la microbiota vaginal71,72. En tercer lugar, al igual que el microbioma respiratorio, el eje microbioma-intestino-reproductivo puede estar asociado con cambios en el microbioma del tracto reproductivo debido al consumo de torta de semillas de cáñamo50. Finalmente, los derivados de cannabinoides en la torta de semillas de cáñamo pueden haber alterado los perfiles de células inmunes y citoquinas en el tracto reproductivo dadas las propiedades inmunomoduladoras bien documentadas de los cannabinoides73.

En general, los resultados de nuestro estudio sugieren que el consumo de torta de semillas de cáñamo puede influir en el microbioma reproductivo femenino. Además, dado que las vaquillas utilizadas en nuestro estudio tenían aproximadamente 21 meses de edad cuando se tomaron muestras de frotis vaginales y uterinos, se esperaría que el impacto de la alimentación con subproductos de semillas de cáñamo en la microbiota genital fuera más fuerte en el ganado hembra más joven, ya que generalmente tienen una microbiota reproductiva menos robusta y resistente en comparación con el ganado mayor74). La inclusión de la torta de semilla de cáñamo en la dieta del ganado hembra utilizado para la reproducción puede afectar la fertilidad mediada por el microbioma reproductivo y los resultados del embarazo. Por lo tanto, también se debe prestar más atención a la investigación del impacto de la alimentación con subproductos del cáñamo en las operaciones de vacas y terneros.

El microbioma del tracto gastrointestinal suele ser el objetivo de los estudios de intervención dietética tanto en el ganado como en los seres humanos, ya que es la comunidad microbiana más grande del huésped y desempeña un papel central en el metabolismo y la salud de los nutrientes del huésped. La investigación sobre el microbioma del tracto respiratorio y reproductivo se centra con mayor frecuencia en los microorganismos y enfermedades infecciosas, ya que se cree que las intervenciones de nutrientes tienen un impacto menor en estos ecosistemas microbianos extraintestinales. Sin embargo, la evidencia reciente sugiere que la salud mediada por el microbioma intestinal puede depender de la comunicación con diferentes órganos en todo el cuerpo (p. ej., pulmón/reproductivo/mamario)50. También se ha sugerido que el microbioma intestinal afecta órganos distantes y vías metabólicas del huésped a través de la mediación de sistemas endocrinos75. Además, muchos taxones bacterianos presentes en el tracto digestivo también están presentes en los tractos respiratorio y reproductivo31,75. En consecuencia, planteamos la hipótesis de que los cambios en el microbioma intestinal debidos al tratamiento dietético también pueden afectar a las comunidades microbianas en otros órganos.

Por lo tanto, evaluamos el impacto de la inclusión de la torta de semillas de cáñamo en la dieta no solo en la microbiota ruminal sino también en la microbiota respiratoria (nasofaríngea) y reproductiva (vaginal y uterina). Las alteraciones observadas aquí en estas cuatro comunidades microbianas en respuesta a la alimentación con torta de semilla de cáñamo respaldan la existencia de una interconexión entre esta microbiota, posiblemente a través de mecanismos involucrados en los ejes microbioma-intestino-respiratorio y microbioma-intestino-reproductivo50. Como era de esperar, la composición, diversidad y estructura de la microbiota ruminal, nasofaríngea, vaginal y uterina fueron significativamente diferentes entre sí debido a las diferencias fisiológicas y anatómicas en las superficies mucosas de estos sitios anatómicos31. Aunque el rumen, la nasofaringe, la vagina y el útero tienen propiedades fisiológicas y anatómicas drásticamente diferentes, identificamos que 28 ASV eran compartidos por una proporción relativamente alta (60 %) de todas las muestras. Por lo tanto, estos "taxones centrales" pueden estar involucrados en facilitar la comunicación entre las comunidades microbianas intestinales, respiratorias y reproductivas o podrían colonizar múltiples sitios de hospedaje.

