Élevage

Le trichure Trichuris suis est un nématode gastro-intestinal du porc qui parasite le cæcum et le côlon proximal. La caractérisation de l'infection par T. suis chez l'hôte naturel permet de mieux orienter les approches en matière de procédures de lutte intégrée, améliorant ainsi la santé des porcs et la qualité de la production. Dans cette étude, Joseph Urban et ses collègues ont évalué le transcriptome du côlon proximal de porcs infectés par T. suis 21 et 52 jours après l'inoculation. Les porcs infectés présentaient une inflammation générale vers^{le 21e} jour.

Les voies génétiques majeures activées aux deux moments d'évaluation concernaient la réponse Th2, la synthèse de novo du cholestérol, le métabolisme du fructose et du glucose, le métabolisme des acides aminés basiques et le transport des acides biliaires. L'analyse des facteurs de régulation en amont a mis en évidence l'implication du récepteur des acides biliaires/farnesoïde X dans certains de ces processus. L'analyse métabolique a mis en évidence des modifications au niveau des acides gras, de la capacité antioxydante, des composés biochimiques liés à la méthylation, de la glycosylation des protéines, de la structure de la matrice extracellulaire, des sucres, des intermédiaires du cycle de Krebs, des métabolites d'origine microbienne, ainsi qu'une altération du transport des métabolites.

Près de 1 200 gènes à expression différentielle ont été modulés dans le côlon proximal de porcs atteints d’une infection persistante par des vers adultes ; leur expression était inférieure de près de 90 % chez les porcs ayant expulsé les vers. Dans l’ensemble, ces résultats viennent étayer un modèle permettant de tester des régimes alimentaires qui modifient favorablement le microbiome et améliorent la santé intestinale de l’hôte chez les porcs exposés à Trichuris.

Des études épidémiologiques ont mis en évidence un lien solide entre la nutrition au début de la vie et le risque de maladies cardiovasculaires. Chez les veaux, le lien entre la nutrition avant le sevrage et la santé à court terme est bien établi ; en revanche, on en sait moins sur les implications à long terme de la nutrition au début de la vie chez les vaches laitières à l'âge adulte.

Afin de combler cette lacune, le Dr Martin-Tereso et ses collègues ont cherché à étudier les effets de l'apport nutritionnel avant le sevrage sur la production laitière au cours des deux premières lactations, sur le risque d'abattage et sur les profils métabolomiques des vaches laitières ayant reçu un régime à apport laitier restreint (RES) ou élevé (ELE) avant le sevrage. Les génisses nourries avec le régime ELE ont présenté un gain de poids quotidien moyen plus élevé pendant la période de pré-sevrage, ce qui s'est traduit par un poids corporel plus important à^l'âge de 70 jours².

Au cours de la première lactation, les vaches nourries avec le régime ELE avant le sevrage ont présenté une consommation de matière sèche, un rendement en matière grasse laitière et une teneur en matière grasse laitière supérieurs à ceux des vaches du groupe RES. Au cours de la deuxième lactation, le rendement laitier corrigé en fonction de la teneur en matière grasse et en protéines, le rendement en matière grasse laitière et la teneur en matière grasse laitière étaient tous supérieurs chez les vaches du groupe ELE. Le risque d’être réformées avant le troisième, le quatrième ou le cinquième vêlage a été réduit de moitié lorsque les veaux étaient nourris avec le régime ELE par rapport au régime RES. L'analyse métabolomique a révélé des profils métabolomiques distincts dans le lait à 60 jours, en réponse à l'apport en lait avant le sevrage.

Les principales voies métaboliques influencées par l'apport nutritionnel avant le sevrage, à 60 jours de lactation, comprenaient le métabolisme des pyrimidines, de la sphingosine, des composés guanidiniques, des composés acétamido et des purines, ainsi que le cycle de l'acide tricarboxylique. Les différences de profil métabolique entre les groupes révèlent une configuration métabolique qui s'est maintenue à l'âge adulte et qui pourrait expliquer la productivité et la résilience accrues des vaches ayant bénéficié d'un apport laitier plus important pendant la période précédant le sevrage.

