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Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 12546 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Die Auswirkungen der β-Mannanase-Supplementierung in Diäten mit reduzierter metabolisierbarer Energie (ME), die Xylanase-Phytase enthielten, wurden auf die Wachstumsleistung, den Kot-Score, die Ultraschall-Rückenspeckdicke und -Lendentiefe, das Blutprofil, die scheinbare Gesamtverdaubarkeit des Trakts (ATTD) und die Verdauung untersucht Passagerate und fäkales Mikrobiom bei Zuchtschweinen (n = 40, 26,09 ± 0,96 kg), zufällig zugewiesen innerhalb von 4 Behandlungen: eine Kontrolldiät mit isolierter Phytase und Xylanase im Wert von 40 kcal ME/kg (CD0), CD0 + β-Mannanase (0,3 g/kg, bewertet mit 30 kcal ME/kg) (CD70), CD0 + β-Mannanase (0,3 g/kg, bewertet mit 45 kcal ME/kg) (CD85) und CD0 + β-Mannanase (0,3 g). /kg bewertet mit 60 kcal ME/kg) (CD100). Die Wachstumsleistung wurde bei Schweinen, die mit ME-reduziertem Futter gefüttert wurden, das β-Mannanase enthielt, nicht beeinträchtigt. Schweine mit CD100 hatten eine niedrigere IL-1β-Konzentration im Serum, und bei Schweinen, die CD0 erhielten, wurde ein höherer IL-10-Wert beobachtet als bei Schweinen, denen β-Mannanase verabreicht wurde. Die ATTD-Koeffizienten sowie die ATTD-Werte von DM und CP waren bei Tieren, denen CD85 oder CD100 verabreicht wurde, höher. Schweine mit CD85 hatten einen höheren Alpha-Diversitätsreichtum, aber ein niedrigeres Firmicutes:Bacteroidota-Verhältnis. Acidaminococcaceae und Ruminococcaceae waren bei mit CD0 gefütterten Schweinen häufiger anzutreffen, bei Christensenellaceae NSJ-63 und NSJ-63 sp014384805 jedoch weniger. Schweine in CD85 zeigten eine höhere Häufigkeit von Bacteroidaceae und Prevotella und eine geringere Häufigkeit von Streptococcaceae und Streptococcus. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Ergänzung von β-Mannanase in Futtern, die Xylanase-Phytase enthielten, 85 bis 100 kcal ME/kg einsparte, indem sie die Wachstumsleistung unterstützte und die Nährstoffverdaulichkeit bei Zuchtschweinen verbesserte.

Mais- und Sojabohnenmehl sind die weltweit am häufigsten verwendeten pflanzlichen Zutaten in Schweinefutterformulierungen, sie enthalten jedoch 6 bis 17 % Nicht-Stärke-Polysaccharide, die für Monogastrier unverdaulich sind1. Darüber hinaus beeinträchtigen antinutritive Faktoren wie Trypsininhibitoren, Antigenfaktoren, Phytate, β-Mannane2,3 und Xylane4 die Nährstoffverwertung. Folglich hat der Einsatz exogener Enzyme in der Ernährung die Aufgabe, die negativen Auswirkungen antinutritiver Faktoren zu reduzieren, eine bessere Verdauung und Assimilation von Nährstoffen zu fördern und die Gesundheit und Wachstumsleistung von Schweinen und Geflügel zu verbessern5.

Obwohl der Verwendung exogener Enzyme in der Schweineernährung zunehmend Aufmerksamkeit geschenkt wird, haben nur wenige Studien die Kombination von β-Mannanase-Xylanase-Phytase-Enzymen berücksichtigt. Es ist immer noch unklar, welche Wirkung „zusätzlicher Phosphor“ die Phytase bei der Bereitstellung zusätzlicher Energie hat6 und welche positive Wirkung die β-Mannanase auf die Immunantwort und das Darmmikrobiom durch den Abbau von β-Mannanen hat7,8. Außerdem besteht wenig Einigkeit über den Zusammenhang von Xylanase-Phytase bei der Freisetzung von mehr Phytinsäure9 und bei der Modulation des Wachstums pathogener Mikroorganismen durch Verringerung der Verdauungsviskosität bei Schweinen10.

Gemeinsam fanden Petry et al.11 heraus, dass die Xylanase-Supplementierung in ballaststoffreichen Diäten für Sauen eine erhöhte mikrobielle Diversität im Blinddarminhalt und in der Dickdarmschleimhaut förderte. Darüber hinaus konnten Zhang et al.12 nachweisen, dass eine Phytase-Ergänzung in der Ernährung von Mastschweinen die antioxidative Kapazität des Darms und das Immunsystem verbesserte. Es gibt auch einen Bericht, dass eine β-Mannanase-Supplementierung den Durchfall nach dem Absetzen bei jungen Schweinen reduzierte3. Bei Schweinen, denen mit β-Mannanase-Xylanase angereichertes Futter verabreicht wurde, wurde eine Verringerung der Rückenspeckdicke und eine höhere Blutzuckerkonzentration beobachtet13. Die Auswirkungen von β-Mannanase als Ergänzung zu ME-reduzierten Diäten, die Xylanase-Phytase enthalten, auf die Immunantwort des Blutes und die Ebene des Darmökosystems bei Zuchtschweinen wurden jedoch bisher nicht untersucht.

Hier ist unsere Hypothese, dass die β-Mannanase-Supplementierung in ME-reduzierten Diäten, die Xylanase-Phytase enthalten, die vorteilhafte Bakterienvielfalt durch erhöhte ATTD fördert und die Immunantwort durch Einsparung des Energieaufwands verbessert und somit die Gesundheit von Schweinen fördert. Daher wurde eine Studie durchgeführt, um die Ergänzung von β-Mannanase in ME-reduzierten Diäten, die Xylanase-Phytase enthalten, und ihre Auswirkungen auf die Wachstumsleistung, den Kot-Score, die ultraschallgeprüfte Rückenfettdicke und Lendentiefe, das biochemische Blut- und Immunprofil, ATTD, zu bewerten. Gesamtdurchgangsrate des Verdauungstrakts und fäkales Mikrobiom bei Zuchtschweinen.