Algunas de las observaciones informadas en este estudio pueden extrapolarse potencialmente a los humanos, ya que el ganado tiene características fisiológicas y de desarrollo similares y está colonizado por microbios que son biogeográfica y filogenéticamente más similares a los que se encuentran en la microbiota humana en comparación con los modelos de roedores28. Las alteraciones observadas aquí en la microbiota intestinal, respiratoria y reproductiva bovina debido a la alimentación con torta de semillas de cáñamo sugieren que también se debe investigar el efecto de los productos de cáñamo en el microbioma humano y la salud. En particular, el impacto de la alimentación con torta de semillas de cáñamo en la microbiota vaginal y uterina que observamos destaca la necesidad de futuras investigaciones sobre el impacto de la alimentación con aceite de semillas de cáñamo y otros productos de cáñamo en la fertilidad y la salud reproductiva de las mujeres.

Hubo varias fortalezas y limitaciones en nuestro estudio. Una de las fortalezas de nuestro estudio está asociada con el muestreo longitudinal del fluido ruminal y los hisopos nasofaríngeos, que nos permitieron detectar cualquier cambio en la microbiota ruminal y nasofaríngea que ocurrió durante un período de 98 días en respuesta a la alimentación con torta de semillas de cáñamo. Otra fortaleza radica en el enfoque holístico que aplicamos para evaluar el impacto de la alimentación con subproductos de semillas de cáñamo no solo en la microbiota intestinal sino también en las comunidades microbianas asociadas con las vías respiratorias y reproductivas mediante el muestreo de cuatro lugares diferentes de un solo animal. Finalmente, los datos sobre la ingestión de productos de cáñamo y el microbioma que generamos en este estudio provienen de animales bovinos y, por lo tanto, tienen algunas implicaciones para dirigir la investigación sobre el consumo de productos de cáñamo y el microbioma humano.

Aunque se tomaron muestras de la microbiota ruminal y nasofaríngea varias veces, los hisopos vaginales se recolectaron solo al final de la prueba de alimentación. Por razones logísticas, las muestras vaginales debían realizarse durante 4 días, lo que puede haber aumentado la variación entre individuos. Además, solo 8 de 31 hisopos uterinos recolectados en la necropsia pudieron secuenciarse e incluirse en este estudio. Por lo tanto, los resultados de la microbiota uterina deben interpretarse con cautela. El hisopado uterino de ganado vivo, especialmente en novillas vírgenes de un año, puede ser invasivo y dificulta la recolección de muestras en múltiples puntos de tiempo. No obstante, pudimos detectar diferencias en la microbiota vaginal y uterina entre los dos grupos de tratamiento. Se justifican estudios futuros para evaluar el impacto longitudinal de la alimentación con torta de semillas de cáñamo en las características taxonómicas y funcionales del microbioma reproductivo bovino. Además, sobre la base de los resultados sobre el impacto de la torta de semillas de cáñamo en la composición de la microbiota ruminal y la estructura de la comunidad, se debe investigar más a fondo cómo la ingestión de torta de semillas de cáñamo puede influir en la función del microbioma ruminal, los parámetros de fermentación ruminal y la comunidad microbiana a lo largo del intestino posterior. utilizando técnicas de shotgun metagenómica, metabolómica e in vitro.

