Maternelle et/ou poste

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 8900 (2023) Citer cet article

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Cette étude a examiné les effets de la supplémentation maternelle et/ou post-sevrage en Bacillus altitudinis sur le microbiote dans le colostrum et les fèces des truies, ainsi que dans le digesta et les fèces de la progéniture. Les truies (n = 12/groupe) ont été affectées à : (1) un régime standard (CON) ou (2) un CON complété avec des spores probiotiques de B. altitudinis (PRO) du jour (j)100 de la gestation au sevrage (j26 de la lactation ). Au sevrage, les descendants ont été assignés à CON ou PRO pendant 28 jours, ce qui a donné : (1) CON/CON, (2) CON/PRO, (3) PRO/CON et (4) PRO/PRO, après quoi tous ont reçu CON . Des échantillons ont été prélevés sur des truies et des descendants sélectionnés (n = 10/groupe) pour le séquençage du gène de l'ARNr 16S. Rothia était plus abondant dans le colostrum des truies PRO. Les fèces des truies n'ont pas été impactées mais des différences ont été identifiées dans les fèces et le digesta de la progéniture. La plupart se trouvaient dans le digesta iléal entre PRO/CON et CON/CON au j8 post-sevrage ; c'est-à-dire que Bacteroidota, Alloprevotella, Prevotella, Prevotellaceae, Turicibacter, Catenibacterium et Blautia étaient plus abondants dans PRO/CON, avec Firmicutes et Blautia plus abondants dans PRO/PRO par rapport à CON/CON. Lactobacillus était plus abondant dans les fèces PRO/CON au jour 118 post-sevrage. Cette abondance accrue de fermenteurs de polysaccharides (Prevotella, Alloprevotella, Prevotellaceae), de producteurs de butyrate (Blautia) et de Lactobacillus a probablement contribué aux améliorations précédemment rapportées des performances de croissance. Dans l'ensemble, la supplémentation probiotique maternelle, plutôt que post-sevrage, a eu le plus grand impact sur le microbiote intestinal.

Dans la production porcine commerciale, le sevrage est une période difficile associée à des impacts négatifs sur la croissance et la santé des porcs1. Pendant cette période, les porcelets sont exposés à des facteurs de stress psychologiques, environnementaux et nutritionnels2,3, qui entraînent souvent une susceptibilité accrue à la diarrhée post-sevrage (PWD) et une réduction des performances de croissance2. Des antibiotiques et de l'oxyde de zinc (ZnO) sont fréquemment ajoutés au régime alimentaire des porcs sevrés pour prévenir ces problèmes. Cependant, l'utilisation d'antibiotiques pour stimuler la croissance a été interdite dans l'UE en 2006 en raison de l'augmentation de la résistance aux antimicrobiens (Règlement CE n° 1831/2003). D'autres restrictions, y compris une interdiction de l'utilisation préventive d'antibiotiques dans des groupes d'animaux et via des aliments médicamenteux, et une interdiction de l'utilisation de doses pharmacologiques de ZnO, sont entrées en vigueur dans l'UE en janvier et juin 2022, respectivement (règlement [EU ] 2019/6 sur les médicaments vétérinaires et le règlement [UE] 2019/4 sur les aliments médicamenteux). Par conséquent, il est urgent de développer des stratégies alimentaires alternatives adaptées pour maintenir la productivité et le bien-être des porcs pendant la transition de sevrage, les probiotiques étant une approche prometteuse.

Les probiotiques sont définis comme « des micro-organismes vivants qui, lorsqu'ils sont administrés en quantités adéquates, confèrent un bénéfice pour la santé de l'hôte »4. Bacillus spp. sont des sporulants et, par conséquent, offrent certains avantages par rapport à d'autres micro-organismes probiotiques couramment utilisés dans le bétail, à savoir Lactobacillus, Enterococcus et Saccharomyces. La capacité à former des endospores permet à Bacillus spp. une plus grande résistance aux conditions difficiles rencontrées lors de la formulation du produit et des activités de transformation des aliments, telles que le séchage par pulvérisation et la granulation (par exemple, faible humidité et températures élevées), améliorant ainsi la viabilité et la durée de conservation5. De plus, des études ont montré que les spores de Bacillus peuvent résister aux conditions acides de l'estomac, facilitant ainsi le transit dans le tractus gastro-intestinal (GIT)6,7.

Des études telles que celles menées par Dou et al.8, qui ont constaté que le microbiote fécal des porcs ayant développé une PWD différait de celui des porcs sains dès l'âge de 7 jours, démontrent l'importance du microbiote au début de la vie. Cela a conduit à la pensée actuelle que la manipulation du microbiote au début de la vie devrait avoir le plus grand impact9. La supplémentation maternelle avec des additifs alimentaires est une stratégie qui peut potentiellement avoir des effets bénéfiques sur la progéniture plus tôt dans la vie que ceux qui peuvent être obtenus avec une supplémentation directe. En utilisant cette stratégie de supplémentation maternelle, les probiotiques à base de Bacillus ont démontré une gamme d'avantages, notamment une réduction des pathogènes entériques chez les cochons de lait10,11, des taux de croissance des porcelets améliorés10,11,12 et une incidence réduite de la diarrhée12. Récemment, notre groupe de recherche a démontré des avantages de croissance à vie chez la progéniture de truies supplémentées avec des spores de Bacillus altitudinis WIT588 en fin de gestation et en lactation13. Une augmentation du poids corporel a été observée chez la progéniture des truies supplémentées en Bacillus pendant la période de finition, entraînant finalement une augmentation du poids de la carcasse et du pourcentage de mortalité à l'abattage13. Les mécanismes d'action proposés comprennent l'amélioration de la qualité du colostrum chez les truies et l'amélioration de la capacité d'absorption de l'intestin grêle chez la progéniture au cours de la période critique précoce post-sevrage (PW), conduisant à une amélioration observée de l'efficacité de la conversion alimentaire13. La modulation du microbiote intestinal peut également être un facteur, compte tenu de sa contribution à la santé intestinale et à l'utilisation des nutriments14. Ainsi, l'objectif de cette étude était de déterminer, pour la première fois, si la supplémentation maternelle et/ou PG avec des spores de B. altitudinis WIT588 influence la composition et/ou la diversité du microbiote dans les fèces et le colostrum des truies et dans le digesta et les descendants de la progéniture. fèces, à différents moments de la fin de la gestation jusqu'à la fin de la période de finition.

À des fins de simplification, les groupes de traitement de truies sont abrégés dans le reste de la section des résultats comme suit : CON, truies nourries avec un régime témoin ; et PRO, des truies nourries avec un régime enrichi en probiotiques. De même, les groupes de traitement des descendants sont abrégés comme suit : CON/CON, porcelets sevrés de truies témoins, nourris avec un régime témoin ; CON/PRO, porcelets sevrés de truies témoins, nourris avec un régime supplémenté en probiotiques ; PRO/CON, porcelets sevrés de truies supplémentées en probiotiques, nourris avec un régime témoin ; et PRO/PRO, porcelets sevrés de truies supplémentées en probiotiques, nourris avec un régime supplémenté en probiotiques.

L'effet du traitement sur la diversité microbienne colostrale est présenté dans la Fig. 1a. La diversité α de Shannon, qui est une mesure de la richesse et de l'uniformité des espèces, était plus faible dans le colostrum des truies PRO par rapport aux truies CON (P < 0,05). En ce qui concerne la diversité β dans le colostrum, il n'y avait pas de regroupement basé sur le traitement (Fig. S1 supplémentaire).

L'effet du traitement des truies sur la diversité α de Shannon (A) et l'abondance relative moyenne d'Actinobacteriota (B) et de Rothia (C) dans le colostrum de la truie. Traitement maternel : contrôle CON et probiotique PRO. Les différences significatives entre les traitements à chaque point de temps d'échantillonnage sont indiquées par *P < 0,05.