Die Wachstumsleistung sowie die Ultraschall-Rückenspeckdicke und Lendentiefe wurden bei Schweinen, die mit ME-reduziertem Futter, ergänzt durch β-Mannanase, gefüttert wurden, nicht beeinträchtigt (Tabelle 1). Es gab einen Trend (P = 0,082) zu einem höheren Kotkonsistenzwert bei Zuchtschweinen, die mit CD70 gefüttert wurden, im Vergleich zu CD85 und CD100, bei Tieren mit CD0 waren die Ergebnisse jedoch mittelmäßig.

Es gab keine Auswirkung der diätetischen Behandlung auf das biochemische Profil des Blutes; Allerdings wurde bei Schweinen, denen CD0 verabreicht wurde, ein Trend (P = 0,057) zu einer höheren Triglyceridkonzentration im Blut im Vergleich zu CD85 und CD100 beobachtet, bei Tieren, denen CD70 verabreicht wurde, waren jedoch Zwischenergebnisse zu verzeichnen (Tabelle 2).

Schweine, die mit CD100-Diät gefüttert wurden, hatten (P < 0,05) eine niedrigere Serum-IL-1β-Konzentration im Vergleich zu Tieren, die CD0-Diät erhielten (Abb. 1A). Es gab keinen Einfluss der diätetischen Behandlung auf die Serumkonzentration der Zytokine IL-4 (Abb. 1B), IL-6 (Abb. 1C) und IL-8 (Abb. 1D). Allerdings wurde bei Schweinen, denen mit β-Mannanase angereichertes Futter verabreicht wurde, eine Verringerung der Serum-IL-10-Konzentration beobachtet (P < 0,05) als bei Tieren, denen CD0 verabreicht wurde (Abb. 1E). Das Interleukin IL-12/23p40 war das Zytokin, das unter allen untersuchten Zytokinen die höchste Konzentration aufwies (Abb. 1F). Es gab keinen Einfluss der diätetischen Behandlung auf die Serumkonzentration des Zytokins IFN-α (Abb. 1G). Alle Ergebnisse lagen unter der Nachweisgrenze für die IFN-γ-Konzentration (Abb. 1H), und es wurde kein Einfluss der diätetischen Behandlung auf die TNF-α-Konzentration beobachtet (Abb. 1I).

Gleichzeitiger Nachweis der Serumkonzentration (pg/ml) von IL-1β (A), IL-4 (B), IL-6 (C), IL-8 (D), IL-10 (E), IL-12/ 23p40 (F), IFN-α (G), IFN-γ (H) und TNF-α (I) bei Zuchtschweinen (n = 8 pro Behandlung), denen eine von vier Diätbehandlungen verabreicht wurde: eine Kontrolldiät mit isolierter Phytase und Xylanase mit einem Wert von 40 kcal ME/kg (CD0), CD0 + β-Mannanase (0,3 g/kg mit einem Wert von 30 kcal ME/kg) (CD70), CD0 + β-Mannanase (0,3 g/kg mit einem Wert von 45 kcal). von ME/kg) (CD85) und CD0 + β-Mannanase (0,3 g/kg, bewertet mit 60 kcal ME/kg) (CD100). Jeder der Punkte stellt eine Stichprobe dar, die vertikale Achse stellt den Wertebereich dar und die horizontale Achse bezieht sich auf den Median. Beim Kruskal-Wallis-Test mit Dunns Post-hoc-Test unterschieden sich die Mittelwerte (P < 0,05).

Bemerkenswerte Ergebnisse waren die höchsten (P < 0,05) ATTD-Koeffizienten von DM und OM bei Tieren, denen CD85- oder CD100-Diäten verabreicht wurden, im Vergleich zu Schweinen, denen CD0-Diäten verabreicht wurden, aber Zwischenergebnisse bei Tieren, denen CD70 verabreicht wurde (Tabelle 3). Bei Schweinen, die mit CD0- oder CD70-Futter gefüttert wurden, wurde ein niedrigerer (P < 0,05) ATTD-CP-Koeffizient erzielt als bei Schweinen, die mit CD85 oder CD100 gefüttert wurden. Darüber hinaus hatten Schweine, die mit CD85 gefüttert wurden, einen höheren ATTD-Koeffizienten von GE (P < 0,05) als Schweine, die mit CD0 gefüttert wurden, bei Tieren, die mit CD70 oder CD100 gefüttert wurden, wurden jedoch Zwischenergebnisse gefunden. Interessanterweise wurde eine höhere (P < 0,05) ATTD von DM und CP bei Schweinen beobachtet, die mit CD85- oder CD100-Diäten gefüttert wurden, im Vergleich zu denen, die mit CD0 gefüttert wurden, und eine höhere ATTD von CP bei Schweinen, die mit CD85- oder CD100-Diäten gefüttert wurden, als bei Tieren, die mit CD70-Diäten gefüttert wurden. Es gab jedoch keinen Unterschied zwischen den diätetischen Behandlungen hinsichtlich der gesamten Verdauungsrate.

Es gab keine Auswirkung der diätetischen Behandlung auf Chao1, beobachtete OTUs und Fisher-Indizes (Abb. 2A, B bzw. C). Interessanterweise zeigten die Ergebnisse der Alpha-Diversitätsanalyse einen Unterschied (P < 0,05) in den Simpson-, Shannon- und Pielou-Indizes bei Schweinen, denen CD85-Diät verabreicht wurde, im Vergleich zu Tieren, die CD100-Diät zu sich nahmen (Abb. 2D, E bzw. F). Darüber hinaus wurde kein Einfluss auf die Beta-Diversität beobachtet, die durch die Parameter Bray-Curtis, Jaccard und Unifrac geschätzt wurde (Abb. 3A, B bzw. C); Allerdings gab es einen Trend (P = 0,068) in der Beta-Diversitätsanalyse anhand des Weighted Unifrac-Parameters (Abb. 3D).