En resumen, el tiempo de muestreo tuvo un efecto significativo en la estructura de la comunidad microbiana tanto ruminal como nasofaríngea. La alimentación con torta de semilla de cáñamo resultó en alteraciones significativas en la microbiota ruminal desde el día 7 hasta el día 98, incluida una estructura comunitaria distinta, mayores valores del índice de diversidad de Shannon y el enriquecimiento de ocho géneros bacterianos. La torta de semillas de cáñamo tuvo un efecto menor en la microbiota nasofaríngea, pero la estructura de la comunidad microbiana de los dos grupos de tratamiento dietético vacunos difirió el día 98. La estructura, riqueza y composición de la comunidad microbiota vaginal y uterina también se vieron afectadas por la torta de semillas de cáñamo. Además, identificamos un pequeño conjunto de taxones centrales que se compartieron entre los diferentes tipos de muestras. En general, los resultados de nuestro estudio longitudinal sugieren que la alimentación con subproductos del cáñamo puede alterar la microbiota intestinal, respiratoria y reproductiva de los bovinos. Este hallazgo indica que las investigaciones futuras que apunten a evaluar el uso de subproductos del cáñamo en la dieta del ganado deben considerar su impacto en el microbioma animal y la salud animal mediada por el microbioma y la eficiencia reproductiva. Los hallazgos de este estudio también resaltan la necesidad de una investigación que evalúe el impacto de los productos alimenticios y de cuidado personal asociados con el cáñamo en el intestino humano, el microbioma respiratorio y reproductivo.

Los datos de secuencia sin procesar están disponibles en el archivo de lectura de secuencias de NCBI con acceso a BioProject PRJNA838018 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/bioproject/?term=PRJNA838018). En el documento se presentan otros datos que respaldan los hallazgos de este estudio.

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El trabajo microbiológico presentado en este estudio fue apoyado financieramente por la Estación Experimental Agrícola de Dakota del Norte como parte de un paquete de puesta en marcha para SA La adquisición y manejo de animales fue parcialmente por un acuerdo cooperativo entre la Universidad Estatal de Dakota del Norte y el Departamento de Agricultura de los Servicio de Investigación (58-3060-0-031) y la Estación Experimental Agrícola de Dakota del Norte. Reconocemos el apoyo de los empleados del Complejo de Investigación de Ganado de Carne de NDSU y los Laboratorios de Ciencias de la Carne en el Departamento de Ciencia Animal.

Departamento de Ciencias Animales, Universidad Estatal de Dakota del Norte, Fargo, ND, 58108-6050, EE. UU.

Thomas M. Winders, Carl R. Dahlen y Kendall C. Swanson

Centro de Investigación y Desarrollo de Lacombe, Agricultura y Agroalimentación de Canadá, 6000 C & E Trail, Lacombe, AB, T4L 1W1, Canadá

Devin B Holman

Departamento de Ciencias Microbiológicas, Universidad Estatal de Dakota del Norte, Fargo, ND, 58108-6050, EE. UU.

Kaycie N. Schmidt, Sarah M. Luecke y Samat Amat

USDA ARS, Centro de Investigación Agrícola Edward T. Schafer, Fargo, ND, 58102, EE. UU.

David J Smith

USDA-ARS, Centro de Investigación de Carne Animal de EE. UU., Clay Center, NE, 68933, EE. UU.

Bryan W. Neville

Centro de Nutrición y Embarazo, Universidad Estatal de Dakota del Norte, Fargo, ND, 58108-6050, EE. UU.

carl r dahlen

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Concepción de la idea, diseño del estudio y supervisión: SA, KCS, DJS y BWN; Manejo de ganado: TMW, KCS y BWN; Cuidado de animales y colecciones de muestras: TMW, KNS, SA, KCS, CRD y DJS; Procesamiento de muestras: KNS, SA y TMW; Procesamiento de datos, bioinformática y análisis estadístico—DBH y SA; Escritura manuscrita—SA, TMW; Revisión, edición y finalización de manuscritos—SA, DBH, TMW, KCS, SML, DJS, BWN, CRD, KNS; Todos los autores han leído y aceptado la versión publicada del manuscrito.

Correspondencia a Samat Amat.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Winders, TM, Holman, DB, Schmidt, KN y col. La alimentación con torta de semillas de cáñamo altera la microbiota intestinal, respiratoria y reproductiva de los bovinos. Informe científico 13, 8121 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-35241-1

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Recibido: 08 noviembre 2022

Aceptado: 15 de mayo de 2023

Publicado: 19 mayo 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-35241-1

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