Une alimentation pré-sevrage insuffisante chez les veaux laitiers a été associée de manière causale à des troubles de la santé métabolique et des performances de lactation à l'âge adulte ; cependant, les mécanismes biologiques reliant l'apport nutritionnel en début de vie aux performances futures sont mal compris. Afin de combler cette lacune, le Dr Martin-Tereso et ses collègues ont cherché à caractériser la croissance, les performances reproductives, le métabolisme du glucose et le profil métabolique de génisses en croissance ayant reçu un apport en lait restreint (RES) ou accru (ELE) avant le sevrage.

Les résultats ont montré que les génisses nourries avec le régime ELE présentaient un gain quotidien moyen plus élevé pendant la période de pré-sevrage, ce qui s'est traduit par un poids corporel plus important à l'âge de 70 jours. À l'âge de 330 jours, les avantages en termes de croissance n'étaient plus significatifs, et l'alimentation de pré-sevrage n'a pas eu d'incidence sur l'âge à la première saillie, les taux de conception lors de la première saillie, l'âge à la conception ni le nombre de saillies par^conception³.

Les données métabolomiques sériques ont révélé que le métabolisme de la carnitine, des glycérolipides et des purines était significativement influencé par l'apport nutritionnel avant le sevrage, ce qui reflète une programmation métabolique à long terme. À l'âge de 370 jours, la sensibilité à l'insuline était plus faible chez les génisses du groupe RES. L'augmentation de la quantité de lait de substitution administrée aux veaux avant le sevrage a eu un impact durable sur les processus métaboliques, mais aucune différence à long terme n'a pu être détectée en termes de croissance ou de performances reproductives, ce qui s'explique peut-être par le faible nombre d'animaux.

On pense que les antibiotiques améliorent la croissance et l'efficacité alimentaire de la volaille en modifiant le microbiote intestinal et ses activités métaboliques, mais les mécanismes sous-jacents restent à élucider. De nombreux antibiotiques favorisant la croissance ayant été retirés du marché américain pour la volaille, on s'intéresse de plus en plus à l'identification d'alternatives agissant par l'intermédiaire du microbiote et favorisant la santé intestinale, l'utilisation des nutriments et la fonction immunitaire. À cette fin, Torey Looft et ses collègues ont évalué les effets de doses thérapeutiques et sous-thérapeutiques de méthylène disalicylate de bacitracine (BMD) incorporées à l'alimentation sur la santé intestinale de dindes pendant 14 semaines.

À l'âge de 2 semaines, les dindes ont été réparties de manière aléatoire en 3 groupes de traitement (groupe témoin sans antibiotique, groupe recevant du BMD à dose sous-thérapeutique (50 g/tonne d'aliment) ou groupe recevant du BMD à dose thérapeutique (200 g/tonne d'aliment)). Au bout de 11 semaines, l'antibiotique a été suspendu pendant 1 semaine jusqu'à la fin de l'étude. Après euthanasie, des échantillons du contenu du cæcum, de l’iléon et du jéjunum ont été prélevés sur chaque volaille en vue d’une analyse du microbiote (séquençage métagénomique « shotgun » de l’ARN 16S) et d’une analyse métabolomique à l’aide de Metabolon’s Global Discovery Panel. Les corrélations entre le métabolome et le microbiome ont été évaluées à l’aide de tests de Mantel.

Les résultats ont montré que la localisation intestinale, l’âge et le traitement par BMD dans l’alimentation influençaient les communautés microbiennes des dindes, la localisation intestinale ayant l’effet le plus marqué4. Le BMD a modifié de manière significative la structure du microbiote cæcal de façon dose-dépendante, tandis que le jéjunum et l’iléon ont été moins affectés. Ces changements ont été observés après l’arrêt du BMD, ce qui montre que l’antibiotique a des effets durables sur la composition microbienne. Les communautés cæcales ont présenté une richesse en espèces réduite tout au long de la vie, une réponse courante aux antibiotiques chez la volaille et d’autres animaux d’élevage, ce qui peut contribuer à une meilleure efficacité alimentaire. La succession du microbiote s’est produite plus tôt chez les animaux traités aux antibiotiques, et les changements dans la composition bactérienne comprenaient un enrichissement en espèces de Lachnospiraceae potentiellement bénéfiques (Ruminococcus 2, Clostridium XlVa, Fusicatenibacter) associées à la production d’acides gras à chaîne courte (AGCC) et à une réduction de l’inflammation, parallèlement à une diminution des populations potentiellement bénéfiques de Lactobacillus, Turicibacter et Subdoligranulum au début du traitement.