Un total de 15 embranchements, 82 familles et 190 genres ont été identifiés dans les échantillons de colostrum. Firmicutes et Actinobacteriota étaient les phylums prédominants (Fig. S2a supplémentaire), tandis que les genres prédominants étaient Staphylococcus, Corynebacterium et Rothia (Fig. S2b supplémentaire). Les taxons différentiellement abondants sont présentés dans le tableau supplémentaire S1 et l'abondance relative moyenne des phylums et genres bactériens est présentée dans les figures supplémentaires S2a et S2b, respectivement. Au niveau du phylum, Actinobacteriota était plus abondant dans le colostrum des truies PRO par rapport aux truies CON (P < 0,05 ; Fig. 1b). Au niveau du genre, le colostrum des truies PRO présentait une plus grande abondance de Rothia (P < 0,05 ; Fig. 1c) et de Globicatella (P < 0,01), et une plus faible abondance de Vagococcus (P < 0,01) par rapport aux truies CON. Une recherche BLAST de la séquence attribuée au genre Rothia a abouti à plusieurs correspondances, notamment R. marina, R. endophytica, R. nasimurium et R. mucilaginosa.

Le traitement n'a eu aucun effet sur la diversité α de Shannon à aucun point d'échantillonnage dans les échantillons de matières fécales des truies (Fig. S3a supplémentaire). En général, la diversité microbienne semble diminuer pendant la période de lactation, quel que soit le traitement des truies. La diversité β du microbiote fécal est représentée à l'aide d'un tracé de mise à l'échelle multidimensionnelle (MDS) UniFrac non pondéré (Fig. S3b supplémentaire). Bien que les échantillons ne se regroupent pas en fonction du traitement (témoin ou probiotique), ils se séparent en fonction du moment de l'échantillonnage, les échantillons prélevés pendant la gestation et à la mise-bas se regroupant séparément de ceux prélevés pendant la lactation (jour (j) 13 de la lactation et du sevrage) .

Un total de 15 embranchements, 73 familles et 157 genres ont été identifiés dans les matières fécales des truies à travers tous les points d'échantillonnage. Les Firmicutes et les Bacteroidota étaient les phylums prédominants trouvés à tous les points d'échantillonnage (Fig. S4 supplémentaire) et les Spirochaetaceae, Prevotellaceae, Oscillospiraceae et Rikenellaceae étaient les familles prédominantes (données non présentées). Il n'y avait aucune différence due à la supplémentation en probiotiques trouvée au niveau du phylum, de la famille ou du genre dans les échantillons fécaux des truies à n'importe quel point d'échantillonnage.

Il n'y avait aucune différence de diversité α dans les échantillons fécaux de la progéniture entre les points de temps d'échantillonnage (P> 0, 05; Fig. S5 supplémentaire). Il y avait un effet du traitement sur la diversité α microbienne dans l'iléon (Fig. 2a), avec une diversité de Shannon réduite dans le groupe PRO/PRO par rapport aux groupes CON/CON (P < 0,05) et PRO/CON (P = 0,05), même si ce dernier était une tendance. Il n'y avait aucune différence liée au traitement dans la diversité microbienne dans le caecum ou le rectum.

Effet du traitement maternel et post-sevrage sur la diversité α de Shannon dans le digesta de la progéniture (A) et sur les distances UniFrac pondérées (diversité β) du microbiote dans les fèces et le digesta de la progéniture à tous les points de prélèvement (B). Les traitements sont les suivants (traitement maternel/traitement post-sevrage) : CON/CON, CON/PRO, PRO/CON et PRO/PRO ; où CON est le contrôle et PRO est le probiotique. Les différences significatives entre les traitements à chaque point de temps d'échantillonnage sont indiquées par *P < 0,05 et †0,05 < P < 0,10. Les couleurs indiquent le type d'échantillon et le moment auquel les porcs ont été échantillonnés (les échantillons prélevés au moment du sevrage, les moments d27_PW, d56_PW et d118_PW sont des échantillons fécaux). NMDS, mise à l'échelle multidimensionnelle non métrique.

La diversité β du microbiote fécal et digestif est représentée à l'aide d'un graphique MDS non métrique (nMDS) UniFrac pondéré pour évaluer les différences entre les groupes de traitement (Fig. 2b). Dans l'ensemble, il y avait plusieurs grappes selon le point d'échantillonnage/le type d'échantillon. Il est intéressant de noter que les échantillons fécaux collectés le jour 13 de la lactation ont été regroupés séparément des échantillons fécaux collectés le jour du sevrage (j26 de la lactation). Ces deux groupes ont également regroupés séparément des échantillons recueillis PW. Les échantillons de matières fécales/digestes collectés les jours 8, 27, 56 et 118 PW ne semblent pas se séparer, à l'exception des échantillons de digesta iléal du jour 8 PW, qui se regroupent séparément des autres échantillons/points temporels d'échantillonnage. L'ANOVA permutationnelle a montré que la métrique UniFrac pondérée pour le digesta iléal sur d8 PW différait de la métrique UniFrac pondérée pour les autres échantillons fécaux/digesta (P < 0,05). De même, la métrique UniFrac pondérée avait tendance à différer entre les fèces au sevrage et les autres échantillons de matières fécales/digestes (P = 0,08) et entre le caecum au j8 PW et les autres échantillons de matières fécales/digestes (P = 0,08).

Un total de 16 embranchements, 99 familles et 248 genres ont été identifiés dans les échantillons de fèces et de digesta de la progéniture sur tous les points d'échantillonnage, les Firmicutes et les Bacteroidota étant les embranchements prédominants. Jusqu'au d8 PW inclus, le troisième phylum le plus abondant était les protéobactéries, qui, comme prévu, ont augmenté au début de la période PW (d8 PW) et ont diminué par la suite. Toutes les différences identifiées entre les groupes de traitement avant le sevrage [lactation j13 et j26 (sevrage)] sont présentées dans le tableau supplémentaire S2 et toutes les différences liées au traitement dans les échantillons prélevés PW sont présentées dans le tableau supplémentaire S3. Les phylums et genres différentiellement abondants dans les fèces de la progéniture au sevrage sont présentés à la Fig. 3. L'abondance relative moyenne (%) de tous les phylums bactériens et des phylums sélectionnés différentiellement abondants dans le digesta iléal de la progéniture au j8 PW est présentée à la Fig. 4 Les 20 genres les plus abondants et les genres sélectionnés différentiellement abondants dans l'iléon au j8 PW sont présentés dans les Fig. 5 et 6, respectivement. Les 20 genres les plus abondants dans les fèces de la progéniture et l'abondance relative moyenne de Lactobacillus à j118 PW sont présentés à la Fig. 7.

L'effet du traitement maternel sur l'abondance relative moyenne (%) de Synergistota (A), Alloprevotella (B), Rikenellaceae dgA-11 groupe intestinal (C) et Lachnospiraceae NK4A136 groupe (D) dans les fèces de la progéniture au sevrage (jour 26 lactation). Traitement maternel : contrôle CON, probiotique PRO. Les différences significatives entre les traitements sont indiquées par *P < 0,05 ; **P < 0,01 ; ***P < 0,001 ; ****P < 0,0001.

L'effet du traitement maternel et post-sevrage sur l'abondance relative moyenne (%) des phylums bactériens (A), Firmicutes (B), Bacteroidota (C) et Spirochaetota (D) dans l'iléon de la progéniture au jour 8 post-sevrage. Les traitements sont les suivants (traitement maternel/traitement post-sevrage) : CON/CON, CON/PRO, PRO/CON et PRO/PRO ; où CON est le contrôle et PRO est le probiotique. Les différences significatives entre les traitements sont indiquées par *P < 0,05, **P < 0,01.

L'effet du traitement maternel et post-sevrage sur l'abondance relative moyenne des 20 genres les plus abondants dans l'iléon de la progéniture au jour 8 post-sevrage. Les traitements sont les suivants (traitement maternel/traitement post-sevrage) : CON/CON, CON/PRO, PRO/CON et PRO/PRO ; où CON est le contrôle et PRO est le probiotique.

L'effet du traitement maternel et post-sevrage sur les abondances relatives moyennes de Bacillus (A), Catenibacterium (B), Blautia (C), Rikenellaceae RC9 groupe intestinal (D), Prevotella (E) et Prevotellaceae NK3B3A groupe (F) chez l'iléon au jour 8 post-sevrage. Les traitements sont les suivants (traitement maternel/traitement post-sevrage) : CON/CON, CON/PRO, PRO/CON et PRO/PRO ; où CON est le contrôle et PRO est le probiotique. Les différences significatives entre les traitements sont indiquées par *P < 0,05, **P < 0,01.

