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Sep 30, 2023

Nourrir les tourteaux de chanvre altère le microbiote intestinal, respiratoire et reproducteur des bovins

Rapports scientifiques volume 13,

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 8121 (2023) Citer cet article

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Un nombre croissant d'études ont étudié la faisabilité de l'utilisation des sous-produits du chanvre comme aliments pour le bétail ; cependant, leur impact sur les microbiomes du bétail reste inexploré. Ici, nous avons évalué les effets de l'alimentation des tourteaux de chanvre sur le microbiote gastro-intestinal, respiratoire et reproducteur chez les génisses de boucherie. Des génisses croisées Angus (âgées de 19 mois, poids corporel initial = 494 ± 10 kg [ET]) ont reçu une ration de finition à base de maïs contenant 20 % de tourteau de chanvre en remplacement de 20 % de drèches de distillerie séchées de maïs avec solubles (DM base ; Témoin ; n = 16/groupe) pendant 111 jours jusqu'à l'abattage. Des écouvillons de liquide ruminal et nasopharyngés profonds (jours 0, 7, 42, 70 et 98), ainsi que des écouvillons vaginaux et utérins (à l'abattage) ont été prélevés, et le microbiote évalué à l'aide du séquençage du gène de l'ARNr 16S. Le régime alimentaire a affecté la structure communautaire des voies ruminale (j 7−98 ; 0,06 ≤ R2 ≤ 0,12 ; P < 0,05), nasopharyngée (j 98 ; R2 = 0,18 ; P < 0,001) et vaginale (R2 = 0,06 ; P < 0,01) microbiote. Les génisses nourries avec des tourteaux de graines de chanvre avaient une diversité microbienne accrue dans le rumen, une richesse microbienne réduite dans le vagin et une plus grande diversité et richesse microbienne dans l'utérus. En plus des communautés microbiennes distinctes dans le rumen, le nasopharynx, le vagin et l'utérus, nous avons identifié 28 taxons principaux qui étaient partagés (≥ 60 % de tous les échantillons) dans ces sites d'échantillonnage. L'alimentation des tourteaux de graines de chanvre semble altérer le microbiote intestinal, respiratoire et reproducteur des bovins. Nos résultats suggèrent que les recherches futures visant à évaluer l'utilisation des sous-produits du chanvre dans l'alimentation du bétail devraient tenir compte de leur impact sur le microbiome animal et la santé animale médiée par le microbiome et l'efficacité de la reproduction. Nos résultats soulignent également la nécessité de recherches évaluant l'impact des produits alimentaires et de soins personnels associés au chanvre sur le microbiome humain.

Pour augmenter la productivité animale de manière durable, l'industrie de l'élevage cherche à améliorer l'efficacité des aliments et à explorer des aliments alternatifs et nouveaux1. La recherche d'alternatives alimentaires à faible coût et sous-utilisées est également motivée par une augmentation des coûts des sources d'alimentation traditionnelles et une augmentation de la concurrence entre le bétail et les humains pour les cultures vivrières1. Les aliments alternatifs locaux tels que les coproduits de la production d'éthanol (drêches de distillerie de maïs et de blé)2,3 et les sous-produits des cultures oléagineuses (tourteaux de soja et de canola, et coques de graines de coton)4,5,6 se sont avérés viables alternatives alimentaires. Ces dernières années, il y a eu un intérêt croissant pour l'exploration de la faisabilité de nourrir les bovins7,8,9, les moutons10, les chèvres11, les porcs12 et la volaille13 avec des graines de chanvre industriel et leurs sous-produits. Le regain d'intérêt pour l'utilisation des sous-produits du chanvre industriel comme ingrédients alimentaires alternatifs est dû à (1) la légalisation de la culture du chanvre industriel dans de nombreuses régions du monde ; et (2) la demande mondiale croissante de chanvre industriel émanant des industries de l'alimentation et des boissons, des soins personnels et des soins aux animaux7.

La graine de chanvre industriel a des concentrations élevées en éléments nutritifs (protéines, lipides, minéraux et vitamines) et est également riche en antioxydants et en composés bioactifs, qui, ensemble, la rendent attrayante pour une utilisation dans les aliments fonctionnels et la médecine humaine7,14. L'huile extraite des graines de chanvre contient de grandes quantités d'acides gras polyinsaturés, connus pour leurs effets protecteurs contre les maladies cardiovasculaires, le cancer et les conditions inflammatoires15. Deux acides gras essentiels, l'acide linoléique (18:2 oméga-6) et l'acide alpha-linolénique (18:3 oméga-3), sont contenus en plus grande abondance dans l'huile de chanvre par rapport aux autres huiles végétales15. De plus, les propriétés antioxydantes (par exemple, tocophérols et tocotriénols)15,16, anti-inflammatoires17 et antimicrobiennes (par exemple, terpènes volatils)18,19 de l'huile de chanvre la rendent attrayante pour les industries des aliments fonctionnels et pharmaceutiques14,15.

L'huile de chanvre est également utilisée dans la peinture, les détergents, les vernis et d'autres formulations de revêtement (Fike, 2016), et la demande d'huile de chanvre devrait augmenter20. L'extraction de l'huile de chanvre crée un sous-produit connu sous le nom de tourteau de chanvre (également parfois appelé tourteau de chanvre) qui contient de fortes concentrations de fibres de valeur nutritionnelle (50 %), de protéines brutes (30 %) et d'huile (7 %)9,21. Il n'est pas surprenant que l'on s'intéresse de plus en plus à son utilisation potentielle comme aliment pour le bétail. Malgré les valeurs nutritives et thérapeutiques potentielles du chanvre, l'incorporation de sous-produits du chanvre dans l'alimentation des animaux a été restreinte par les autorités réglementaires. Par exemple, l'inclusion de tourteaux de chanvre dans l'alimentation des ruminants européens doit être inférieure à < 50 g/kg (sur une base de MS)22, mais aux États-Unis, ni le chanvre ni ses sous-produits ne peuvent être donnés au bétail sans l'approbation de la FDA23. De même, l'utilisation de produits à base de chanvre comme ingrédients d'aliments pour le bétail est restreinte au Canada, et chaque produit à base de chanvre doit être approuvé par le gouvernement (Orientation réglementaire RG-1) avant d'être utilisé dans l'alimentation du bétail. Ces restrictions sont dues à des préoccupations concernant l'accumulation possible de cannabinoïdes, tels que le THC et le cannabidiol (CBD), dans les tissus comestibles des animaux nourris avec des produits à base de chanvre7,22,23,24.