Alpha-Diversität geschätzt durch die Parameter Chao1 (A), beobachtete OTUs (B), Fisher (C), Simpson (D), Shannon (E) und Pielou (F) bei Zuchtschweinen (n = 6 pro Behandlung), denen 1 von 4 gefüttert wurde Diätetische Behandlungen: eine Kontrolldiät mit isolierter Phytase und Xylanase im Wert von 40 kcal ME/kg (CD0), CD0 + β-Mannanase (0,3 g/kg im Wert von 30 kcal ME/kg) (CD70), CD0 + β- Mannanase (0,3 g/kg, bewertet mit 45 kcal ME/kg) (CD85) und CD0 + β-Mannanase (0,3 g/kg, bewertet mit 60 kcal ME/kg) (CD100). Die Mittelwerte unterschieden sich im Wilcoxon-Test (P < 0,05).

Beta-Diversität, geschätzt anhand der Parameter Bray-Curtis (A), Jaccard (B), Unifrac (C) und Weighted Unifrac (D) bei Zuchtschweinen (n = 6 pro Behandlung), denen eine von vier Diätbehandlungen verabreicht wurde: eine Kontrolldiät mit isoliertem Phytase und Xylanase, bewertet mit 40 kcal ME/kg (CD0), CD0 + β-Mannanase (0,3 g/kg, bewertet mit 30 kcal ME/kg) (CD70), CD0 + β-Mannanase (0,3 g/kg, bewertet mit 45 kcal ME/kg) (CD85) und CD0 + β-Mannanase (0,3 g/kg, bewertet mit 60 kcal ME/kg) (CD100).

In der vorliegenden Studie waren Firmicutes, Bacteroidota (früher als Bacteroidetes beschrieben), Spirochaetota (früher als Spirochaetes beschrieben) und Cyanobacteria die am häufigsten vorkommenden Phyla (Abb. 4A). Darüber hinaus zeigten die Klassen Clostridia, Bacteroidia, Negativicutes, Bacilli, Spirochaetia und Vampirovibrionia die höchsten Häufigkeiten (Abb. 4B). Die häufigsten Ordnungen waren Bacteroidales, Oscillospirales, Lachnospirales, Lactobacillales, Christensenellales, Treponematales, Veillonellales, Acidaminococcales, Selenomonadales, Clostridiales und Gastranaerophilales (Abb. 4C). Die Familien Bacteroidaceae, Oscillospiraceae, Muribaculaceae, Lachnospiraceae, Acutalibacteraceae, Christensenellaceae, Streptococcaceae, Treponemataceae, Ruminococcaceae, Acidaminococcaceae, Megasphaeraceae, Selenomonadaceae, Clostridiaceae, Lactobacillaceae, Dialisteraceae und Gastranaerophilaceae wiesen eine relative Häufigkeit auf (Abb. 4D). Gattungen mit relativer Häufigkeit waren Prevotella, Sodaliphilus, Christensenellaceae NSJ-63, Streptococcus, Treponema, Oscillospiraceae UBA1777, Paramuribaculum, Phascolarctobacterium, Megasphaera, Oscillospiraceae ER4, Selenomonas und Dialister (Abb. 4E). Arten, die eine relative Häufigkeit aufwiesen, waren Sodaliphilus sp004557565, NSJ-63 sp014384805, UBA1777 sp002320035, Paramuribaculum intestinale, Phascolarctobacterium succinatutens, ER4 sp000765235, Megasphaera elsdenii und Prevotella sp000436595 (Abb. 4F). ).

Relative Häufigkeit von Phyla (A), Klassen (B), Ordnungen (C), Familien (D), Gattungen (E) und Arten (F) bei Zuchtschweinen (n = 6 pro Behandlung), denen eine von vier Diätbehandlungen verabreicht wurde : eine Kontrolldiät, die isolierte Phytase und Xylanase im Wert von 40 kcal ME/kg (CD0), CD0 + β-Mannanase (0,3 g/kg im Wert von 30 kcal ME/kg) (CD70), CD0 + β-Mannanase ( 0,3 g/kg, bewertet mit 45 kcal ME/kg) (CD85) und CD0 + β-Mannanase (0,3 g/kg, bewertet mit 60 kcal ME/kg) (CD100).

Die Familie der Acidaminococcaceae kam bei mit CD0 gefütterten Schweinen häufiger vor (P < 0,05) als bei mit CD70 gefütterten Tieren (Abb. 5A). Darüber hinaus zeigten Tiere, die die CD85-Diät zu sich nahmen (P < 0,05), eine höhere Häufigkeit in der Familie der Bacteroidaceae als Tiere, denen CD0- oder CD100-Diäten verabreicht wurden (Abb. 5B). Die Familie der Ruminococcaceae kam bei Schweinen, denen CD0-Diät verabreicht wurde, häufiger vor (P < 0,05) als bei Tieren, die CD100-Diät erhielten (Abb. 5C). Allerdings zeigten Tiere, die die CD0-Diät zu sich nahmen (P < 0,05), eine größere Häufigkeit in der Familie der Streptococcaceae (Abb. 5D) und in der Gattung Streptococcus als Tiere, denen CD85-Diät verabreicht wurde (Abb. 6C).

Relative Häufigkeit von Acidaminococcaceae (A), Bacteroidaceae (B), Ruminococcaceae (C) und Streptococcaceae (D) bei Zuchtschweinen (n = 6 pro Behandlung), die mit einer von vier Diätbehandlungen gefüttert wurden: einer Kontrolldiät, die isolierte Phytase und Xylanase im Wert von 40 enthielt kcal ME/kg (CD0), CD0 + β-Mannanase (0,3 g/kg, bewertet mit 30 kcal ME/kg) (CD70), CD0 + β-Mannanase (0,3 g/kg, bewertet mit 45 kcal ME/kg). ) (CD85) und CD0 + β-Mannanase (0,3 g/kg, bewertet mit 60 kcal ME/kg) (CD100). Die Mittelwerte unterschieden sich im Wilcoxon-Test (P < 0,05).

Relative Häufigkeit von Christensenellaceae NSJ-63 (A), Prevotella (B) und Streptococcus (C) bei Zuchtschweinen (n = 6 pro Behandlung), die mit einer von vier Diätbehandlungen gefüttert wurden: einer Kontrolldiät, die isolierte Phytase und Xylanase im Wert von 40 kcal enthielt ME/kg (CD0), CD0 + β-Mannanase (0,3 g/kg, bewertet mit 30 kcal ME/kg) (CD70), CD0 + β-Mannanase (0,3 g/kg, bewertet mit 45 kcal ME/kg) (CD85) und CD0 + β-Mannanase (0,3 g/kg, bewertet mit 60 kcal ME/kg) (CD100). Die Mittelwerte unterschieden sich im Wilcoxon-Test (P < 0,05).