L'effet du traitement maternel et post-sevrage sur les abondances relatives moyennes (%) des 20 genres les plus abondants (A) et Lactobacillus spp. (B) dans les matières fécales de la progéniture au jour 118 après le sevrage. Les traitements sont les suivants (traitement maternel/traitement post-sevrage) : CON/CON, CON/PRO, PRO/CON et PRO/PRO ; où CON est le contrôle et PRO est le probiotique. Les différences significatives entre les traitements sont indiquées par *P < 0,05, **P < 0,01.

Il n'y avait aucune différence dans l'abondance des taxons au-dessus de 1 % d'abondance relative avant le sevrage. Au sevrage (j26 de lactation), le phylum Synergistota était moins abondant dans les fèces des porcs sevrés des truies PRO par rapport aux porcs sevrés des truies CON (P < 0,05 ; Fig. 3a). Au niveau du genre, Alloprevotella (P < 0,05 ; Fig. 3b) et le groupe intestinal Rikenellaceae dgA-11 (P < 0,001 ; Fig. 3c) étaient moins abondants, et Lachnospiraceae NK4A136 (P < 0,05 ; Fig. 3d) était plus abondant dans porcs sevrés des truies PRO par rapport aux porcs sevrés des truies CON.

L'abondance relative moyenne de tous les phylums bactériens dans l'iléon est présentée à la Fig. 4a. Six phyla différentiellement abondants ont été identifiés (tableau supplémentaire S3). Les actinobactéries étaient moins abondantes dans les groupes CON/PRO et PRO/CON que dans le groupe CON/CON (P < 0,01 ; Fig. 4a). Les firmicutes étaient plus abondantes dans le groupe PRO/PRO que dans le groupe CON/CON (P < 0,05 ; Fig. 4a,b). Bacteroidota était plus abondant dans le groupe PRO/CON par rapport aux groupes CON/CON et PRO/PRO (P < 0,01), et plus abondant dans le groupe CON/PRO par rapport au groupe PRO/PRO (P < 0,01 ; Fig. 4a, c). Spirochaetota était plus abondant dans le groupe PRO / CON que dans les groupes CON / CON et PRO / PRO (P <0, 05 et P <0, 01, respectivement; Fig. 4a, d).

Cinquante-trois différences liées au traitement ont été identifiées au niveau du genre (tableau supplémentaire S3). Pour des raisons de simplification, seules les différences significatives pour les genres avec une abondance relative > 1 % sont rapportées ici à l'exception du genre Bacillus. L'abondance relative moyenne des 20 genres les plus abondants est présentée à la Fig. 5. Chryseobacterium était moins abondant dans les groupes CON/PRO, PRO/CON et PRO/PRO que dans le groupe CON/CON (P < 0,01, P < 0,05 et P < 0,001, respectivement ; tableau supplémentaire S3). Alloprevotella était plus abondante dans le groupe PRO/CON que dans les groupes CON/CON et PRO/PRO (P = 0,05 et P < 0,05, respectivement ; Fig. 5). Turicibacter était plus abondant dans le groupe PRO/CON que dans le groupe CON/CON (P < 0,01 ; Fig. 5). Pelistega était moins abondant dans le groupe CON/PRO que dans le groupe CON/CON (P < 0,05 ; Fig. 5). Rothia était moins abondant dans les groupes PRO/CON et PRO/PRO par rapport au groupe CON/CON (P < 0,05 ; Fig. 5). Terrisporobacter et Clostridium sensu stricto 1 étaient plus abondants dans le groupe PRO/PRO que dans le groupe CON/CON (P < 0,05 ; Fig. 5).

Escherichia/Shigella était plus abondante dans les groupes CON/PRO, PRO/CON et PRO/PRO par rapport au groupe CON/CON (P < 0,01 ; Fig. 5). Une recherche BLAST de la séquence attribuée au genre Escherichia/Shigella a donné plusieurs correspondances, notamment de nombreuses souches d'E. coli, S. sonnei, S. flexneri, E. fergusonii et Escherichia spp.

Bacillus était plus abondant dans les groupes CON/PRO et PRO/PRO que dans le groupe CON/CON (P < 0,001 et P < 0,01, respectivement ; Fig. 6a). Catenibacterium était plus abondant dans le groupe PRO/CON que dans le groupe CON/CON (P < 0,05 ; Fig. 6b). Blautia était plus abondant dans les groupes PRO/CON et PRO/PRO que dans le groupe CON/CON (P < 0,05 et P < 0,01, respectivement ; Fig. 6c). Le groupe intestinal Rikenellaceae RC9 était plus abondant dans les groupes CON/PRO et PRO/CON que dans le groupe CON/CON (P < 0,05 ; Fig. 6d). Prevotella (P <0, 01; Fig. 6e) était plus abondante dans le groupe PRO / CON par rapport au groupe CON / CON. Prevotellaceae NK3B31 était plus abondant dans le groupe PRO/CON par rapport aux groupes CON/CON et PRO/PRO (P < 0,01 et P < 0,05) et plus abondant dans le groupe CON/PRO par rapport au groupe PRO/PRO (P < 0,01 ; figure 6f).

Trois genres différentiellement abondants ont été identifiés dans le caecum au j8 PW (tableau supplémentaire S3). Le tréponème était plus abondant dans le groupe PRO/CON que dans le groupe CON/CON (P < 0,05).

Deux phylums différentiellement abondants ont été identifiés dans le rectum au jour 8 PW (tableau supplémentaire S3). Campylobacterota était plus abondant dans le groupe CON/PRO que dans les groupes CON/CON, PRO/CON et PRO/PRO (P < 0,01).

Trois différences au niveau du phylum et deux différences au niveau du genre ont été identifiées dans les échantillons fécaux collectés le jour 27 PW (tableau supplémentaire S3). Le phylum Firmicutes était moins abondant dans le groupe CON/PRO par rapport aux groupes PRO/CON et PRO/PRO (P < 0,05). Le genre Prevotellaceae UCG 001 était plus abondant dans les groupes PRO/CON et PRO/PRO que dans le groupe CON/CON (P < 0,01). Le genre du groupe Lachnospiraceae ND3007 était moins abondant dans le groupe PRO/PRO que dans les groupes CON/CON et CON/PRO (P < 0,001 et P < 0,05, respectivement).

Il y avait un genre différentiellement abondant dans les échantillons fécaux collectés le jour 56 PW (tableau supplémentaire S3); Alloprevotella était moins abondante dans le groupe PRO/PRO que dans le groupe PRO/CON (P < 0,05).

Huit genres différentiellement abondants ont été identifiés dans les échantillons fécaux collectés le jour 118 PW (tableau supplémentaire S3). Lactobacillus (Fig. 7a, b) était plus abondant dans le groupe PRO/CON que dans les groupes CON/CON et CON/PRO (P < 0,01). Les groupes Succinivibrio et Lachnospiraceae NK4A136 étaient moins abondants dans le groupe PRO/CON que dans le groupe CON/PRO (P < 0,05).

L'effet du traitement sur la concentration d'AGCC dans l'iléon est présenté dans le tableau 1. Il n'y a eu aucun effet du traitement sur la concentration d'AGCC totaux, d'acides gras volatils totaux (AGV), d'acides gras à chaîne ramifiée totaux (BCFA), d'acide lactique ou l'acide propionique dans le digesta iléal. Cependant, la concentration d'acide acétique était plus élevée (5,62 vs 2,93 mmol/kg, SEM 0,912, P < 0,05) et la concentration d'acide valérique avait tendance à être plus faible (0,021 vs 0,042 mmol/kg, SEM 0,006, P = 0,099) chez le digesta iléal des porcs recevant le probiotique PW par rapport aux porcs non supplémentés. Il y avait également une tendance à un effet du traitement maternel sur la concentration d'acide butyrique, les porcs sevrés de truies supplémentées en probiotiques ayant une concentration plus élevée par rapport à ceux sevrés de truies non supplémentées (0,174 vs 0,100 mmol/kg, SEM 0,030, P = 0,07).