Alors que l'alimentation des sous-produits de graines de chanvre a été évaluée chez plusieurs espèces de bétail, l'objectif de ces études a été largement limité à la valeur nutritionnelle des sous-produits, c'est-à-dire la digestibilité et les mesures de performance animale. L'impact (s) de l'alimentation des sous-produits de graines de chanvre sur le microbiome animal est largement inexploré. Les communautés microbiennes résidant dans les voies gastro-intestinales, respiratoires et reproductives sont vitales pour la santé et la productivité des animaux, non seulement pour leur implication dans le métabolisme des nutriments, mais aussi parce qu'elles influencent les maladies infectieuses et métaboliques25,26,27. Compte tenu des composés bioactifs, anti-inflammatoires, antimicrobiens et anti-nutriments présents dans les sous-produits de la graine de chanvre, nous émettons l'hypothèse que l'inclusion de sous-produits de la graine de chanvre dans les rations bovines peut induire des altérations du microenvironnement écologique et fonctionnel de l'intestin, et que l'impact d'une L'ingestion à long terme de sous-produits de graines de chanvre peut s'étendre au-delà de l'intestin et avoir un impact sur le microbiote des voies respiratoires et reproductives. Pour tester cette hypothèse, nous avons mené une expérience longitudinale sur des bovins de boucherie. L'objectif principal de cette étude était d'évaluer les effets de l'alimentation des tourteaux de chanvre sur le microbiote gastro-intestinal, respiratoire et reproducteur chez les génisses de boucherie en finition. L'objectif secondaire était de comparer les communautés microbiennes associées au liquide ruminal, au nasopharynx, au vagin et à l'utérus, et d'identifier les principaux taxons bactériens communs à ces écosystèmes microbiens. Les bovins ont des caractéristiques physiologiques (grossesse unique et période de gestation) similaires à celles des humains et leur microbiote est biogéographiquement et phylogénétiquement plus similaire à celui des humains par rapport aux rongeurs28. Par conséquent, couplées à l'utilisation croissante des produits à base de chanvre et de cannabidiol comme aliments fonctionnels et produits pharmaceutiques, les résultats rapportés ici sont non seulement importants pour les bovins, mais ils fournissent également des informations spéculatives importantes sur la relation entre la consommation de produits à base de chanvre et le microbiome humain.

Toutes les pratiques de soin et de gestion des animaux ont été approuvées par le comité institutionnel de soin et d'utilisation des animaux de l'université d'État du Dakota du Nord (protocole IACUC approuvé # A21010). Nous confirmons que toutes les méthodes ont été effectuées conformément aux directives et réglementations en vigueur.

Une étude longitudinale (d'une durée de 16 semaines) a été menée pour évaluer l'effet de l'inclusion de tourteaux de chanvre dans les régimes de finition sur les performances de croissance, les caractéristiques de qualité de la carcasse, les résidus de cannabinoïdes dans le plasma, l'urine et les tissus, le comportement alimentaire et les voies intestinales, respiratoires et reproductives. microbiote des bovins à viande. La phase vivante de l'étude d'alimentation a été décrite en détail par Winders et al.29. En bref, un total de 32 génisses de finition croisées (poids corporel initial = 494 ± 10 kg [SE], âge moyen = 19 mois) ont été réparties au hasard dans des groupes de chanvre (n = 16) ou de contrôle (n = 16) (Fig. 1). Les génisses du groupe chanvre ont reçu une ration formulée contenant 20 % de tourteau de chanvre (base de matière sèche), tandis que les génisses du groupe témoin ont reçu le même régime sauf que le tourteau de chanvre a été remplacé par 20 % de drêches de distillerie séchées de maïs avec solubles (DDGS). Les DDGS de maïs sont les sous-produits d'éthanol les plus courants inclus dans l'alimentation des bovins de boucherie aux États-Unis30 et leur composition nutritionnelle est similaire à celle des tourteaux de chanvre. Par conséquent, un régime contenant 20 % de DDGS de maïs a été utilisé comme régime témoin. Les deux groupes de génisses ont été logés dans des enclos séparés au NDSU Beef Cattle Research Complex à Fargo (Dakota du Nord, États-Unis) et ont été nourris individuellement avec les régimes de traitement pendant 111 jours à l'aide du système d'alimentation Insentec BV (Hokofarm Group, Marknesse, Pays-Bas ) qui contiennent des données sur l'ingestion d'aliments pour chaque animal. Les 80 % restants de la ration mélangée totale comprenaient 55 % de maïs roulé à sec, 20 % d'ensilage de maïs et 5 % de supplément (base de matière sèche ; Fig. 1).

Conception de l'étude, régimes alimentaires et régime d'échantillonnage. Cette figure a été créée à l'aide de Biorender.

Des échantillons de liquide ruminal et d'écouvillonnage nasopharyngé ont été prélevés au cours des jours d'échantillonnage et de la génisse par le même personnel pendant la partie de la phase vivante de l'étude (jours 0 à 98 jours). Au cours d'une journée de collecte, tous les échantillons ont été collectés dans une fenêtre de 3 heures (8 h à 11 h). Des écouvillons vaginaux et utérins ont été prélevés à l'abattage (jours 112 à 120).

Le liquide du rumen a été prélevé aux jours 0, 7, 42, 70 et 98 comme décrit par Amat et al.31. En bref, un spéculum métallique rigide a été placé dans la bouche de la génisse et un tube gastrique flexible en PVC avec plusieurs trous à l'extrémité distale a été passé à travers le spéculum et dans l'œsophage (Fig. 1). Le spéculum a été utilisé pour s'assurer que le tube en plastique n'était pas endommagé par les dents de la génisse et que le tube pénétrait dans l'œsophage et pouvait être passé dans le rumen et sous le tapis ruminal. Un léger vide a été appliqué au tube de prélèvement à travers lequel le liquide ruminal (volume maximum de 120 ml) a été aspiré dans un flacon Erlenmeyer à bras latéral (Fig. 1). Des tubes et des flacons de collecte séparés ont été utilisés pour chaque génisse afin d'éviter la contamination croisée. Après un mélange minutieux, une aliquote de 40 ml de liquide ruminal a été placée dans un tube Falcon de 50 ml et immédiatement congelée sur de la neige carbonique.

Des écouvillons nasopharyngés profonds ont été prélevés aux jours 0, 7, 40 et 98 comme décrit précédemment31 (Fig. 1). En bref, avant l'insertion de l'écouvillon, la narine droite de la génisse a été essuyée avec de l'éthanol à 70 % et une serviette en papier. Un écouvillon protégé étendu (27 cm) avec un bourgeon de rayonne (MW 128, Medical Wire & Equipment, Corsham, Angleterre) a été passé dans la narine et lorsque l'écouvillon gainé a atteint la zone du nasopharynx, la pointe de l'écouvillon a été avancée de quelques centimètres pour écouvillon le nasopharynx et tourné. L'écouvillon a été retiré dans la gaine puis retiré de la cavité nasale. La pointe de l'écouvillon (environ 2,5 cm) a ensuite été coupée dans un tube de microcentrifugeuse stérile à l'aide d'un coupe-fil stérilisé, et transportée au laboratoire sur de la glace. À leur arrivée au laboratoire, les écouvillons nasopharyngés ont été transférés dans 1 mL de bouillon d'infusion cœur-cervelle (BHI) contenant 20 % de glycérol et conservés à - 80 °C jusqu'à l'extraction de l'ADN.

Des écouvillons utérins et vaginaux ont été prélevés immédiatement après l'euthanasie à la fin de l'essai d'alimentation de tourteau de graines de chanvre de 111 jours pour la collecte de données sur les carcasses. Les génisses ont été abattues les jours 112 à 120 de l'étude (jours de sevrage 0, 1, 4 et 8 comme décrit par29. Des périodes de sevrage avant l'abattage ont été établies pour examiner l'épuisement des résidus de cannabinoïdes dans les tissus des bovins. Immédiatement après l'euthanasie, des écouvillons vaginaux ont été soigneusement prélevés. nettoyer la vulve avec une serviette en papier saturée d'éthanol à 70 %. Les grandes lèvres ont été maintenues ouvertes avec une main gantée permettant le passage d'un coton-tige stérile de 15 cm (Puritan ; Guilford, ME). Lorsque l'extrémité de l'écouvillon a atteint le milieu du vagin, il a été placé contre la paroi vaginale, tourbillonné quatre fois, puis retiré avec précaution pour minimiser la contamination.Les écouvillons vaginaux ont été immédiatement placés dans des sacs Whirl Pak stériles et transportés sur de la glace au laboratoire où ils ont été transférés dans 1 ml de Bouillon BHI contenant 20% de glycérol et stocké à - 80 ° C jusqu'à l'extraction de l'ADN.