La composition microbienne variait selon le segment intestinal : les Firmicutes dominaient le jéjunum, l’iléon et les cæcums ; les Protéobactéries étaient présentes à de faibles niveaux ; les Actinobactéries se trouvaient principalement dans le jéjunum ; et les Bactéroïdes dans les cæcums. Le traitement antibiotique a sélectivement favorisé et inhibé à la fois des taxons bénéfiques et potentiellement nocifs, entraînant notamment des augmentations temporaires d’Escherichia. La BMD a réduit la diversité alpha dans les cæcums en diminuant les unités taxonomiques opérationnelles (OTU) les moins abondantes, notamment les Candidatus Saccharibacteria non classées, tandis que la richesse dans le jéjunum et l’iléon n’a pas été affectée. Ces résultats indiquent que la BMD remodèle les communautés microbiennes intestinales des dindes en fonction de la localisation et de la dose, modifiant à la fois la composition de la communauté et son potentiel fonctionnel, ce qui pourrait avoir des implications sur la croissance, l’efficacité alimentaire et la santé intestinale.

Une analyse computationnelle des microbiomes et des métabolomes cécaux de dindes a révélé que l'ajout de BMD dans l'alimentation perturbait les réseaux métaboliques microbiens normaux. Les espèces bactériennes étaient associées à un plus grand nombre de métabolites chez les volailles du groupe témoin que chez celles traitées au BMD, ce qui indique que le BMD réduisait la connectivité entre la composition microbienne et la production de métabolites. Certains genres dont la présence a diminué sous traitement au BMD, tels que Lactobacillus, Subdoligranulum et des Firmicutes non classés, ont perdu bon nombre de leurs associations avec des métabolites, tandis que quelques genres enrichis par le BMD, comme Clostridium clostridioforme et Ruminococcus torques, ont acquis de nouvelles associations.

Le métabolisme du tryptophane a été particulièrement influencé par le BMD et constitue un maillon essentiel entre le microbiote et la physiologie de l'hôte. Les métabolites du tryptophane dérivés du microbiote, notamment l’acide indole-3-acétique (IAA), l’acide indole-3-carboxylique et l’acétate de 5-hydroxyindole, qui agissent comme ligands du récepteur des hydrocarbures aryliques (AhR) régulant l’homéostasie immunitaire intestinale, étaient associés de manière différentielle à des taxons bactériens distincts en fonction du traitement par la BMD. Les Clostridiales, les Lachnospiraceae et les Ruminococcaceae constituaient les principales familles corrélées aux métabolites du tryptophane, bien que la redondance fonctionnelle et les espèces spécifiques aient varié entre les groupes témoins, sous-thérapeutiques et thérapeutiques. À la fin de l’expérience, le BMD a entraîné une augmentation de l’IAA, du sulfate de 3-indoxyle et du 5-hydroxyindoleacétate, tout en réduisant l’acide indole-3-carboxylique, ce qui suggère que les modifications du métabolisme du tryptophane induites par les antibiotiques pourraient moduler l’immunité intestinale et potentiellement être bénéfiques pour la santé des dindes, bien que des études supplémentaires soient nécessaires pour confirmer ces effets.

Ces résultats indiquent que la BMD présente dans l’alimentation a eu un impact sur la composition et la fonction du microbiote intestinal, et que cet effet était dose-dépendant. La composition du microbiote était en corrélation avec la composition métabolomique, et les populations enrichies dans un groupe de traitement étaient associées à un plus grand nombre de métabolites que dans les autres groupes de traitement. Il semble donc évident que les modifications du microbiote entraînent des modifications des métabolites. L’association de la métabolomique et des analyses de la composition bactérienne permet de mieux comprendre le fonctionnement du microbiote et les composés qui interagissent avec l’hôte. Dans l'ensemble, cette étude montre comment la métabolomique et la métagénomique peuvent identifier des cibles potentielles de modulation afin d'améliorer la santé et la production animales.