À la connaissance des auteurs, il s'agit de la première étude examinant les effets d'une supplémentation maternelle avec un probiotique à base de Bacillus sur la composition microbienne du colostrum et des fèces de la truie et du digesta et des fèces de la progéniture, de l'allaitement à la période de finition. Les résultats montrent que la supplémentation maternelle en probiotiques influence la composition microbienne du colostrum des truies mais pas les fèces des truies. La supplémentation, maternelle ou directe PW, a également influencé la composition microbienne du digesta et des fèces de la progéniture PW. Cependant, la plupart des effets observés ont été observés chez des porcs sevrés de truies supplémentées en probiotiques, avec un certain nombre d'effets potentiellement bénéfiques observés dans le digesta iléal des porcs du groupe PRO/CON au j8 PW et dans les fèces de ce groupe au j118 PW . Bacillus spp. ont été détectés dans le digesta iléal des porcelets traités par la mère et traités directement au j8 PW, bien qu'à < 1 % d'abondance. L'abondance de Bacillus était plus élevée dans l'iléon des porcs recevant le probiotique au moment du prélèvement (0,87 % et 0,39 % dans les groupes CON/PRO et PRO/PRO, respectivement vs 0,01 %, dans le groupe PRO/CON). Ce résultat est en accord avec les comptages de la souche administrée, où le probiotique a été détecté dans le digesta iléal des groupes CON/PRO et PRO/PRO, mais pas dans le groupe PRO/CON à j8 PW, comme indiqué précédemment dans notre publication parallèle13. De même, lorsqu'une combinaison de Bacillus subtilis et B. licheniformis a été administrée à des porcs en croissance, Kaewtapee et al.15 ont noté que les unités taxonomiques opérationnelles (OTU) correspondant au genre Bacillus apparaissaient à < 1 % d'abondance dans l'iléon des animaux supplémentés et des Nations Unies. -porcs supplémentés ; cependant, ils n'ont pas trouvé la différence d'abondance entre les animaux de traitement et de contrôle comme nous le faisons ici. Ces auteurs ont suggéré que la détection de Bacillus dans l'iléon indique qu'ils sont capables de germer dans le GIT de mammifère, mais à un faible taux et peuvent donc être incapables de persister15,16. Ensemble, ces résultats suggèrent que les probiotiques Bacillus ne prédominent pas dans le microbiote de l'intestin grêle, mais que les spores administrées semblent germer, car elles sont détectées à l'aide de méthodes basées sur l'ADN, suggérant la présence de cellules végétatives, qui se prêtent mieux à l'extraction d'ADN. que les spores17.

Comme décrit précédemment, B. altitudinis WIT588 a été détecté dans les fèces de truies supplémentées par rapport aux truies non supplémentées et la présence du probiotique dans les fèces est le mode probable de transmission du probiotique entre la truie et sa progéniture13. Cependant, l'analyse de séquençage du gène de l'ARNr 16S menée ici n'a trouvé aucune différence dans la diversité ou la composition bactérienne fécale des truies. Fait intéressant, le microbiome fécal des truies pendant la gestation et à la mise-bas diffère de celui observé pendant la lactation. Ceci est en accord avec les résultats d'études antérieures18,19,20 et est probablement dû à des changements alimentaires, métaboliques et hormonaux pendant la lactation.

Bien que la diversité et la composition bactériennes fécales des truies n'aient pas été affectées par la supplémentation en probiotiques, les deux paramètres ont été modifiés dans le colostrum des truies supplémentées en probiotiques. Cela peut être dû à la plus faible diversité bactérienne dans le colostrum par rapport aux matières fécales, car une plus grande diversité communautaire est associée à une résistance accrue aux altérations de la composition21,22. La supplémentation en probiotiques a entraîné une réduction de la diversité bactérienne dans le colostrum. Alors qu'une réduction de la diversité au sein du microbiome intestinal est considérée comme indésirable, on sait peu de choses sur les effets d'une diversité microbienne réduite dans le colostrum, qui possède intrinsèquement une communauté microbienne plus petite avec moins de fonctions. Par conséquent, un niveau élevé de diversité microbienne peut ne pas être nécessaire dans le microbiome du colostrum. De plus, la perte de diversité n'équivaut pas toujours à une perte de fonction microbienne. Les communautés microbiennes du sol, par exemple, peuvent retrouver leur fonction même si la diversité microbienne reste réduite21. Fait important, la réduction de la diversité bactérienne dans le colostrum observée dans la présente étude en raison de l'administration de probiotiques n'a été associée à aucun effet négatif sur la croissance ou la santé de la progéniture dans les périodes pré- ou post-sevrage, comme indiqué dans une étude parallèle sur les performances de croissance déjà publiée13 .

Bien que peu d'études soient disponibles à des fins de comparaison, les phylums prédominants (Firmicutes et Actinobacteria) et les genres (Staphylococcus, Corynebacterium et Rothia) identifiés dans le colostrum dans cette étude sont conformes aux observations précédentes pour le colostrum et le lait des truies23. L'abondance relative plus élevée du phylum Actinobacteria dans le colostrum des truies supplémentées en probiotiques par rapport aux truies témoins, résulte probablement de l'abondance accrue du genre Rothia. Rothia spp. sont des commensaux oraux, cutanés et intestinaux courants chez les humains, les porcs et les rongeurs24,25,26 et ont déjà été trouvés dans le lait des porcs, des humains, des chèvres et des rats24,25. Comme Rothia spp. se trouvent dans la cavité buccale et sur la peau, il est possible qu'elles proviennent des trayons de la truie ou de la bouche des porcelets27,28; cependant, les trayons ont été nettoyés avant l'échantillonnage afin d'éviter la contamination de la peau. La séquence identifiée comme différentiellement abondante dans le colostrum correspond à plusieurs espèces de Rothia, classées comme environnementales (R. marina et endophytica), mais aussi animales (R. nasimurium) et une espèce considérée comme pathogène opportuniste chez l'homme (R. mucilagineux). Les différences observées dans la composition microbienne du colostrum peuvent être dues à la modification de la composition en nutriments du colostrum des truies supplémentées en probiotiques, qui avait une concentration plus élevée de protéines et une concentration plus faible de lactose que le colostrum des truies non supplémentées, comme indiqué précédemment dans notre publication parallèle13. Les altérations de la composition du colostrum peuvent être causées par des améliorations de la digestion et de l'absorption des nutriments, associées à une amélioration de la santé intestinale et/ou de l'activité enzymatique dans le GIT de la truie résultant d'une supplémentation en probiotiques29. Rothia spp. peut fermenter les glucides et les protéines30,31 et une étude a révélé que la croissance du commensal oral Rothia mucilaginosa était réduite lorsque le milieu de culture était complété par du lactose par rapport au glucose ou au saccharose30. Ainsi, la plus faible abondance de Rothia dans le colostrum des truies témoins peut être associée à la concentration plus élevée de lactose dans leur colostrum. Une autre explication possible de la composition microbienne altérée dans le colostrum des truies supplémentées en probiotiques est la translocation bactérienne du GIT de la truie vers la glande mammaire via la circulation sanguine. C'est ce qu'on appelle la voie entéromammaire. Un certain nombre d'études sur des porcs, des vaches, des humains et des souris ont fourni des preuves à l'appui de cette théorie32,33,34. Cependant, pour voir des changements dans la composition du colostrum par cette voie, il faudrait d'abord que le microbiote intestinal des truies soit impacté et nous ne pouvons pas le vérifier, car il n'a pas été possible de prélever des échantillons intestinaux des truies, c'est-à-dire que tout ce que nous pouvons conclure est que le microbiote fécal n'est pas impacté. Néanmoins, il est probable que le microbiote intestinal des truies ait été modulé par le probiotique, car c'est au sein du microbiote iléal que le plus d'impact a été observé chez la progéniture.

On s'attendait à ce que la supplémentation maternelle en probiotiques influence la composition du microbiote de la progéniture pendant qu'elle allaitait encore la truie et au début de la période PW. Cependant, la plupart des effets ont été détectés dans le digesta iléal au j8 PW et dans les échantillons fécaux prélevés PW et dans la période de finition. Il existe très peu d'études dans lesquelles des probiotiques à base de Bacillus ont été supplémentés aux truies et parmi celles-ci, encore moins ont mesuré les effets sur le microbiote de la progéniture. Baker et al.10 ont trouvé des altérations bénéfiques du microbiote iléal et colique de la progéniture aux jours 3 et 10 de la lactation après la supplémentation maternelle en Bacillus, en utilisant la technique désormais obsolète de polymorphisme de longueur des fragments de restriction terminale. Compte tenu du grand nombre de différences d'abondance bactérienne identifiées dans le digesta iléal au j8 PW dans la présente étude, il est possible que des différences y aient également été détectées pendant la période d'allaitement. Cependant, le contenu intestinal n'a pas été recueilli chez les descendants pendant la lactation.