Pour le prélèvement utérin, l'appareil reproducteur a été retiré et immédiatement transporté au laboratoire. Après ablation des annexes (ligament large en excès, graisse, etc.), 1 cm de la face crânienne de la corne utérine a été prélevé au bistouri stérile. Un écouvillon de culture à double protection (écouvillon de 71 cm de longueur, Reproduction Provisions LLC) a été placé dans la lumière de la corne utérine et guidé à travers la corne dans le corps utérin. Une fois dans le corps utérin, la partie intérieure en plastique et l'écouvillon ont été étendus pour recueillir un échantillon non contaminé, l'écouvillon a été rétracté dans le manchon intérieur et les manchons intérieur et extérieur ont été retirés de l'utérus. La pointe de l'écouvillon (environ 2,5 cm) a ensuite été coupée et placée dans un tube de microcentrifugation stérile et immédiatement stockée à - 80 ° C jusqu'à l'extraction de l'ADN.

L'ADN total des échantillons de liquide ruminal a été extrait à l'aide du kit Qiagen DNeasy PowerLyzer PowerSoil (Qiagen Inc., Germantown, MD, États-Unis)31. L'ADN métagénomique des écouvillons nasopharyngés, vaginaux et utérins a été extrait à l'aide d'un kit Qiagen DNeasy Tissue (Qiagen Inc., Germantown, MD, USA) conformément aux instructions du fabricant avec quelques modifications comme indiqué précédemment31. L'ADN a également été extrait des contrôles environnementaux (écouvillons d'air ambiant collectés lors de prélèvements vaginaux et naso-pharyngés). Des contrôles d'extraction négatifs ont été inclus pour tous les kits d'extraction. La concentration d'ADN extrait a été mesurée à l'aide d'un spectrophotomètre NanoDrop ND-1000 et d'un test PicoGreen. L'ADN a été stocké à - 20 ° C jusqu'à son utilisation pour le séquençage du gène de l'ARNr 16S.

Les régions hypervariables V3-V4 du gène de l'ARNr 16S ont été amplifiées et séquencées sur un instrument NovaSeq 6000 (Illumina, San Diego, CA, USA) avec une Flow Cell SP (2 × 250 bp) comme décrit précédemment31. Les séquences du gène d'ARNr 16S ont été traitées à l'aide de DADA2 v. 1.20.032 dans R. 4.0.3 avec les lectures directes tronquées à 225 pb et les lectures inverses à 220 pb, fusionnées avec un chevauchement minimum de 20 pb et des variantes de séquence d'amplicon ( ASV) générés. La taxonomie a été attribuée aux ASV à l'aide du classificateur RDP bayésien naïf et de la base de données SILVA SSU version 138.133. Les ASV classés comme chloroplastes, eucaryotes ou mitochondries ont été supprimés. L'extraction négative et les contrôles environnementaux (écouvillons d'air ambiant) ont également été utilisés pour identifier les contaminants potentiels avec les ASV retirés s'ils avaient une abondance dans un contrôle négatif égale ou supérieure à l'abondance moyenne dans un échantillon biologique. Le nombre d'ASV par échantillon (richesse), les indices de diversité de Shannon et de Simpson inverse et les dissemblances de Bray-Curtis ont été calculés dans R en utilisant Phyloseq 1.38.034 et vegan 2.5-735. Pour tenir compte des profondeurs de séquence inégales, les échantillons ont été sous-échantillonnés au hasard à 38 500, 6 700, 27 000 et 4 600 pour les échantillons de liquide ruminal, nasopharyngé, vaginal et utérin respectivement, avant le calcul des dissemblances de Bray-Curtis et des mesures de diversité alpha.

Un modèle mixte linéaire utilisant la fonction lmer dans le package lme4 v 1.1.27.1 R36 a été utilisé pour comparer les mesures de diversité et de richesse microbiennes en fonction du temps d'échantillonnage et du régime alimentaire. Le modèle mixte linéaire incluait l'effet aléatoire de l'animal et les effets fixes du régime alimentaire, du temps d'échantillonnage et de leurs interactions en tant qu'effets fixes. Des comparaisons post-hoc ont été effectuées dans chaque période d'échantillonnage et corrigées pour les comparaisons multiples à l'aide de la différence honnêtement significative de Tukey. L'effet du régime alimentaire sur les structures de la communauté microbienne ruminale, nasopharyngée, vaginale et utérine a été évalué à l'aide des dissemblances de Bray-Curtis et de PERMANOVA (fonction adonis2) dans R avec végétalien. Le package R pairwiseAdonis v. 0,437 a été utilisé pour comparer les dissemblances Bray-Curtis dans chaque temps d'échantillonnage pour les échantillons nasopharyngés et rumen, et la procédure Benjamini-Hochberg a été utilisée pour corriger les valeurs P pour les comparaisons multiples. Les genres différentiellement abondants entre les types de régime ont été identifiés dans chaque type d'échantillon à l'aide de MaAsLin2 v. 1.8.038 dans R. Seuls les genres avec une abondance relative de 0,1 % ou plus dans les échantillons évalués ont été inclus. Le nombre d'ASV (richesse), les indices de diversité, l'abondance relative des phyla les plus relativement abondants dans les échantillons utérins entre les deux groupes alimentaires ont été comparés à l'aide de la procédure d'estimation du modèle mixte de revêtement généralisé (PROC GLIMMIX) dans SAS (ver. 9.4, SAS Institute Inc., Cary, Caroline du Nord, États-Unis). La signification statistique a été considérée à P < 0,05.

Après traitement et filtrage de qualité, le nombre moyen de séquences par échantillon était de 74 360 ± 1 275 (SEM), 50 233 ± 2 574, 63 204 ± 3 191 et 29 617 ± 8 068, respectivement pour les échantillons ruminaux, nasopharyngés, vaginaux et utérins. À partir de ces séquences, un total de 78 156 ASV archéens et bactériens ont été identifiés parmi tous les échantillons et classés en 34 embranchements (un archéen et 33 embranchements bactériens) et 1 432 genres uniques.