Die Gattung Christensenellaceae NSJ-63 (Abb. 6A) und die Art NSJ-63 sp014384805 (Abb. 7) kamen bei Schweinen, die die CD70-Diät erhielten, häufiger vor (P < 0,05) als bei Tieren, denen CD0-Diät verabreicht wurde. Darüber hinaus zeigten Schweine, die die CD85-Diät zu sich nahmen (P < 0,05), eine höhere Häufigkeit der Gattung Prevotella als Tiere, die mit CD100-Diät gefüttert wurden (Abb. 6B). Schweine, denen CD100-Diät verabreicht wurde, zeigten (P < 0,05) ein höheres Firmicutes:Bacteroidota-Verhältnis (FBR) im Vergleich zu Tieren, die CD85-Diät erhielten (Abb. 8).

Relative Häufigkeit von NSJ-63 sp014384805 bei Zuchtschweinen (n = 6 pro Behandlung), denen eine von vier Diätbehandlungen verabreicht wurde: eine Kontrolldiät mit isolierter Phytase und Xylanase im Wert von 40 kcal ME/kg (CD0), CD0 + β-Mannanase ( 0,3 g/kg, bewertet mit 30 kcal ME/kg) (CD70), CD0 + β-Mannanase (0,3 g/kg, bewertet mit 45 kcal ME/kg) (CD85) und CD0 + β-Mannanase (0,3 g/ kg bewertet mit 60 kcal ME/kg) (CD100). Die Mittelwerte unterschieden sich im Wilcoxon-Test (P < 0,05).

Firmicutes:Bacteroidetes-Verhältnis (FBR) bei Zuchtschweinen (n = 6 pro Behandlung), denen eine von vier Diätbehandlungen verabreicht wurde: eine Kontrolldiät mit isolierter Phytase und Xylanase im Wert von 40 kcal ME/kg (CD0), CD0 + β-Mannanase ( 0,3 g/kg, bewertet mit 30 kcal ME/kg) (CD70), CD0 + β-Mannanase (0,3 g/kg, bewertet mit 45 kcal ME/kg) (CD85) und CD0 + β-Mannanase (0,3 g/ kg bewertet mit 60 kcal ME/kg) (CD100). Die Mittelwerte unterschieden sich im Wilcoxon-Test (P < 0,05).

In der vorliegenden Studie blieben die Tiere während des gesamten Versuchszeitraums gesund. Insgesamt zeigten Tiere, die mit ME-reduzierten, mit β-Mannanase ergänzten Diäten gefüttert wurden, keine Beeinträchtigung der Wachstumsleistung im Vergleich zu Tieren, die die CD0-Diät konsumierten. Zuvor wirkte sich eine Reduzierung der Nahrung um 61 kcal ME/kg, ergänzt mit 0,01 % Mastschweine13. Darüber hinaus wirkten sich Futtermittel mit reduzierten 120 kcal ME/kg bei Ergänzung mit 0,05 % Mannanase allein negativ auf die Leistung von Zuchtschweinen aus14.

Obwohl die vorliegende Studie einen Reaktionsverlust bei der Ultraschall-Rückenspeckdicke und Lendentiefe zeigte, gibt es eine Lücke zwischen verschiedenen Studien für diese Variable13,14, da es bei Schweinen, die mit Futter gefüttert werden, zu einer allmählichen Nutzung der Nahrungsenergie kommen kann, die durch eine exogene Enzymergänzung gefördert wird ohne ME-Reduktion13. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass die zusätzliche Energie, die durch die in der CD0-Diät getesteten Enzyme bereitgestellt wird, die Fettablagerung nicht fördert oder die Lendentiefe bei Zuchtschweinen verändert, wie von Cho et al.14 und Silva et al.6 beobachtet.

In der vorliegenden Studie, in Bezug auf den Gehalt an Nicht-Stärke-Polysacchariden (NSP), die in Maiskörnern (7,86 % CP) und Sojabohnenmehl (45,4 % CP) vorhanden sind, bestanden die experimentellen Diäten, die auf natürlichen Stoffen basierten, aus 6,8 % bis 16,4 % NSP bzw.1. Die kombinierte Wirkung der getesteten Enzyme förderte eine höhere ATTD an Nährstoffen und verdaulicher Energie, da ein Abbau von NSP stattfindet, um dem Tier zusätzliche Energie zu liefern13. Darüber hinaus führt die Hydrolyse struktureller Kohlenhydrate in kleinere Einheiten zu zusätzlicher Energie für den Schweinestoffwechsel, wenn Futter mit β-Mannanase7 und Xylanase9 gefüttert wird. Die Auswirkungen von Phytase auf die Phytathydrolyse und die Verfügbarkeit von Aminosäuren, die Energie liefern können, müssen ebenfalls berücksichtigt werden6; Diese Verbesserung der Aminosäureverdaulichkeit war jedoch uneinheitlich15.

Die Wachstumsleistung der Tiere wurde nicht beeinträchtigt und bestätigte somit die Vorteile der Energieeinsparung, wenn die Nahrung aufgrund der erhöhten Aktivität der Wirtsenzyme mit β-Mannanase ergänzt wird7. Dieses Enzym hat die Aufgabe, den Energieverbrauch zu senken, indem es in pflanzlichen Inhaltsstoffen enthaltene β-Mannane abbaut, die eine unnötige Immunaktivierung fördern, wie von Vangroenweghe et al.3 berichtet. Diese Tatsache spiegelte sich in höheren Nährstoff- und Energie-ATTD-Koeffizienten bei Schweinen wider, die mit CD85- oder CD100-Futter gefüttert wurden, da die getesteten Enzyme durch den Abbau von NSP13 auch die Viskosität des Verdauungstrakts verringern, die Verfügbarkeit von Nährstoffen erhöhen und die Integrität und Funktionalität der Darmschleimhaut verbessern und minimieren das Vorhandensein unerwünschter fermentierbarer Substrate im distalen Dünndarm5,8,11. Dadurch kommt es zu einer stärkeren Nährstoffaufnahme durch Enterozyten im Dünndarm von Schweinen2.