Les changements observés dans le microbiote intestinal de la progéniture de truies supplémentées en probiotiques au début de la période de PW peuvent être liés au microbiote altéré du colostrum, car il a été démontré que le microbiote intestinal précoce des porcs est fortement influencé par le microbiote du lait maternel35 . Au sevrage, les porcs sevrés des truies supplémentées en probiotiques présentaient une plus grande abondance de Lachnospiraceae, une famille associée à la fermentation des polysaccharides végétaux et à la production d'acide butyrique36. L'acide butyrique est la source d'énergie préférentielle des colonocytes37. Il peut améliorer la santé intestinale en facilitant l'absorption d'eau, de sodium et de potassium, en régulant l'expression des gènes en inhibant l'expression des histones désacétylases, en améliorant l'expression des peptides de défense de l'hôte et via son activité antibactérienne38,39. Par conséquent, l'abondance accrue de Lachnospiraceae dans la progéniture des truies supplémentées en probiotiques peut avoir des avantages en termes d'intégrité intestinale et d'absorption des nutriments. Cela peut aider à expliquer la modulation positive précédemment rapportée des paramètres histologiques de l'intestin grêle à j8 PW, l'amélioration de l'efficacité alimentaire observée au cours des 14 premiers jours PW et les améliorations ultérieures de la croissance de la progéniture des truies supplémentées en probiotiques13. Bien que les AGV n'aient pas été mesurés au sevrage, il y avait une tendance à une augmentation de l'acide butyrique dans les digesta iléaux recueillis au j8 PW chez les porcs sevrés des truies supplémentées en probiotiques. Cela peut avoir contribué à l'amélioration précédemment signalée de la hauteur des villosités dans le duodénum et l'iléon de la progéniture sevrée des truies supplémentées en probiotiques observée à j8 PW13. Alors que l'acide butyrique est la source d'énergie préférentielle des colonocytes, il peut également stimuler la prolifération et la croissance cellulaires dans l'intestin grêle (tel que revu par Liu40). La supplémentation orale avec diverses formes de butyrate aux porcs sevrés a entraîné une amélioration de la morphologie de l'intestin grêle41,42,43,44,45, une augmentation de l'activité des enzymes digestives44 et une réduction de l'incidence de la diarrhée43. L'acide acétique était élevé dans le digesta iléal des porcelets recevant le probiotique PW. L'acide acétique peut être métabolisé par les tissus périphériques et fournir de l'énergie à l'hôte46. Ainsi, cette concentration accrue d'acide acétique iléal pourrait contribuer à une meilleure récupération d'énergie de l'alimentation, bien qu'aucune amélioration de la croissance n'ait été observée chez ces animaux dans notre étude parallèle13.

La plupart des effets médiés par les probiotiques ont été trouvés dans le microbiote iléal de la progéniture à j8 PW, et la plupart des différences sont survenues entre les porcs sevrés de truies supplémentées en probiotiques et recevant le régime PW non supplémenté (PRO/CON) et les porcs sevrés de truies non supplémentées et recevant les groupes PW à régime non supplémenté (CON/CON). À ce moment, le microbiote peut être plus plastique du fait des perturbations causées par le changement de régime alimentaire au sevrage47. L'abondance de Bacteroidota était plus élevée dans le groupe PRO/CON que dans le groupe CON/CON. Il a déjà été démontré que l'abondance de ce phylum augmente PW48 et est associée à des changements alimentaires PW. Dans la présente étude, son abondance accrue est probablement liée à l'abondance plus élevée des membres de la famille des Prevotellaceae (Prevotella, Alloprevotella et Prevotellaceae) dans le groupe PRO/CON. Les membres de cette famille, par exemple Prevotella spp., peuvent décomposer les polysaccharides dans la paroi cellulaire des céréales à l'aide de xylanases, de mannanases et de β-glucanases49,50,51 et sont donc impliqués dans la fermentation des glucides non digérés avec la production résultante d'AGV, contribuant ainsi à l'augmentation de la récolte d'énergie pour l'hôte. Par conséquent, cette abondance accrue de membres de la famille des Prevotellaceae peut aider à expliquer l'amélioration de l'efficacité alimentaire au cours des 14 premiers jours de PW chez la progéniture des truies supplémentées en probiotiques et les améliorations ultérieures de la croissance chez ces animaux rapportées précédemment dans notre publication parallèle13. Les données sur le rôle de Prevotella dans l'intestin du porc sont contradictoires, mais une étude récente a conclu que les études montrant des associations positives avec l'efficacité alimentaire et la croissance sont plus nombreuses que celles démontrant des corrélations négatives14. Les genres Blautia et Turicibacter, qui appartiennent au phylum Firmicutes, ont également augmenté dans le groupe PRO/CON par rapport au groupe CON/CON. Les Blautia sont également impliqués dans la fermentation des glucides et récemment, Turicibacter s'est avéré positivement corrélé au poids corporel chez les porcs52. Les Blautia font partie de la famille des Lachnospiraceae qui produisent de l'acide butyrique et seraient impliquées dans le soulagement des maladies inflammatoires et métaboliques et posséderaient une activité antibactérienne due à la production de bactériocines53,54. Blautia ont également été positivement associés à l'efficacité alimentaire chez les porcs55. Plusieurs autres genres associés à la production d'acide butyrique, tels que Ruminococcus et Roseburia, ont également été augmentés dans le digesta iléal du groupe PRO/CON. Les genres producteurs d'acide butyrique utilisent souvent l'acétate dans la voie butyryl-coenzyme A : acétate CoA-transférase55,56. Les Prevotella spp., qui ont également augmenté en abondance et sont productrices d'acétate, peuvent faciliter ce processus51,57,58. Ainsi, l'augmentation combinée des producteurs d'acétate et d'acide butyrique dans le digesta iléal du groupe PRO/CON peut avoir contribué à la concentration plus élevée d'acide butyrique dans le digesta iléal des porcs sevrés de truies supplémentées en probiotiques. Fait intéressant, au j118 PW Lactobacillus était plus abondant dans le groupe PRO/CON que dans les groupes CON/CON et CON/PRO. Lactobacillus spp. sont considérés comme bénéfiques et sont censés améliorer la santé intestinale grâce à l'exclusion compétitive des agents pathogènes, à l'activité antioxydante et à l'immunomodulation59. De plus, Lactobacillus est constamment enrichi dans le gros intestin des porcs plus économes en alimentation14. D'autres études dans lesquelles des probiotiques Bacillus ont été directement supplémentés à des porcs sevrés et en finition ont également montré une augmentation de Lactobacillus60,61.

L'abondance des Firmicutes a été augmentée dans le groupe PRO/PRO par rapport au groupe CON/CON dans le digesta iléal à j8 PW. Cela peut être considéré comme bénéfique, car on pense que ce phylum contribue à la production d'AGV et à la régulation des réponses immunitaires systémiques, contribuant à la récupération d'énergie, à l'inhibition des pathogènes opportunistes et à la protection contre l'inflammation62. Au sein des Firmicutes, Clostridium sensu stricto 1 et Terrisporobacter étaient plus abondants dans le groupe PRO/PRO que dans le groupe CON/CON. Ces deux genres sont des composants communs du microbiote iléal des porcs63,64. Une augmentation significative associée à l'âge de Clostridium sensu stricto 1 a déjà été observée chez les porcs PW, ce qui suggère qu'elle pourrait être associée à une maturation intestinale accrue65. La diversité α de Shannon était réduite dans l'iléon des porcs du groupe PRO/PRO par rapport aux groupes CON/CON et PRO/CON. Un niveau élevé de diversité bactérienne est souvent associé à la stabilité de l'écosystème, à la résistance à l'invasion des agents pathogènes et au développement du système immunitaire66. Malgré ces associations, une diminution de la diversité est souvent observée chez les porcs supplémentés en ZnO et régulièrement associée à des améliorations des performances de croissance et des paramètres de santé intestinale67,68. La diversité bactérienne réduite dans la présente étude n'a été associée à aucun effet négatif sur la croissance ou la santé des porcs (en fait, c'était le contraire) dans cette étude, comme indiqué précédemment dans notre publication parallèle13. Il a déjà été démontré que l'administration de spores de Bacillus réduit la diversité α du microbiote fécal des porcelets par rapport aux porcelets supplémentés en antibiotiques69. Dans une autre étude réalisée par notre groupe, la diversité α était plus faible chez les porcs supplémentés avec les mêmes spores de Bacillus que celles utilisées ici pendant 56 jours PW par rapport aux porcs uniquement supplémentés pendant 28 jours PW ou avec des porcs supplémentés avec une combinaison antibiotique-ZnO70. Cela suggère que la durée de la supplémentation est un facteur important influençant l'impact de la supplémentation en spores de Bacillus sur la diversité bactérienne.