Dans l'ensemble, 31 phylums bactériens (n ​​= 30) et archéens (n ​​= 1) différents ont été détectés dans tous les échantillons de liquide ruminal. Les bactéries représentaient 99,19 % et les archées 0,81 % des séquences du gène de l'ARNr 16S des échantillons de rumen. Les phylums bactériens dominants comprenaient les Bacteroidota (62,2 %), les Firmicutes (16,9 %), les Proteobacteria (16,3 %) et les Actinobacteriota (2,8 %). Le microbiote ruminal a été significativement affecté par le temps d'échantillonnage au cours de la période d'étude (R2 = 0,39 ; P < 0,001). Cependant, le régime alimentaire a eu des effets sur la structure du microbiote ruminal du jour 7 au jour 98, l'effet le plus important étant enregistré le dernier jour de l'échantillonnage, jour 98 (R2 = 0, 12 ; P < 0, 001; Fig. 2A). Bien que la richesse microbienne (nombre d'ASV) dans le rumen n'ait pas été affectée par l'inclusion de tourteaux de chanvre dans l'alimentation (P > 0,05), la diversité microbienne (indice de diversité de Shannon) était plus importante chez les bovins nourris avec des tourteaux de chanvre aux j 42, 70, et 98 (Fig. 2B ; P < 0,05). Un certain nombre de genres bactériens dans le microbiote du rumen étaient différentiellement abondants entre les régimes témoin et tourteau de chanvre à partir du jour 42 (Fig. 3). Le groupe Eubacterium nodatum, Lachnospiraceae UCG-002, Oribacterium, Prevotellaceae UCG-001, Prevotellaceae UCG-004 et le groupe intestinal Rikenellaceae RC9 faisaient partie des genres enrichis dans le microbiote ruminal des bovins nourris au tourteau de graines de chanvre. Les genres Defluviitaleaceae UCG-011 (j 42 et 70) et Succinivibrio (j 42) ont cependant été réduits en abondance relative dans le groupe chanvre par rapport aux bovins témoins.

(A) Diagramme d'analyse des coordonnées principales (PCoA) des dissemblances de Bray Curtis pour le microbiote ruminal par régime alimentaire et jour d'échantillonnage. Le PERMANOVA R2 et la valeur P pour l'effet du régime alimentaire au cours de chaque jour sont inclus sur chaque graphique. Le pourcentage de variation expliqué par chaque coordonnée principale est indiqué sur les axes ; (B) Graphique en boîte et en moustaches des valeurs de l'indice de diversité de Shannon pour le microbiote ruminal par jour d'échantillonnage et régime alimentaire. *P < 0,05 ; **P < 0,01 ; ***P < 0,001. La boîte indique l'intervalle interquartile (IQR) (moyen 50 % des données), la ligne médiane représente la valeur médiane et les moustaches représentent 1,5 fois l'IQR ; Le contrôle fait référence au groupe de génisses qui ont reçu du DDGS dans leur alimentation (n = 15) et le chanvre fait référence au groupe qui a reçu le régime d'inclusion de tourteau de chanvre (n = 16).

Diagrammes en boîte et à moustaches du pourcentage d'abondance relative des genres bactériens dans le microbiote ruminal qui étaient différentiellement abondants par traitement alimentaire sur un ou plusieurs jours d'échantillonnage. *P < 0,05 ; **P < 0,01 ; ***P < 0,001. La boîte indique l'intervalle interquartile (IQR) (moyen 50 % des données), la ligne médiane représente la valeur médiane et les moustaches représentent 1,5 fois l'IQR ; Le contrôle fait référence au groupe de génisses qui ont reçu du DDGS dans leur alimentation (n = 15) et le chanvre fait référence au groupe qui a reçu le régime d'inclusion de tourteau de chanvre (n = 16).

Un total de 25 phylums bactériens (n ​​= 24) et archéens (n ​​= 1) différents ont été détectés dans les écouvillons nasopharyngés. Le microbiote nasopharyngé était dominé par les Actinobacteriota (41,7%), les Firmicutes (30,8%), les Bacteroidota (18,2%), les Proteobacteria (5,2%) et les Deinococcota (1,6%). Comme pour le microbiote ruminal, le temps de prélèvement a eu un effet plus important sur la structure du microbiote nasopharyngé (R2 = 0,18 ; P < 0,001 ; Fig. 4A) que le traitement diététique. Ce n'est qu'au jour 98 que le tourteau de chanvre dans l'alimentation a eu un effet sur la structure du microbiote nasopharyngé (Fig. 4 ; R2 = 0,08 ; P < 0,05) (Fig. 4A). Le régime alimentaire n'a pas affecté la richesse et la diversité microbiennes dans le nasopharynx (Fig. 4B; P> 0, 05) et il n'y avait aucun genre significativement abondant de façon différentielle entre les deux groupes de régimes à aucun des moments d'échantillonnage ( P> 0, 05).

(A) Diagramme d'analyse des coordonnées principales (PCoA) des dissemblances Bray-Curtis pour le microbiote nasopharyngé par régime alimentaire et jour d'échantillonnage. Les résultats PERMANOVA pour l'effet du régime alimentaire au cours de chaque jour sont inclus dans chaque graphique. Le pourcentage de variation expliqué par chaque coordonnée principale est indiqué sur les axes ; (B) Diagramme en boîte et en moustaches du nombre d'ASV et des indices de diversité de Shannon et de Simpson inverse pour le microbiote nasopharyngé par jour d'échantillonnage et régime alimentaire. La boîte indique l'intervalle interquartile (IQR) (moyen 50 % des données), la ligne médiane représente la valeur médiane et les moustaches représentent 1,5 fois l'IQR ; Le contrôle fait référence au groupe de génisses qui ont reçu 20 % de DDGS dans leur alimentation (n = 15) et le chanvre fait référence au groupe qui a reçu 20 % d'inclusion de tourteau de chanvre (n = 16).

Avec le microbiote vaginal, 20 phylums bactériens et un phylum archéen ont été identifiés. La grande majorité des séquences appartenaient aux Firmicutes (53,5 %), Bacteroidota (13,4 %), Actinobacteriota (11,5 %), Fusobacteriota (6,3 %), Campylobacterota (4,8 %) ou Proteobacteria (4,6 %) (Fig. 5A). Les séquences archéennes ne représentaient que 0,05 % du microbiote total. Au jour 112 (à l'abattage), il y avait un effet significatif du régime alimentaire sur la structure de la communauté microbienne vaginale (R2 = 0,06 ; P < 0,01) (Fig. 5A). Alors que les mesures de diversité microbienne ne différaient pas entre les deux groupes de traitement (P> 0, 05), les génisses de chanvre avaient tendance (P = 0, 07) à avoir une richesse microbienne inférieure (nombre total d'ASV) par rapport aux génisses témoins (Fig. 5B). Huit genres bactériens (Agathobacter, Cellulosilyticum, Clostridium, Fusobacterium, Negativibacillus, Paeniclostridium, Romboutsia et groupe Ruminococcus gauvreauii) étaient différentiellement abondants entre les deux groupes de régime (Fig. 6 ; P < 0,05). Tous ces genres sauf un, Fusobacterium, étaient relativement plus abondants dans le microbiote vaginal des bovins témoins que dans les bovins de chanvre.

(A) Diagramme d'analyse des coordonnées principales (PCoA) des dissemblances de Bray-Curtis pour le microbiote vaginal par régime alimentaire au jour 112 (abattage). Le résultat PERMANOVA pour l'effet du régime alimentaire est inclus dans le graphique. Le pourcentage de variation expliqué par chaque coordonnée principale est indiqué sur les axes ; (B) Diagramme en boîte et moustache du nombre d'ASV et des indices de diversité de Shannon et de Simpson inverse pour le microbiote vaginal par régime alimentaire au jour 112 (abattage). La boîte indique l'intervalle interquartile (IQR) (moyen 50 % des données), la ligne médiane représente la valeur médiane et les moustaches représentent 1,5 fois l'IQR ; Le contrôle fait référence au groupe de génisses qui ont reçu 20 % de DDGS dans leur alimentation (n = 15) et le chanvre fait référence au groupe qui a reçu 20 % d'inclusion de tourteau de chanvre (n = 16).