In der aktuellen Studie führte eine Reduzierung von 70 kcal ME/kg in Futtermitteln, die mit β-Mannanase-haltiger Xylanase-Phytase ergänzt wurden, nicht zu einer höheren ATTD bei Schweinen, aber die tägliche Futteraufnahme war bei den Tieren ähnlich, um den geringeren Nährstoffgehalt auszugleichen ATTD. Ein solches Ergebnis wirkte sich weder negativ auf die Wachstumsleistung noch auf Darmstörungen wie veränderte Stuhlwerte und Verdauungsgeschwindigkeit aus. Dies würde die Nährstoffnutzung beeinträchtigen, da weniger Kontakt zwischen Enzym und metabolisierbarem Substrat besteht11. Dieser Befund deutete darauf hin, dass die Auswirkungen von ATTD durch die getesteten Enzyme direkt vom ME-Gehalt in der Nahrung beeinflusst werden, was mit den von Cho et al.14 berichteten Ergebnissen übereinstimmt.

Bezüglich des biochemischen Blutprofils war zwar ein deutlicher Trend bei der Triglyceridkonzentration zu erkennen, da der ME-Gehalt wahrscheinlich aufgrund des Gehalts an Sojaöl in der Nahrung verringert wurde, wir konnten jedoch keine Auswirkungen diätetischer Behandlungen beobachten. Darüber hinaus spiegelte sich die verbesserte Nährstoff- und Energie-ATTD nicht in Veränderungen im biochemischen Blutprofil wider, im Gegensatz zu den Berichten von Cho und Kim13, die eine erhöhte Glukosekonzentration bei Zuchtschweinen beobachteten, die mit einer um 120 kcal ME/kg reduzierten Diät gefüttert wurden ein 0,025 % Mannanase- und 0,025 % Xylanase-Komplex. Die oben genannten Autoren führten dieses Ergebnis auf die Tatsache zurück, dass das Enzym β-Mannanase-Xylanase NSP erfolgreich hydrolysierte. In einer früheren Studie wurde berichtet, dass β-Mannane den glykämischen Stoffwechsel beeinträchtigen, indem sie die Blutzucker- und Insulinkonzentrationen verändern16, eine Tatsache, die in der vorliegenden Studie nicht beobachtet wurde.

Bemerkenswerterweise zeigten Tiere, denen CD100-Diät verabreicht wurde, eine Verringerung der Serum-IL-1β-Konzentration im Vergleich zu Tieren, denen die Diät ohne β-Mannanase-Ergänzung verabreicht wurde. Diese Tatsache wird auf das Potenzial von β-Mannanase zurückgeführt, die Entzündungsreaktion7 zu regulieren, die negative Auswirkungen auf die Gesundheit von Tieren haben kann. Unser Ergebnis bestätigt den Bericht von Kiarie et al.8, die eine niedrigere Serum-IL-1α-Konzentration bei jungen Schweinen beobachteten, die mit Diäten auf β-Mannanase-Basis gefüttert wurden. Die Autoren brachten dieses Ergebnis mit der Verhinderung von β-Mannanase in einer Immunantwort in Verbindung, die unnötigen Energieaufwand erfordert, da es zu einer Induktion entzündungsfördernder Zytokine wie IL-1β durch NSP über die Makrophagenstimulation kommt17.

In unserer Studie unterdrückte die Ergänzung von β-Mannanase in der Nahrung die Produktion des Zytokins IL-10 stark, es gab jedoch keine Veränderungen bei IL-4, IL-6, IL-8, IL-12/23p40, IFN-alpha, IFN- Gamma und TNF-Alpha. Diese unterschiedlichen Ergebnisse legen nahe, dass β-Mannanase in der Nahrung aufgrund ihrer Fähigkeit, die allergene Wirkung von β-Mannanen zu reduzieren, einen Dominanzzustand in T-Helfer-2-Zellen (Th2) verursacht und so eine Veränderung der Immunantwort fördert. Solche Ergebnisse müssen jedoch mit Vorsicht interpretiert werden, da IL-1β als Entzündungsmediator fungiert, der von Th2-Zellen über die Förderung der IL-10-Produktion unterdrückt wird18, was sich von den Ergebnissen bei Schweinen unterscheidet, die mit CD0-Diät gefüttert wurden.

Die im Magen-Darm-Trakt vorhandene Bakterienvielfalt spielt eine Rolle bei der Modulation der Darmfunktion und ist für den Stoffwechsel und die ATTD von Nährstoffen unerlässlich4,5. Im Allgemeinen ist das Gleichgewicht der kommensalen Mikrobiota von grundlegender Bedeutung für die Gesundheit des Wirts (z. B. Schweine), da es mit der Vielfalt der Gattungen und Arten zusammenhängt, die das Eindringen von Krankheitserregern reduzieren und vor ihnen schützen sowie antimikrobielle Substanzen synthetisieren19. Darüber hinaus waren die Phyla Firmicutes und Bacteroidota im Darmmikrobiom von Schweinen am häufigsten anzutreffen und für die Aufrechterhaltung der gastrointestinalen Homöostase von Bedeutung20. Dies entspricht den Ergebnissen von Kim et al.21 und Gresse et al.22.