L'abondance du genre Escherichia/Shigella était plus élevée dans les trois groupes supplémentés en probiotiques par rapport au groupe CON/CON. Auparavant, il a été démontré que la même souche probiotique réduisait les E. coli pathogènes porcins in vitro71. La supplémentation directe de cette souche aux porcs PW a également conduit à une réduction d'E. coli dans l'iléon ; cependant, aucun des isolats d'E. coli ne possédait d'activité hémolytique suggérant qu'il s'agissait d'espèces commensales72. L'incohérence des résultats entre les études est probablement due aux différentes méthodes expérimentales utilisées, c'est-à-dire la culture in vitro vs in vivo et la culture traditionnelle vs le séquençage du gène de l'ARNr 16S. Les genres Escherichia et Shigella ne peuvent pas être distingués à l'aide du séquençage du gène de l'ARNr 16S et une recherche BLAST a révélé que la séquence différentiellement abondante dans l'étude actuelle correspond à plusieurs souches d'E. coli, d'autres Escherichia spp. et certaines Shigella spp. Ainsi, il n'est pas possible de déterminer quelle espèce/sérotype est en fait augmenté. Bien qu'il ait été démontré que le genre Escherichia/Shigella était plus abondant chez les porcs souffrant de diarrhée73, c'était dans les échantillons rectaux et non iléaux et pendant l'allaitement, plutôt que pendant la période de PW. En fait, Escherichia/Shigella est généralement abondante dans l'iléon des porcs sains, soit jusqu'à 23 % d'abondance dans certaines études63 et Shigella spp. ne sont pas connus pour provoquer des maladies chez les porcs74. L'une des principales correspondances de séquence dans l'étude actuelle pour laquelle le sérotype a été répertorié est E. coli 0157:H7, qui est un pathogène d'origine alimentaire qui provoque des maladies chez l'homme. Bien que les porcs puissent être porteurs de ce sérotype, il n'est pas couramment associé à la maladie chez les porcs75. Le sérotype E. coli prédominant responsable de la PWD chez les porcs est 014976 et cela n'a pas été identifié dans la recherche BLAST. De plus, aucune diarrhée n'a été observée dans aucun des groupes de traitement de la présente étude et la hauteur des villosités a été améliorée dans le duodénum et l'iléon des porcs sevrés de truies supplémentées en probiotiques, comme indiqué dans notre publication parallèle13. Les performances de croissance et l'absence de symptômes chez ces porcs13 suggèrent que la séquence détectée dans cette étude appartient à une espèce commensale plutôt qu'à une espèce pathogène. Si la séquence représente effectivement une espèce commensale, son abondance accrue peut réduire la sensibilité des porcs supplémentés en probiotiques à la colonisation par une souche pathogène, car les souches de la même espèce sont plus susceptibles d'occuper la même niche écologique que les souches d'espèces différentes77 . Cependant, les données actuelles ne permettent pas de conclure que les espèces/souches d'Escherichia/Shigella à abondance différentielle ne deviendraient pas toxigènes dans les conditions appropriées.

La nouveauté de cette étude réside dans le fait que les effets de la supplémentation en probiotiques maternels et PW sur le microbiote ont été suivis dans le colostrum et les fèces des truies, et dans les digesta/fèces de la progéniture de la naissance à la période de finition. Les données montrent que la supplémentation maternelle avec des spores de B. altitudinis en fin de gestation et tout au long de la lactation a eu un impact plus important sur le microbiote intestinal que la supplémentation directe en PW. Ces résultats confirment l'hypothèse selon laquelle la manipulation du microbiome au début de la vie peut être réalisée grâce à la supplémentation maternelle. La modulation du microbiome de la progéniture semble se produire dans la présente étude, via la manipulation de la composition colostrale et du microbiome colostral, mais peut également être liée à la présence du probiotique dans les fèces des truies, comme indiqué précédemment. La progéniture des truies supplémentées en probiotiques présentait une abondance accrue de taxons bactériens associés à la dégradation des glucides complexes et à l'utilisation des nutriments dans l'iléon au début de la période de PW. Ceci est potentiellement un moteur de l'amélioration de l'efficacité alimentaire et de la morphologie intestinale observée au cours de cette période, comme déjà rapporté dans une publication parallèle. L'abondance accrue de Lactobacillus à la fin de la période PW chez la progéniture des truies supplémentées en probiotiques, qui n'ont pas reçu de supplément PW, peut avoir contribué à l'amélioration de la croissance observée dans ce groupe pendant la période de finition, et à l'augmentation résultante du poids de la carcasse ainsi qu'à rapporté précédemment. En conclusion, les résultats de la présente étude suggèrent que le microbiote intestinal précoce des PW de la progéniture de truies supplémentées en B. altitudinis était mieux adapté à la digestion du régime à base de céréales PW, ce qui peut aider à expliquer les améliorations précédemment rapportées. dans l'efficacité alimentaire et le poids de la carcasse. Comme les porcs ont été hébergés individuellement à partir du j8 PW, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour déterminer si les réponses observées seront également observées avec les pratiques commerciales d'hébergement en groupe.

Les échantillons de colostrum, fécaux et intestinaux analysés dans cette étude ont été collectés lors d'une précédente étude menée par Crespo-Piazuelo et al.13. Les matériaux et méthodes relatifs à la conception expérimentale, au logement et à la gestion des animaux et à la préparation des spores probiotiques sont brièvement décrits ici avec tous les détails disponibles dans la publication Crespo-Piazuelo et al.13.

L'approbation éthique de cette étude a été accordée par le comité d'éthique animale de Teagasc (approbation n° TAEC148/2017) et le projet a été autorisé par l'Autorité de réglementation des produits de santé (autorisation de projet n° AE19132/P066). L'expérience a été menée conformément à la législation irlandaise (SI n° 543/2012) et à la directive européenne 2010/63/UE sur la protection des animaux utilisés à des fins scientifiques et conformément aux directives ARRIVE.

L'expérience a été conçue comme un arrangement factoriel 2 × 2. En bref, au jour 100 de la gestation, 24 truies (Large White × Landrace) ont été sélectionnées et réparties dans l'un des 12 blocs (2 truies par bloc), par parité (1 à 4 portées précédentes), poids corporel (209 à 311 kg) et profondeur du gras dorsal (13,5–22 mm) et assigné au hasard à : (1) un régime standard de contrôle de la gestation et de la lactation (CON, n = 12), ou (2) un régime standard de gestation et de lactation complété par B. altitudinis WIT588 spores (~ 4 × 109 spores par jour du jour 100 de la gestation à la mise-bas et ~ 1,2 × 1010 spores par jour pendant la lactation pendant 26 jours jusqu'au sevrage des portées, administrées comme indiqué ci-dessous ; PRO, n = 12). Le placement croisé des porcelets a été effectué entre 24 et 48 h post-partum pour égaliser la taille de la portée (14 porcelets/portée) si nécessaire, mais uniquement au sein du même groupe de traitement.

Au sevrage, 144 porcelets issus de ces truies (n = 72/truie traitée) ont été sélectionnés dans toutes les portées, sur la base du poids vif moyen de la portée (7,27 (SEM 0,168) kg) et équilibrés pour le sexe. Les porcelets ont été bloqués en fonction du traitement des truies, du sexe, du poids corporel et de la portée d'origine et assignés au hasard à des traitements diététiques. La progéniture des deux traitements de truies a été assignée en paires de même sexe à un traitement CON (sans probiotique) ou PRO (supplémenté en probiotiques) pendant 28 jours PW, résultant en quatre groupes de traitement (n = 36 porcelets/traitement) : (1) porcelets sevrés de truies CON, nourris avec un régime CON (CON/CON); (2) porcelets sevrés de truies CON, nourris avec un régime PRO (CON/PRO); (3) porcelets sevrés de truies PRO, nourris avec un régime CON (PRO/CON); et (4) porcelets sevrés de truies PRO, nourris avec un régime PRO (PRO/PRO). Un sous-ensemble de ces porcs a été échantillonné comme indiqué ci-dessous. La supplémentation en probiotiques consistait en ~ 1 × 109 spores de B. altitudinis WIT588 enrobées quotidiennement sur les aliments, comme décrit précédemment13 et comme indiqué ci-dessous. La supplémentation en probiotiques a cessé au j28 PW, mais des échantillons ont été prélevés jusqu'au j118 PW (la fin de la période de finition).