Graphiques en boîte et moustaches du pourcentage d'abondance relative des genres bactériens dans le microbiote vaginal qui étaient différentiellement abondants par traitement alimentaire (P < 0,05). La boîte indique l'intervalle interquartile (IQR) (moyen 50 % des données), la ligne médiane représente la valeur médiane et les moustaches représentent 1,5 fois l'IQR ; Le contrôle fait référence au groupe de génisses qui ont reçu 20 % de DDGS dans leur alimentation (n = 15) et le chanvre fait référence au groupe qui a reçu 20 % d'inclusion de tourteau de chanvre (n = 16).

Seuls 8 échantillons d'écouvillons utérins ont été inclus dans l'analyse (3 du chanvre et 5 du groupe témoin) car les autres n'ont pas réussi le contrôle de qualité du séquençage, probablement en raison d'une faible concentration d'ADN microbien et/ou d'une faible biomasse microbienne. Un total de 22 genres bactériens et archéens ont été détectés dans ces 8 échantillons d'écouvillons utérins. Le microbiote utérin était principalement dominé par les Firmicutes (34,1%), les Bacteroidota (28,5%), les Proteobacteria (21,4%), les Actinobacteriota (14,2%), les Fusobacteriota (0,6%), les Patescibacteria (0,3%), les Campylobacterota (0,2%) et les Cyanobacteria. (0,2%). Le phylum des archées méthanogènes, Euryarchaeota, a également été détecté mais ne représentait que 0,05 % du microbiote total.

L'inclusion de tourteau de graines de chanvre n'a pas affecté la structure de la communauté du microbiote utérin (R2 = 0, 17; P> 0, 05) (Fig. 7A) ou la richesse microbienne (P> 0, 05) (Fig. 7B). Malgré la petite taille de l'échantillon, des différences significatives ont été détectées dans la diversité microbienne entre les deux groupes, les génisses de chanvre ayant des valeurs d'indice de diversité de Shannon plus faibles (P <0, 05) (Fig. 7B). L'indice de diversité inverse de Simpson avait également tendance (P = 0,068) à être plus faible dans l'utérus des génisses de chanvre par rapport aux génisses témoins. Les génisses de chanvre avaient une plus grande abondance relative de Bacteroidota (38,7 % contre 22,3 %) et une abondance relative réduite de Proteobacteria (10,9 % contre 27,7 %) et Campylobacterota (0,04 % contre 0,35 %) par rapport aux génisses du groupe témoin (P < 0,05 ) (Fig. 7C).

(A) Diagramme d'analyse des coordonnées principales (PCoA) des dissemblances Bray-Curtis du microbiote utérin. Le pourcentage de variation expliqué par chaque PCoA est indiqué sur les axes ; (B) Diagramme en boîte et moustache du nombre d'ASV et des indices de diversité de Shannon et de Simpson inverse pour le microbiote utérin par régime alimentaire au jour 112 (abattage). La boîte indique l'intervalle interquartile (IQR) (moyen 50 % des données), la ligne médiane représente la valeur médiane et les moustaches représentent 1,5 fois l'IQR ; (C) Diagramme à barres empilées des 7 phylums bactériens relativement abondants dans le microbiote utérin par régime ; Le contrôle fait référence au groupe de génisses qui ont reçu 20 % de DDGS dans leur alimentation (n = 5) et le chanvre fait référence au groupe qui a reçu 20 % d'inclusion de tourteau de graines de chanvre (n = 3).

Nous avons également comparé la structure et la composition globales de la communauté microbienne et identifié des ASV uniques et partagés parmi les échantillons de liquide ruminal, nasopharyngé, vaginal et utérin (Fig. 8). Comme prévu, les quatre types d'échantillons avaient des structures de communauté microbienne distinctes (PERMANOVA : R2 = 0,28 ; P < 0,001 ; Fig. 8A) avec les microbiotes ruminal et nasopharyngé les plus différents les uns des autres (PERMANOVA : R2 = 0,24 ; P < 0,001) ( figure 8A). La structure des communautés de microbiote vaginal et utérin était également significativement différente l'une de l'autre (PERMANOVA : R2 = 0,17 ; P < 0,001). Bien que 78 156 ASV aient été identifiés parmi tous les échantillons, la grande majorité d'entre eux étaient rares avec seulement 602 ASV trouvés dans au moins un échantillon de chaque type d'échantillon (Fig. 8C).

(A) Diagramme d'analyse des coordonnées principales (PCoA) des dissemblances Bray-Curtis du microbiote nasopharyngé, ruminal, vaginal et utérin par jour d'échantillonnage, le cas échéant. Le pourcentage de variation expliqué par chaque coordonnée principale est indiqué sur les axes ; (B) Diagramme à barres empilées des embranchements bactériens les plus abondants dans ces communautés microbiennes ; (C) Diagramme de Venn affichant le nombre d'ASV partagés et uniques dans le microbiote nasopharynx, ruminal, vaginal et utérin, indépendamment du traitement alimentaire. Les comparaisons PERMANOVA par paire sont affichées en (A). R = rumen, N = nasopharynx, U = utérus, V = vagin.

Comme le montre la carte thermique des 100 ASV les plus abondants (Fig. 9), il existait une variation interindividuelle considérable de la prévalence et de l'abondance de la plupart des taxons présents dans le microbiote ruminal, nasopharyngé, vaginal et utérin. Plus de deux douzaines d'ASV dans la Prevotella ainsi que plusieurs ASV identifiés comme Prevotella ruminicola, Muribaculaceae et Bacteroidales ont été trouvés plus fréquemment et abondamment dans le rumen, mais ils étaient pour la plupart absents des prélèvements nasopharyngés. Certains de ces ASV étaient présents dans les échantillons d'écouvillons vaginaux et utérins, mais à une fréquence et une abondance inférieures à celles des échantillons de liquide ruminal. Les ASV identifiés comme Mycoplasma haemobos et Filobacterium étaient pour la plupart uniques au microbiote nasopharyngé. ASV72 (Streptomyces), ASV44 et 65 (Arthrobacter pigmenti), ASV71 (Intrasporangiaceae), ASV10 (Cellulomonas hominis) et ASV67 (Corynebacterium crudilactis) étaient très abondants dans le nasopharynx et le vagin.

Carte thermique montrant les 100 ASV les plus abondants (log4) globalement par type d'échantillon.

Il y avait 28 ASV qui ont été trouvés dans au moins 60 % de tous les échantillons (tableau 1). Six de ces ASV étaient également présents dans plus de 80 % des échantillons. Ceux-ci comprenaient ASV8 (groupe Eubacterium coprostanoligenes ; 99 % de tous les échantillons), ASV197 (groupe Lachnospiraceae NK3A20 ; 87 %), ASV43 (Olsenella umbonata ; 85 %), ASV27 et 21 (Olsenella spp.) et ASV11 (Succinivibrio spp.) .