Die Ergebnisse zeigten, dass eine β-Mannanase-Supplementierung in ME-reduzierten Diäten auffällige Veränderungen in der Häufigkeit mikrobieller Populationen hervorrief, was eine Fähigkeit zur Förderung der mikrobiellen Darmökologie demonstrierte, wie von Kiarie et al.8 berichtet, die eine vorteilhafte Modulation der Darmmikrobiota feststellten aufgrund der positiven Wirkung des Enzyms β-Mannanase (z. B. Reduzierung pathogener Bakterien und Darmentzündungen). Dies wurde durch erhöhte Messungen der Alpha-Diversität bei Schweinen, die mit CD85-Diät gefüttert wurden, im Vergleich zu Tieren, die mit CD100-Diät gefüttert wurden, beobachtet, und es wurde ein Trend bei der Beta-Diversität beobachtet. Diese Unterschiede in der mikrobiellen Vielfalt könnten durch die höhere ATTD an Nährstoffen und Substraten unterstützt werden, die ausschließlich der Mikrobiota im Dickdarm zur Verfügung stehen11. In der aktuellen Studie könnte sich jedoch eine verringerte ME in der Schweinefütterung unabhängig von der β-Mannanase-Supplementierung auf die Alpha-Diversität ausgewirkt haben, da es keinen Unterschied zwischen Tieren gab, denen CD0- und CD85-Futter verabreicht wurde. Wir stellten die Hypothese auf, dass die Reduzierung der Nahrung um 100 kcal ME/kg Veränderungen in der Zusammensetzung des fäkalen Mikrobioms begünstigt, da dies die Verfügbarkeit und Zusammensetzung von Substraten für die mikrobielle Fermentation verändern kann. Obwohl Tiere, die CD85- oder CD100-Diäten erhielten, die höchsten ATTD-Koeffizienten aufwiesen, war die Freisetzung von Zucker und Stickstoff aus den Pflanzeninhaltsstoffen durch die Wirkung der β-Mannanase-Xylanase-Enzyme8 möglicherweise für andere Zwecke als die Darmmikrobiota der gefütterten Schweine vorgesehen CD100-Diät.

Wir haben nachgewiesen, dass Schweine, die mit einer reduzierten Diät von 100 kcal ME/kg gefüttert wurden, eine geringere Häufigkeit von Mikroorganismen der Familie Ruminococcaceae aufwiesen, die für die Produktion von Xylanasen, Cellulasen, α-Glucosidasen, α- und β-Galactosidasen für eine verbesserte Energienutzung verantwortlich sind23. Darüber hinaus bauen diese Mikroorganismen komplexe pflanzliche Kohlenhydrate ab und verstoffwechseln sie24. Wenn der ME der Ernährung reduziert wird, kann dies die Verfügbarkeit von fermentierbaren Kohlenhydraten und Ballaststoffsubstraten verändern. Folglich kann dies das Wachstum und die Aktivität der Familie der Ruminococcaceae beeinträchtigen und möglicherweise zu Veränderungen in ihrer Häufigkeit oder funktionellen Rolle innerhalb des Darmmikrobioms führen.

Das Vorkommen der Familie der Acidaminococcaceae bei Schweinen ist mit einer erhöhten Produktion kurzkettiger Fettsäuren verbunden, wie Zhang et al.25 belegen konnten. Einige Mitglieder dieser Familie gelten jedoch als unerwünscht für die Zusammensetzung der Darmmikrobiota. Über die spezifische Rolle und Funktion der Familie der Acidaminococcaceae ist jedoch wenig bekannt26, was es schwierig macht, unser Ergebnis als positive Wirkung zu interpretieren. Ein verringerter ME-Gehalt in der Nahrung kann zu einer verminderten Verfügbarkeit von Aminosäuren führen, da Aminosäuren in bestimmten Fällen (z. B. verringerter Energiegehalt) als Energiequelle genutzt werden. Diese Änderung der Nährstoffverfügbarkeit kann sich auf die relative Häufigkeit von Mitgliedern der Familie der Acidaminococcaceae auswirken, da sie an den Stoffwechselprozessen der Aminosäuregärung27 beteiligt ist und möglicherweise zu Verschiebungen in ihrer Populationsgröße führt. In der vorliegenden Studie waren alle Diäten isoaminosäurehaltig und der beobachtete Unterschied bestand zwischen Tieren, denen CD0- und CD70-Diäten verabreicht wurden. Daher sind zusätzliche Untersuchungen erforderlich, um die Auswirkungen der in ME-reduzierten Diäten getesteten Enzyme auf die Familie der Zuchtschweine Acidaminococcaceae besser zu verstehen.

Die größere relative Häufigkeit der Streptococcaceae-Familie und der Streptococcus-Gattung bei Schweinen, die die CD0-Diät erhielten, im Vergleich zu Tieren, die CD85-Diät erhielten, deutete auf eine beeinträchtigte Darmgesundheit hin28, da diese Mikroorganismen mit entzündlichen Prozessen auf Darmebene in Zusammenhang stehen29. Interessanterweise zeigten Schweine, die die CD85-Diät erhielten, einen Anstieg der relativen Häufigkeit der Familie der Bacteroidaceae. Die Häufigkeit dieser Familie war mit einer proteinreichen Ernährung, aber einem geringeren Gehalt an fermentierbaren Ballaststoffen in der menschlichen Darmmikrobiota verbunden30. Bei einer gemeinsamen Analyse trug die höhere relative Häufigkeit der Ruminococcaceae-Familie bei Schweinen, die die CD0-Diät erhielten, zur geringeren Häufigkeit der Bacteroidaceae-Familie bei, da Bakterien der Bacteroidaceae-Familie aufgrund der fermentativen Aktivität der durch dargestellte Bakterien keine sauren pH-Bedingungen vertragen die Familie der Ruminococcaceae31.

Es wurde nachgewiesen, dass die Gattung Prevotella bei Schweinen, denen CD85 verabreicht wurde, häufiger vorkommt als bei Schweinen, denen CD100 verabreicht wurde. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass diese Unterschiede durch die Verringerung des Energiegehalts in der Nahrung gestützt werden, da Prevotella eine Rolle im Kohlenhydratstoffwechsel spielt, beispielsweise beim Polysaccharidabbau und der Oligosaccharidverwertung32,33. In unserer Studie ist es plausibel, dass eine Verringerung der ME über die Nahrung das Wachstum und Überleben bestimmter mikrobieller Taxa beeinflusst. Einige Mikroorganismen sind möglicherweise stärker auf bestimmte Substrate oder Energiequellen angewiesen und ihre Häufigkeit kann mit abnehmender Energieverfügbarkeit abnehmen. Andererseits können bestimmte mikrobielle Populationen, die sich an eine energiearme Ernährung anpassen oder alternative Energiequellen nutzen können, gedeihen, was zu einer veränderten Struktur der mikrobiellen Gemeinschaft führt.