La composition des ingrédients et la teneur en éléments nutritifs de tous les régimes pour truies et progénitures sont indiquées dans le tableau supplémentaire S4. Les détails sur la formulation du régime alimentaire et la distribution d'aliments et d'eau sont décrits par Crespo-Piazuelo et al.13.

Bacillus altitudinis WIT588 est une variante résistante à la rifampicine de B. altitudinis NCIMB 43558 (WIT572), un isolat dérivé d'algues caractérisé à la fois in vitro et in vivo comme probiotique pour les porcs, qui a été utilisé pour faciliter le dénombrement chez le porcin GIT13,71,72 ,78. La souche a d'abord été désignée sous le nom de Bacillus pumilus sur la base du séquençage des gènes gyrB et pyrE72, mais a depuis été identifiée comme B. altitudinis sur la base du séquençage du génome entier (données non publiées). Les spores de B. altitudinis WIT588 ont été préparées comme décrit précédemment par Prieto et al.72, mises en suspension dans de l'eau stérile, aliquotées et stockées à - 20 °C jusqu'à utilisation. Le matin de l'administration, les suspensions de spores décongelées ont été diluées dans de l'eau distillée à la dose requise et recouvertes sur la nourriture comme décrit par Crespo-Piazuelo et al.13.

Le logement et la gestion des truies et des petits sont décrits en détail par Crespo-Piazuelo et al.13. En bref, les truies PRO ont été logées séparément des truies CON afin de minimiser la contamination croisée. Les enclos de mise bas (2,5 m × 1,8 m) avaient une cage de mise bas sur un plancher partiellement en caillebotis avec un tapis de sol chauffant pour les porcelets. La température des salles de mise-bas a été contrôlée automatiquement et a été maintenue à ~ 24 °C à la mise-bas et progressivement réduite à 21 °C au jour 7 de la lactation. Au sevrage, les porcelets étaient logés par paires de même sexe dans 72 enclos (n = 2 porcs/enclos) répartis dans 4 pièces, les traitements étant répartis également entre les pièces. Les enclos (1,2 m × 0,9 m) étaient entièrement recouverts de caillebotis avec un sol en plastique (Faroex, Manitoba, Canada). Des enclos vides ont été laissés entre les traitements pour éviter la contamination croisée par les probiotiques. Au j8 PW, 40 porcs (n = 10/traitement) ont été sacrifiés par étourdissement par boulon captif suivi d'une exsanguination pour faciliter l'échantillonnage du digesta. Dans le même temps, un porc de chacun des enclos restants (32 enclos) a été retiré de l'essai et les porcelets restants (n = 72) ont été parqués individuellement jusqu'au j55 PW. La température des salles de sevrage a été maintenue à 28 °C pendant les 7 premiers jours PW, progressivement réduite à 22 °C au j28 PW et maintenue à 22 °C jusqu'au j56 PW. Au j56 PW, les porcs ont été déplacés vers l'une des quatre salles de finition, où ils ont été parqués individuellement dans des enclos entièrement à lattes (1,81 m × 1,18 m) jusqu'à la fin de la période expérimentale (d118 PW). La température de l'air a été maintenue entre 20 et 22 °C.

Lors de l'échantillonnage des truies et de la progéniture, des mesures d'hygiène strictes ont été prises pour éviter la contamination croisée entre les traitements comme suit. Les porcs ne recevant pas de probiotiques ont été manipulés en premier, suivis des groupes de traitement probiotique. Les gants ont été changés entre les porcs et des combinaisons jetables neuves ont été portées par tout le personnel et changées avant de commencer l'échantillonnage de chaque groupe de traitement. Tout le matériel utilisé a été soigneusement désinfecté avec 1 % de Virkon® après utilisation pour éviter toute contamination croisée lors des prélèvements ultérieurs.

Des échantillons de colostrum (n = 12 truies/traitement) ont été prélevés par traite manuelle des quatre premiers trayons immédiatement en aval de la tête de la truie sur un côté du pis dans les 4 h suivant la mise-bas. L'iode a été utilisé pour nettoyer soigneusement la zone entourant les trayons avant le prélèvement de l'échantillon et le premier 1 ml de colostrum a été jeté. Les échantillons (2 × 4,5 ml dans des tubes stériles) ont été congelés instantanément dans de l'azote liquide et stockés à - 80 ° C jusqu'à l'analyse.

Des échantillons fécaux ont été prélevés sur des truies (n = 24) directement du rectum par stimulation digitale douce au j100 de la gestation, à la mise-bas, au j13 de la lactation et au sevrage des portées (~ j26 de la lactation). Avant le sevrage, des écouvillons rectaux ont été prélevés sur la progéniture à ~ j13 de la lactation (n = 12 répliques de porc par traitement) à l'aide d'écouvillons stériles à pointe de viscose (Sarstedt Ltd, Drinagh, Wexford, Irlande), des échantillons fécaux ont été obtenus par stimulation rectale numérique au sevrage , J13 PW, J28 PW et J56 PW des mêmes porcs (n = 10 répliques de porcs par traitement) et des échantillons de matières fécales fraîchement évacuées ont été prélevés à J118 PW (n = 5 pour CON/CON, n = 4 pour CON/PRO, n = 4 pour PRO/CON et n = 6 pour PRO/PRO, respectivement). Les écouvillons rectaux ont été placés sur de la glace avant stockage à - 80 ° C et les échantillons fécaux ont été prélevés dans des tubes stériles et immédiatement congelés dans de l'azote liquide et stockés à - 80 ° C jusqu'à l'analyse.

Quarante porcelets (n = 10 porcs par traitement), ont été sacrifiés sans cruauté le j8 PW par étourdissement par boulon captif suivi d'une exsanguination et l'ensemble du tractus intestinal a été immédiatement retiré. Des échantillons de digesta de l'iléon (15 cm en amont de la jonction iléo-cæcale), du caecum (pointe terminale) et du rectum ont été prélevés de manière aseptique dans des tubes stériles, congelés dans de l'azote liquide et stockés à - 80 ° C jusqu'à l'analyse.

L'ADN total a été extrait d'écouvillons rectaux et d'échantillons de matières fécales et de digesta à l'aide du minikit de selles QIAamp DNA (Qiagen, Crawley, Royaume-Uni) conformément aux instructions du fabricant, en plus d'ajouter une étape de battement des billes et d'augmenter la température de lyse à 95 °C, pour augmenter le rendement en ADN79. Le volume de tampon ATE a également été réduit de 200 à 30 µl et on l'a laissé reposer sur la membrane filtrante de la colonne de centrifugation pendant 5 minutes avant la centrifugation (les deux pour maximiser la concentration d'ADN). Pour l'extraction à partir d'écouvillons rectaux, 1 ml de solution saline stérile tamponnée au phosphate a été ajouté à chaque écouvillon et vortexé pendant 2 min. Le liquide résultant a ensuite été transféré dans un tube stérile de 1,5 ml et centrifugé pendant 2 min à 14 000 tr/min. Le surnageant a été jeté et le culot restant a été utilisé pour l'extraction de l'ADN. Pour les échantillons fécaux et digesta, 0,25 g de chaque échantillon a été utilisé pour les extractions.

L'ADN total a été extrait des échantillons de colostrum à l'aide du kit DNeasy PowerFood Microbial (Qiagen). Les instructions du fabricant ont été suivies avec quelques modifications comme suit : (1) L'étape d'homogénéisation initiale a été omise ; (2) 1,8 ml de colostrum ont été ajoutés au tube de collecte de 2 ml en triple exemplaire afin de traiter 5,4 ml de colostrum au total ; (3) la durée de la première étape de centrifugation a été augmentée à 15 min pour maximiser la formation de culot ; (4) les cellules remises en suspension ont été ajoutées à un tube à bouchon vissé contenant des billes de zircone autoclavées (0,125 g de 0,1 mm et 0,125 g de 1,0 mm, une seule perle de 2,5 mm; Stratech Scientific, Ely, Royaume-Uni) et perle battant a été effectué à la place du vortex dans des tubes PowerBead pendant 3 min suivi de 1 min de repos, puis pendant 2 min suivi de 1 min de repos, pour éviter le cisaillement de l'ADN ; (5) dans l'étape finale, le volume de tampon d'élution a été réduit de 100 à 20 µl et on l'a laissé reposer sur la membrane filtrante de la colonne de centrifugation pendant 5 min avant la centrifugation pour maximiser la concentration d'ADN.