Nous avons identifié des changements dans le microbiote ruminal, nasopharyngé, vaginal et utérin chez les génisses de boucherie nourries avec un régime de finition contenant 20 % de tourteau de graines de chanvre par rapport aux changements chez les génisses nourries avec 20 % de DDGS au cours d'un essai d'alimentation de 16 semaines. Toutes les génisses semblaient en bonne santé tout au long de l'essai d'alimentation et les génisses nourries de tourteaux de graines de chanvre consommaient une quantité similaire d'aliments et présentaient des comportements alimentaires similaires à ceux des génisses nourries avec un DDGS29. Cependant, l'inclusion de tourteau de chanvre a entraîné une diminution du gain moyen quotidien (GMQ), entraînant finalement un poids corporel final plus léger chez les génisses nourries au tourteau de chanvre que les génisses témoins. Plusieurs facteurs peuvent contribuer à la réduction de l'ADG observée dans le groupe du chanvre. Comme indiqué dans notre publication précédente, cela peut inclure la plus grande concentration de fibres détergentes acides qui était présente dans le tourteau de graines de chanvre par rapport au DDGS (16 contre 11 % sur la base de la MS)29. Un autre facteur associé au rapport alimentation/gain inférieur observé chez les génisses nourries avec des tourteaux de chanvre pourrait être le microbiote ruminal altéré et la fermentation ruminale subséquente due à l'ingestion de tourteau de chanvre qui contient des agents anti-nutriments et antimicrobiens18,19,39. En témoignent les altérations importantes observées dans le microbiote ruminal suite à l'alimentation en tourteaux de chanvre (Figs. 2 et 3).

Des altérations du microbiote ruminal ont été observées dans la semaine suivant le début de l'ingestion de tourteaux de graines de chanvre malgré le fait que le microbiote ruminal de ces génisses matures (âgées de 19 mois) était plus résistant et robuste que celui des veaux plus jeunes40. À partir du jour 42, l'impact de l'ingestion de tourteaux de chanvre sur le microbiote ruminal est devenu plus évident, comme en témoignent les différences significatives dans la structure, la diversité et la composition de la communauté microbienne entre les génisses nourries au chanvre et au DDGS (Figs. 2 et 3) . L'ingestion de tourteaux de graines de chanvre a entraîné une augmentation de la diversité microbienne du rumen (indice de diversité de Shannon). Bien que les paramètres de diversité alpha pour le microbiote ruminal aient été signalés comme étant les mêmes entre les bovins de boucherie ayant une efficacité alimentaire élevée ou faible41,42, l'augmentation de la diversité microbienne ruminale mesurée dans le groupe du chanvre peut être associée négativement à l'efficacité alimentaire étant donné l'ADG réduit observé dans les graines de chanvre. génisses nourries au gâteau. Les changements de composition induits par l'ingestion de tourteaux de chanvre ont été caractérisés par une augmentation de l'abondance relative de six genres bactériens (groupe Eubacterium nodatum, Lachnospiraceae UCG-002, Oribacterium, Prevotellaceae UCG-001, Prevotellaceae UCG-004 et Rikenellaceae RC9) ; dont la plupart ont été signalés comme ayant des associations (positives ou négatives) avec l'efficacité alimentaire chez les bovins de boucherie41,42,43. Par exemple, Liu et ses collègues ont rapporté qu'il y avait une plus grande abondance relative de Lachnospiraceae chez les génisses Angus à faible apport alimentaire résiduel (RFI) (plus efficaces pour l'alimentation) par rapport aux génisses à haut RFI41. Des membres du groupe intestinal des Rikenellaceae RC9, des Lachnospiraceae et des Prevotellaceae ont également été signalés comme étant présents en plus grande abondance dans le liquide ruminal des bouvillons Nellore à faible efficacité alimentaire par rapport aux bouvillons à haute efficacité alimentaire42. Les bouvillons Nellore à faible rendement alimentaire présentaient également une plus grande abondance de taxons de Succinivibrio que les bouvillons à haut rendement alimentaire. De même, l'abondance relative du groupe intestinal Rikenellaceae RC9, des taxons Prevotella et Succinivibrio était négativement associée à l'efficacité alimentaire chez les bovins de boucherie Nellore (mâles et femelles)43. Ainsi, les 10 genres (Fig. 3) qui étaient différemment abondants dans le microbiote du rumen entre le chanvre et les bovins témoins peuvent être associés à une réduction de la digestion des aliments et de l'absorption des nutriments étant donné que la plupart de ces genres sont connus pour être associés à l'efficacité alimentaire chez les bovins. . Par conséquent, des recherches supplémentaires sont justifiées pour évaluer l'effet de l'inclusion de tourteaux de graines de chanvre dans l'alimentation sur les membres de ces genres et les paramètres de fermentation in vitro.

L'altération significative de la structure, de la diversité et de la composition de la communauté du microbiote ruminal observée chez les génisses de chanvre peut être attribuée à plusieurs composants antimicrobiens contenus dans le tourteau de chanvre. La teneur en huile (7 %) peut avoir influencé la composition microbienne du rumen car l'activité antibactérienne de l'huile de graines de chanvre contre un large éventail d'espèces bactériennes à Gram positif a été bien documentée18,44,45. De plus, les composants psychoactifs et les dérivés cannabinoïdes du tourteau de graines de chanvre ont une activité antimicrobienne connue contre un large panel d'agents pathogènes Gram-positifs et Gram-négatifs46, et peuvent avoir une activité similaire dans le rumen. Dans l'ensemble, les résultats de notre étude indiquent la nécessité de poursuivre les recherches pour étudier l'impact de l'alimentation des sous-produits du chanvre sur le microbiote intestinal et les paramètres de fermentation.

Peu d'effets de l'alimentation des tourteaux de graines de chanvre ont été observés sur le microbiote des voies respiratoires supérieures. Ce n'est qu'au jour 98 que la structure communautaire du microbiote nasopharyngé était significativement différente entre les génisses nourries au chanvre et au DDGS. Il s'agit d'une observation particulièrement intéressante car l'impact de l'alimentation sur le microbiote respiratoire chez les bovins a peu été étudié. Hall et ses collègues ont rapporté que l'alimentation de foin de luzerne biofortifié au sélénium pendant 9 semaines a entraîné une altération du microbiote nasopharyngé chez les veaux de boucherie sevrés47,48. Il a également été rapporté que la supplémentation en vitamines et minéraux au cours des 6 premiers mois de gestation induisait des changements de composition dans le microbiote nasopharyngé des génisses de boucherie gestantes31. Nos résultats suggèrent ici que des périodes d'alimentation plus longues peuvent être nécessaires pour observer des altérations alimentaires du microbiote des voies respiratoires bovines en réponse au régime alimentaire.

L'axe microbiome-intestin-poumon peut être un mécanisme potentiel par lequel l'inclusion alimentaire de tourteaux de graines de chanvre peut influencer le microbiote respiratoire49,50. Il est également probable que des changements dans la composition de la phase gazeuse du rumen, et potentiellement les microbes associés aux gaz ruminaux en raison de l'ingestion de tourteaux de chanvre, aient affecté le microbiote des voies respiratoires étant donné qu'environ 70 à 85 % des gaz éructés du rumen sont inhalé51. Ainsi, compte tenu du rôle du microbiote respiratoire dans le maintien de la santé respiratoire et de la résilience face aux maladies respiratoires bovines, la maladie la plus coûteuse dans l'industrie moderne des bovins de finition52,53,54, l'impact à long terme de l'alimentation des sous-produits du chanvre sur le microbiote respiratoire et la santé pulmonaire des bovins doit être étudiée.