Bisher hat keine Studie über die Häufigkeit der Gattung Christensenellaceae NSJ-63 und der Art NSJ-63 sp014384805 im fäkalen Mikrobiom von Schweinen berichtet, wie in unserer Studie bei Tieren, die die CD70-Diät zu sich nahmen, im Vergleich zu Schweinen, die mit CD0-Diät gefüttert wurden, beobachtet wurde. Die Häufigkeit der Christensenellaceae-Familie steht jedoch in Zusammenhang mit einer höheren Futterverwertung bei Schweinen34, dem Gesundheitszustand35 und der Fähigkeit, kurzkettige Fettsäuren als Endprodukte der Zuckerfermentation zu produzieren36. Obwohl keine signifikanten Auswirkungen auf die Familie der Christensenellaceae festgestellt wurden, erklärt die größere Häufigkeit der Gattung und Art bei Tieren, die mit CD70-Diät gefüttert wurden, das Fehlen einer Beeinträchtigung der Wachstumsleistung.

Der FBR gilt als vorteilhafte Bewertungsvariable für die Darmgesundheit und daher können Änderungen in diesem Verhältnis verschiedene Pathologien begünstigen37. In einem früheren Experiment wurde ein höherer FBR mit einer verbesserten Energieeffizienz und Wachstumsleistung bei Schweinen in Verbindung gebracht38. Allerdings sollte dieses Ergebnis in unserer Studie mit Vorsicht interpretiert werden, da Schweine, die die CD100-Diät erhielten, eine ähnliche Wachstumsleistung und Nährstoff-ATTD aufwiesen wie Schweine, die die CD85-Diät erhielten. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Ergänzung von β-Mannanase in ME-reduzierten Diäten, die Xylanase-Phytase enthielten, die Etablierung der in unserer Studie identifizierten Mikrobiotypen begünstigte und Unterschiede im fäkalen Mikrobiom bei Zuchtschweinen ermöglichte. Obwohl sich eine Verringerung der ME auf die Alpha- und Beta-Diversität bei Schweinen auswirken kann, ist dies daher nur ein Aspekt, der bei der Bewertung der komplexen Wechselwirkungen zwischen Ernährung, fäkalem Mikrobiom und Tiergesundheit berücksichtigt werden muss.

Basierend auf den in der vorliegenden Studie bewerteten Kriterien ermöglichte die Ergänzung von β-Mannanase in Diäten, die Xylanase-Phytase enthielten, eine Einsparung von 85 bis 100 kcal ME/kg durch Aufrechterhaltung der Wachstumsleistung und Verbesserung der Nährstoffverdaulichkeit, aber auch eine vorteilhafte und dynamische Modulation der Mikroben Alpha-Diversität bei Schweinen bei 85 kcal ME/kg. Darüber hinaus förderte β-Mannanase, ergänzt in ME-reduzierten Diäten, die Xylanase-Phytase enthielten, geringfügige Veränderungen der entzündlichen Zytokine, ohne die biologische Reaktion von Zuchtschweinen negativ zu beeinflussen.

Alle Versuchsprotokolle wurden von einem benannten institutionellen und/oder Lizenzierungsausschuss der Universidade Estadual do Oeste do Paraná (Unioeste, Brasilien) genehmigt (Protokoll Nr. 17/2022). Alle Methoden wurden in Übereinstimmung mit den relevanten Richtlinien und Vorschriften durchgeführt. Alle Methoden wurden gemäß den ARRIVE-Richtlinien (https://arriveguidelines.org/arrive-guidelines) angegeben.

Insgesamt 40 männliche Hybridschweine (Landrace × Large White) mit einem Gewicht von 26,09 ± 0,96 kg wurden in einem randomisierten vollständigen Blockdesign basierend auf dem Körpergewicht innerhalb von 4 Futterbehandlungen und 10 Wiederholungen in der Bucht zugewiesen, wobei ein Tier pro Bucht die Versuchseinheit war.

Die Tiere wurden gewogen, mit nummerierten Ohrmarken identifiziert und in einer gemauerten Anlage mit Keramikfliesen und vollständig verdichteten Bodenställen (6,34 m2) untergebracht, die in zwei Reihen angeordnet und durch einen zentralen Korridor getrennt waren, wie von Genova et al.39 beschrieben . Alle Ställe waren mit einem vorne angebrachten halbautomatischen Futterspender und einem Trinkbrunnen ausgestattet.

Die Umgebungstemperatur (20,40 ± 6,65 °C) und die relative Luftfeuchtigkeit (63,66 ± 19,30 %) wurden während des Versuchszeitraums mit einem Datenlogger mit Digitalanzeige (Hygro-Thermometer, Modell RT811) aufgezeichnet, der in der Mitte der Anlage installiert war. Die Temperatur- und Belüftungskontrolle im Inneren der Anlage erfolgte mithilfe von Seitenvorhängen und Bäumen auf beiden Seiten.

Der Versuchszeitraum dauerte 42 Tage und war in zwei Phasen unterteilt: Züchter I (0 bis 25 Tage) und Züchter II (25 bis 42 Tage). Die Diäten wurden auf der Grundlage von gemahlenem Mais- und Sojabohnenmehl formuliert, ergänzt mit industriellen Aminosäuren, entsprechend den von Rostagno et al.1 vorgeschlagenen Nährstoffanforderungen (Tabelle 4). Alle Diäten wurden in Form von Mahlzeiten, ad libitum, bereitgestellt und waren isonährstoffreich, mit Abweichungen lediglich im Gehalt an Sojaöl und Inertöl (Kaolin).

Die diätetischen Behandlungen bestanden aus: 1) einer Kontrolldiät, die isolierte Phytase und Xylanase im Wert von 40 kcal ME/kg (CD0) enthielt, 2) CD0 + β-Mannanase (0,3 g/kg im Wert von 30 kcal ME/kg) (CD70), 3) CD0 + β-Mannanase (0,3 g/kg, bewertet mit 45 kcal ME/kg) (CD85) und 4) CD0 + β-Mannanase (0,3 g/kg, bewertet mit 60 kcal ME/kg). ) (CD100). Die ME-Valorisierung in den Futtermitteln basierte auf dem Bedarf von 3.300 kcal ME/kg bzw. 3.350 kcal ME/kg für Schweine in der Wachstumsphase I bzw. II1.