Le profilage microbien a été réalisé à l'aide d'un séquençage à haut débit de la région V3–V4 du gène d'ARNr 16S (lectures appariées de 2 × 300 pb) après 600 cycles d'amplification sur une plateforme Illumina MiSeq. Le protocole de préparation de bibliothèque métagénomique 16S recommandé par Illumina (Nextera) a été suivi. La qualité des lectures appariées dans tous les échantillons a été évaluée à l'aide de FastQC (v0.11.7)80 et la qualité a été ajustée (cuttoff-phred = 20) à l'aide de BBduk de la suite BBTools (https://jgi.doe.gov/data-and-tools /bbtools/). Les amorces et les queues de lecture de mauvaise qualité ont également été supprimées à cette étape. Le pipeline DADA281 a été utilisé pour effectuer le filtrage et la déréplication des lectures, la détection et la suppression des chimères, la fusion des paires de lectures et l'inférence des variants de séquence d'amplicon (ASV) dans chaque échantillon. Une taxonomie a été attribuée à chaque ASV dérivé à l'aide d'une méthode de classification bayésienne naïve par rapport à la base de données SILVA (version 128)82. La classification au niveau des espèces a été identifiée, dans la mesure du possible en utilisant l'attribution taxonomique pour les correspondances de séquence exactes avec la base de données SILVA ou en comparant les séquences à la base de données de nucléotides du National Center for Biotechnology Information (NCBI) des États-Unis (disponible sur : https://blast.ncbi .nlm.nih.gov/Blast.cgi). Les analyses de l'indice de diversité alpha (Shannon) et de la diversité β (UniFrac) ont été calculées à l'aide du package phyloseq83 dans la version R 4.0284. Des tracés nMDS et MDS basés sur la matrice de distance UniFrac ont été réalisés puis tracés à l'aide du package ggplot285 dans R version 4.0284.

Les profils d'acides gras à chaîne courte du digesta iléal ont été déterminés par Alimetrics Diagnostics (Espoo, Finlande) en utilisant la chromatographie en phase gazeuse (GC; Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA) avec de l'acide pivalique (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA ) utilisé comme étalon interne. La procédure de chromatographie utilisait une colonne en verre remplie de phase stationnaire Carbopack B-DA/4 % Carbowax 80/120, d'hélium comme gaz porteur et d'un détecteur à ionisation de flamme (FID) et a été décrite précédemment par Apajalahti et al.86. L'acide lactique et les VFA (acide acétique, acide propionique, acide isobutyrique, acide butyrique, acide 2-méthylbutyrique, acide isovalérique et acide valérique) ont été dérivés en esters phényliques respectifs en utilisant le réactif chloroformiate de phényle. Les esters résultants ont été analysés par Agilent GC-FID (Agilent Technologies). L'étalonnage de l'étalon interne apparié à la matrice avec les acides butyrique-d7 et acétique-d3 a été utilisé dans la quantification.

L'analyse statistique de l'abondance d'OTU a été réalisée à l'aide de DeSeq287 dans la version R 4.0284. Les ASV à faible abondance ont été filtrés manuellement et les ASV ont été conservés si la somme des lectures pour cet ASV dans tous les échantillons était supérieure à 0,005 % de tous les ASV. Un taux de fausses découvertes < 0,05 indiquait une différence d'abondance significative entre les groupes. Pour chaque taxon, les différences entre les abondances médianes des échantillons dans chaque groupe de traitement ont été évaluées à l'aide du test Wilcoxon Rank Sum du package R Metacoder88. Les matrices de distance UniFrac pondérées ont été soumises à une ANOVA permutationnelle pour tester les effets significatifs des traitements sur la structure de la communauté microbienne dans les échantillons à différents moments. Les résultats de toutes les analyses sont présentés en utilisant des valeurs P ajustées.

Pour l'analyse statistique des résultats de l'AGCS iléal, les données ont d'abord été étudiées à l'aide des tests de Shapiro-Wilk et de Kolmogorov-Smirnov dans le cadre de la procédure UNIVARIATE de SAS 9.4 (SAS Institute Inc., Cary, NC). Comme les données n'étaient pas distribuées normalement, elles ont été analysées plus en détail à l'aide de la procédure GLIMMIX de SAS avec la fonction de lien logarithmique et une distribution gamma. La fonction ilink a été utilisée pour rétro-transformer les données à l'échelle d'origine. Le modèle incluait les effets du traitement de la mère et du PW en tant qu'effets fixes et leur interaction associée. Le porc individuel était l'unité expérimentale. Les moyennes des moindres carrés ont été comparées entre les groupes de traitement à l'aide du test t et les valeurs P ont été corrigées pour les comparaisons multiples à l'aide de l'ajustement de Tukey. La méthode de Satterthwaite a été utilisée pour estimer les degrés de liberté. Les données sont présentées dans le texte et les tableaux sous forme de moyennes des moindres carrés avec les erreurs-types regroupées de la moyenne. Le niveau de probabilité qui indiquait la signification était P ≤ 0,05, tandis que 0,05 < P < 0,10 était considéré comme une tendance numérique.

Les données de séquençage brutes générées par cette étude ont été déposées dans le NCBI Sequence Read Archive (SRA) sous le numéro d'accès BioProject PRJNA878669.

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Nous remercions le personnel de la ferme du département de développement porcin de Teagasc Moorepark pour son aide dans l'étude porcine. Le projet qui a conduit à ces résultats a été cofinancé par Enterprise Ireland (n° CF20150361) et le Fonds européen de développement régional (FEDER) dans le cadre du programme irlandais de fonds structurels et d'investissement européens 2014-2020. GEG et RR ont également reçu un financement par le biais d'une extension chiffrée COVID-19 de la Higher Education Authority.

Centre de recherche sur l'éco-innovation, Département des sciences, Campus de Waterford, Université technologique du Sud-Est, Waterford, Irlande

Ruth Rattigan, James Cullen, John P. Phelan et Gillian E. Gardiner

Service Développement Porc, Centre de Recherche et d'Innovation Animales et Prairies, Teagasc, Moorepark, Fermoy, Cie. Cork, Irlande

Peadar G. Lawlor, Daniel Crespo-Piazuelo et Samir Ranjitkar

Centre de recherche et d'innovation sur les animaux et les prairies, Teagasc, Grange, Dunsany, Co. Meath, Irlande

Paul Cormien

APC Microbiome Irlande, University College Cork, Cork, Irlande

Fiona Crispie

Centre de Recherche Alimentaire, Teagasc, Moorepark, Fermoy, Co. Cork, Irlande

Fiona Crispie

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GEG et PGL ont conçu l'étude et, avec SR, conçu l'expérience. PGL et GEG ont dirigé l'étude. SR et PGL ont mené l'expérimentation animale. FC, JPP et JC ont effectué des analyses en laboratoire. RR a analysé statistiquement les données VFA. PC a effectué les analyses bioinformatiques et analysé statistiquement les données sur le microbiote. RR, PGL, DC-P., PC et GEG ont interprété les données. RR, PGL et GEG ont rédigé le manuscrit. RR, PGL et GEG ont révisé le manuscrit. Tous les auteurs ont lu et approuvé la version finale du manuscrit.

Correspondance à Gillian E. Gardiner.

Gillian Gardiner et Peadar Lawlor ont un brevet "Une souche isolée de Bacillus altitudinis et son utilisation comme probiotique" en instance. Les autres auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Rattigan, R., Lawlor, PG, Cormican, P. et al. La supplémentation maternelle et/ou post-sevrage avec des spores de Bacillus altitudinis module la composition microbienne du colostrum, du digesta et des fèces chez les porcs. Sci Rep 13, 8900 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-33175-2

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Reçu : 17 août 2022

Accepté : 08 avril 2023

Publié: 01 juin 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-33175-2

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