Le tourteau de chanvre alimentaire a non seulement affecté le microbiote gastro-intestinal et des voies respiratoires, mais également le microbiote de l'appareil reproducteur, car nous avons observé des changements dans le microbiote vaginal et utérin. Le microbiote vaginal à l'abattage (j 112) des génisses nourries au tourteau de chanvre est distinct en termes de structure communautaire, de richesse microbienne et de composition par rapport aux génisses témoins. La richesse microbienne du vagin était réduite dans le groupe chanvre. Chez l'homme, il a été rapporté qu'une richesse réduite du microbiote vaginal était positivement associée à la santé reproductive et à la grossesse, tandis qu'une richesse microbienne accrue dans le vagin a été observée chez les femmes qui ont eu un accouchement prématuré55 ou une infection reproductive (vaginose bactérienne)56,57. Ainsi, la diminution observée de la richesse microbienne dans le vagin associée à la consommation de tourteaux de graines de chanvre pourrait être un indicateur d'une saine restructuration en cours au sein du microbiote vaginal. Cependant, les changements de composition observés dans le microbiote vaginal au niveau du genre suggèrent le contraire, comme le montre l'abondance relative réduite des genres vaginaux les plus prédominants et commensaux tels que Clostridium58,59 et Romboutsia31. Inversement, une abondance relative élevée de Fusobacterium spp. potentiellement pathogènes. chez les génisses nourries de tourteaux de graines de chanvre a été observée.

Le genre Fusobacterium comprend les espèces pathogènes Fusobacterium necrophorum et Fusobacterium nucleatum qui sont souvent impliquées dans des infections reproductives et des avortements, ainsi que des abcès hépatiques chez les bovins60,61,62,63. Parmi les autres genres bactériens dont l'abondance relative a été appauvrie dans le microbiote vaginal des génisses de chanvre, Agathobacter, Negativibacillus et le groupe Ruminococcus gauvreauii sont des genres largement commensaux qui sont également des membres dominants du microbiote intestinal bovin64,65 et humain66. Le genre Paeniclostridium, qui contient l'espèce pathogène Paeniclostridium sordellii (anciennement Clostridium sordellii), est associé au "syndrome de mort subite" chez les bovins en parc d'engraissement67, au choc septique chez les femmes68 et à l'entérocolite chez les chevaux69. microbiote des génisses nourries au tourteau de chanvre sont insuffisants pour affirmer de manière concluante une influence positive ou négative de la consommation de tourteau de chanvre sur le microbiote vaginal des génisses. espèces pathogènes (Trueperella pyogenes, F. necrophorum, F. nucleatum et P. sordellii), ainsi que la santé reproductive et la fertilité des bovins femelles.

Les altérations observées du microbiote vaginal et utérin par la consommation de tourteaux de chanvre peuvent être dues à plusieurs facteurs. Premièrement et surtout, la supplémentation en tourteau de chanvre a induit des altérations de la population microbienne et des paramètres de fermentation dans l'intestin (rumen) qui peuvent conduire à une altération du profil des métabolites (par exemple, acides gras à chaîne courte et immunomodulateurs) dans le sang et/ou les cellules mononucléaires du sang périphérique. associés à des bactéries spécifiques70. Par conséquent, cela peut influencer les communautés microbiennes le long de l'appareil reproducteur50. Deuxièmement, l'ingestion de tourteaux de graines de chanvre peut avoir affecté la production d'hormones de reproduction, connues pour façonner le microbiote vaginal71,72. Troisièmement, à l'instar du microbiome respiratoire, l'axe microbiome-intestin-reproducteur peut être associé à des modifications du microbiome de l'appareil reproducteur dues à la consommation de tourteaux de chanvre50. Enfin, les dérivés de cannabinoïdes contenus dans le tourteau de graines de chanvre peuvent avoir modifié les profils des cellules immunitaires et des cytokines dans l'appareil reproducteur étant donné les propriétés immunomodulatrices bien documentées des cannabinoïdes73.

Globalement, les résultats de notre étude suggèrent que la consommation de tourteau de chanvre peut influencer le microbiome reproducteur féminin. De plus, étant donné que les génisses utilisées dans notre étude étaient âgées d'environ 21 mois lorsqu'elles ont été échantillonnées pour les écouvillons vaginaux et utérins, l'impact de l'alimentation des sous-produits de chanvre sur le microbiote génital devrait être plus fort chez les bovins femelles plus jeunes, car ils ont généralement un microbiote reproducteur moins robuste et résilient par rapport aux bovins plus âgés74). L'inclusion de tourteaux de graines de chanvre dans l'alimentation des bovins femelles utilisés pour la reproduction peut avoir un impact sur la fertilité médiée par le microbiome reproducteur et les résultats de la grossesse. Par conséquent, une plus grande attention devrait également être accordée à l'étude de l'impact de l'alimentation des sous-produits du chanvre dans les exploitations vache-veau.

Le microbiome du tractus gastro-intestinal est le plus souvent la cible d'études interventionnelles alimentaires chez le bétail et l'homme, car il s'agit de la plus grande communauté microbienne de l'hôte et joue un rôle central dans le métabolisme et la santé des nutriments de l'hôte. Les recherches sur le microbiome des voies respiratoires et reproductives se concentrent plus fréquemment sur les micro-organismes et les maladies infectieux, car on pense que les interventions nutritionnelles ont moins d'impact sur ces écosystèmes microbiens extra-intestinaux. Cependant, des preuves récentes suggèrent que la santé médiée par le microbiome intestinal peut reposer sur la communication avec différents organes dans tout le corps (par exemple, poumon/reproducteur/mammaire)50. Il a également été suggéré que le microbiome intestinal affecte les organes distants et les voies métaboliques de l'hôte par l'intermédiaire des systèmes endocriniens75. De plus, de nombreux taxons bactériens présents dans le tube digestif sont également présents dans les voies respiratoires et reproductives31,75. En conséquence, nous avons émis l'hypothèse que les changements dans le microbiome intestinal dus au traitement alimentaire peuvent également affecter les communautés microbiennes dans d'autres organes.

Par conséquent, nous avons évalué l'impact de l'inclusion de tourteaux de chanvre dans l'alimentation non seulement sur le microbiote ruminal, mais également sur le microbiote respiratoire (nasopharyngé) et reproducteur (vaginal et utérin). Les altérations observées ici dans ces quatre communautés microbiennes en réponse à l'alimentation des tourteaux de graines de chanvre soutiennent l'existence d'une interconnexion entre ces microbiotes, potentiellement à travers des mécanismes impliqués dans les axes microbiome-intestin-respiratoire et microbiome-intestin-reproducteur50. Comme prévu, la composition, la diversité et la structure du microbiote ruminal, nasopharyngé, vaginal et utérin étaient significativement différentes les unes des autres en raison des différences physiologiques et anatomiques des surfaces muqueuses de ces sites anatomiques31. Bien que le rumen, le nasopharynx, le vagin et l'utérus aient des propriétés physiologiques et anatomiques radicalement différentes, nous avons identifié que 28 ASV étaient partagés par une proportion relativement élevée (60 %) de tous les échantillons. Ainsi, ces "taxons principaux" peuvent être impliqués dans la facilitation de la communication entre les communautés microbiennes intestinales, respiratoires et reproductives ou pourraient coloniser plusieurs sites hôtes.

Certaines des observations rapportées dans cette étude peuvent potentiellement être extrapolées à l'homme, car les bovins ont des caractéristiques physiologiques et développementales similaires et sont colonisés par des microbes qui sont biogéographiquement et phylogénétiquement plus similaires à ceux trouvés dans le microbiote humain par rapport aux modèles de rongeurs28. Les altérations observées ici dans le microbiote intestinal bovin, le microbiote respiratoire et reproducteur dues à l'alimentation des tourteaux de chanvre suggèrent que l'effet des produits à base de chanvre sur le microbiome et la santé humains devrait également être étudié. En particulier, l'impact de l'alimentation des tourteaux de chanvre sur le microbiote vaginal et utérin que nous avons observé souligne la nécessité de recherches futures sur l'impact de l'alimentation en huile de chanvre et autres produits à base de chanvre sur la fertilité et la santé reproductive des femmes.

Il y avait plusieurs forces et limites dans notre étude. L'une des forces de notre étude est associée à l'échantillonnage longitudinal du liquide ruminal et des écouvillons nasopharyngés, ce qui nous a permis de détecter tout changement du microbiote ruminal et nasopharyngé survenu sur une période de 98 jours en réponse à l'alimentation en tourteau de chanvre. Une autre force réside dans l'approche holistique que nous avons appliquée pour évaluer l'impact de l'alimentation des sous-produits de chanvre non seulement sur le microbiote intestinal, mais également sur les communautés microbiennes associées aux voies respiratoires et reproductives en échantillonnant quatre endroits différents d'un seul animal. Enfin, les données concernant l'ingestion de produits à base de chanvre et le microbiome que nous avons générées dans cette étude proviennent de bovins et ont donc des implications pour orienter la recherche sur la consommation de produits à base de chanvre et le microbiome humain.

Bien que le microbiote du rumen et du nasopharynx ait été échantillonné plusieurs fois, les écouvillons vaginaux n'ont été prélevés qu'à la fin de l'essai d'alimentation. Pour des raisons logistiques, les prélèvements vaginaux devaient être effectués sur 4 jours, ce qui peut avoir augmenté la variation interindividuelle. De plus, seuls 8 des 31 écouvillons utérins prélevés à l'autopsie ont pu être séquencés et inclus dans cette étude. Par conséquent, les résultats du microbiote utérin doivent être interprétés avec prudence. L'écouvillonnage utérin de bovins vivants, en particulier chez les génisses vierges d'un an, peut être invasif et complique la collecte d'échantillons à plusieurs moments. Néanmoins, nous avons pu détecter des différences dans le microbiote vaginal et utérin entre les deux groupes de traitement. De futures études sont justifiées pour évaluer l'impact longitudinal de l'alimentation des tourteaux de chanvre sur les caractéristiques taxonomiques et fonctionnelles du microbiome reproducteur bovin. En outre, en s'appuyant sur les résultats de l'impact du tourteau de chanvre sur la composition du microbiote ruminal et la structure de la communauté, la manière dont l'ingestion de tourteau de chanvre peut influencer la fonction du microbiome ruminal, les paramètres de fermentation ruminale, ainsi que la communauté microbienne le long de l'intestin postérieur devrait être étudiée plus avant. utilisant des techniques métagénomiques, métabolomiques et in vitro.

En résumé, le moment de l'échantillonnage a eu un effet significatif sur la structure de la communauté microbienne du rumen et du nasopharynx. L'alimentation en tourteaux de graines de chanvre a entraîné des altérations significatives du microbiote ruminal du jour 7 au jour 98, notamment une structure communautaire distincte, une augmentation des valeurs de l'indice de diversité de Shannon et un enrichissement de huit genres bactériens. Le tourteau de chanvre a eu un effet moindre sur le microbiote nasopharyngé, mais la structure de la communauté microbienne des bovins des deux groupes de traitement alimentaire différait au jour 98. La structure, la richesse et la composition de la communauté du microbiote vaginal et utérin étaient également affectées par le tourteau de chanvre. De plus, nous avons identifié un petit ensemble de taxons de base partagés entre les différents types d'échantillons. Dans l'ensemble, les résultats de notre étude longitudinale suggèrent que l'alimentation des sous-produits du chanvre peut altérer le microbiote intestinal, respiratoire et reproducteur des bovins. Cette découverte indique que les recherches futures visant à évaluer l'utilisation des sous-produits du chanvre dans l'alimentation du bétail devraient tenir compte de leur impact sur le microbiome animal et la santé animale et l'efficacité de la reproduction médiées par le microbiome. Les résultats de cette étude soulignent également la nécessité de recherches évaluant l'impact des produits alimentaires et de soins personnels associés au chanvre sur le microbiome intestinal, respiratoire et reproducteur humain.

Les données de séquence brutes sont disponibles dans les archives de lecture de séquences NCBI sous l'accession BioProject PRJNA838018 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/bioproject/?term=PRJNA838018). D'autres données qui appuient les conclusions de cette étude sont présentées dans le document.

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Le travail microbiologique présenté dans cette étude a été soutenu financièrement par la North Dakota Agricultural Experiment Station dans le cadre d'un programme de démarrage pour SA L'approvisionnement et la gestion des animaux ont été en partie par un accord de coopération entre la North Dakota State University et le United States Department of Agriculture, Agricultural Research Service (58-3060-0-031) et North Dakota Agricultural Experiment Station. Nous reconnaissons le soutien des employés du NDSU Beef Cattle Research Complex et des Meat Science Laboratories du Département des sciences animales.

Département des sciences animales, Université d'État du Dakota du Nord, Fargo, ND, 58108-6050, États-Unis

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

Centre de recherche et de développement de Lacombe, Agriculture et Agroalimentaire Canada, 6000 C & E Trail, Lacombe, AB, T4L 1W1, Canada

Devin B.Holman

Département des sciences microbiologiques, Université d'État du Dakota du Nord, Fargo, ND, 58108-6050, États-Unis

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

USDA ARS, Centre de recherche agricole Edward T. Schafer, Fargo, ND, 58102, États-Unis

David J.Smith

USDA-ARS, US Meat Animal Research Center, Clay Center, NE, 68933, États-Unis

Bryan W.Neville

Centre de nutrition et de grossesse, Université d'État du Dakota du Nord, Fargo, ND, 58108-6050, États-Unis

Carl R.Dahlen

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Concevoir l'idée, concevoir l'étude et assurer la supervision - SA, KCS, DJS et BWN ; Gestion du bétail—TMW, KCS et BWN ; Soins aux animaux et collectes d'échantillons—TMW, KNS, SA, KCS, CRD et DJS ; Traitement des échantillons—KNS, SA et TMW ; Traitement des données, bioinformatique et analyse statistique - DBH et SA ; Rédaction de manuscrits—SA, TMW ; Révision, édition et finalisation des manuscrits—SA, DBH, TMW, KCS, SML, DJS, BWN, CRD, KNS ; Tous les auteurs ont lu et accepté la version publiée du manuscrit.

Correspondance à Samat Amat.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Winders, TM, Holman, DB, Schmidt, KN et al. L'alimentation des tourteaux de chanvre altère le microbiote intestinal, respiratoire et reproducteur des bovins. Sci Rep 13, 8121 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-35241-1

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Reçu : 08 novembre 2022

Accepté : 15 mai 2023

Publié: 19 mai 2023

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

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