Xylanase (Sunhy Biology Co., Ltd, Wuhan, HB, China; Registrierungsnummer PR-08978 03.462) war ein aus Trichoderma longibrachiatum gewonnenes Produkt mit einer Aktivität von 10.000 U/g. AU von Xylanase ist die Enzymmenge, die 1 Mikromol reduzierenden Zucker aus einer Xylanlösung (5 mg/ml) bei 37 °C und pH 5,5 freisetzt. Phytase (Sunhy Biology Co., Ltd, Wuhan, HB, China; Registrierungsnummer PR 000,267–4.000005) war ein Produkt von Aspergillus niger mit einer Aktivität von 1.000 U/g trockener Feststoff bei 37 °C und pH 5,5. β-Mannanase (Elanco Animal Health, Inc., São Paulo, SP, Brasilien; Registrierungsnummer SP-59122 30.011, Hemicell™ HT) wurde aus Paenibacillus lentus mit einer Aktivität von 160.000 U/g gewonnen. AU von β-Mannanase ist die Enzymmenge, die 0,72 µg reduzierende Zucker (entspricht D-Mannose) pro Minute aus Goma-Heuschrecken (Mannan-Konzentration 88 %) bei 40 °C und einem pH-Wert von 7,5 freisetzt.

Den Tieren wurden Futter und Wasser ad libitum zur Verfügung gestellt. Das Futter wurde täglich vor der Fütterung gewogen und Reste und Abfälle wurden manuell gesammelt, um die durchschnittliche tägliche Futteraufnahme (ADFI, kg/Tag) zu bestimmen. Die Tiere wurden an den Tagen 0, 25 und 42 gewogen, um das anfängliche Körpergewicht (IBW, kg), das endgültige Körpergewicht (FBW, kg), die tägliche Gewichtszunahme (DWG, kg/Tag) zu überwachen und das Verhältnis von Zunahme zu Futter (G) zu berechnen :F, kg:kg).

Die Beurteilung erfolgte durch teilweises Sammeln von Kot am Ende der Wachstumsphasen, wobei die Verfahren zur Bestimmung des Kot-Scores39 befolgt wurden. Vor Beginn der Sammlung wurden die Ställe gereinigt (08:00 Uhr) und die Tiere 12 Stunden lang ununterbrochen überwacht. Während dieses Zeitraums wurden unmittelbar nach dem Stuhlgang der Tiere mehrmals Kotproben entnommen, mit Ausnahme der Kotfraktion, die mit dem Boden der Ställe in Kontakt kam. Das Probenmaterial wurde sofort in den identifizierten Polyethylen-Plastikbeuteln gelagert und bis zum Ende des Sammelzeitraums in Thermoboxen (4 °C) aufbewahrt. Anschließend wurde der zu jedem Stift gehörende Kot homogenisiert, ein Aliquot in zweifacher Ausfertigung entnommen (jeweils 110 g), auf einer Waage gewogen (Bel Engineering, Modell M4102, Monza, LOM, Italien) und in einem Zwangsbelüftungsofen (Tecnalbrand, SF-325 NM-Modell; Piracicaba, SP, Brasilien) bei 55 °C für 72 Stunden zur Bestimmung der Trockenmasse40. Die erhaltenen Werte wurden nach der angepassten Methodik41 nach Stuhlkonsistenz klassifiziert.

In vivo wurden die Lendentiefe und die Rückenspeckdicke bei allen Tieren im P2-Lendenbereich42 am Ende der Wachstumsphase II (am Tag 42) mit Ultraschallgeräten (Aloka Co., Ltd., SSD-500 vet, Tokio, Japan) beurteilt mit einem 15-cm-Linearwandler und 3,5-MHz-Frequenzbetrieb. Eine Menge (≅ 45 ml) Pflanzenöl wurde als akustisches Koppelmittel verwendet, nachdem die Region mit einem schmerzfreien Epiliergerät trichotomisiert wurde39. Die Tiere wurden einzeln in Metallkäfigen gehalten, um die Daten unmittelbar nach der Erfassung der Lendenwirbelsäule aufzuzeichnen.

Die angewandten Verfahren stimmen mit denen überein, die in einer früheren Studie39 beschrieben wurden. Am Ende der Grower-II-Phase (am Tag 42) mussten alle Tiere 8 Stunden lang fasten. Die Blutentnahme (≅ 10 ml) erfolgte durch Punktion der vorderen Schädelvene. Das Blut wurde mit 20-ml-Spritzen und 1,2 × 40-mm-Nadeln gesammelt und die Dosen wurden in eines von drei Röhrchen (Vakuum-Blutentnahmeröhrchen aus Glas, Labingá, PR, Brasilien) überführt, das Kaliumfluorid, EDTA und kein Antikoagulans enthielt. Die Röhrchen wurden zuvor identifiziert, in eine Thermobox mit Eis (4 °C) überführt und zur weiteren Analyse an das Blutlabor geschickt. Anschließend wurden die Röhrchen mit den Proben 10 Minuten lang bei 3.000 g zentrifugiert (Centrilab-Analogzentrifuge, Modell 80-2B, Rio de Janeiro, RJ, Brasilien). Anschließend wurden ≅ 3 ml Plasma oder Serum in zuvor identifizierte Eppendorf-Polyethylenröhrchen überführt und zur Analyse von Harnstoff (enzymatisch-kolorimetrische Methode), Glucose (enzymatisch-kolorimetrische Methode) und Cholesterin (enzymatisch-kolorimetrische Methode) eingefroren (-18 °C). ), Gesamtprotein (Enzym-Biuret-Methode) und Albumin (kolorimetrisch – Bromkresolgrün). Die Analysen wurden spektrophotometrisch mit Hilfe eines Analysegeräts (Marke Bel, Modell SPECTRO S05, Rio de Janeiro, RJ, Brasilien) unter Verwendung spezifischer ANALISA-Kits (Gold Analisa Diagnostic, Belo Horizonte, MG, Brasilien) im Blutlabor von durchgeführt Unioeste. Der Globulinwert wurde unter Berücksichtigung der Differenz zwischen Gesamtprotein und Plasmaalbumin berechnet.

Blutproben von 8 Tieren pro Behandlung wurden bei -80 °C gelagert und zum gleichzeitigen Nachweis von IL-1β, IL-4, IL-6, IL-8, IL-10, IL- an das IMUNOVA-Labor (Curitiba, PR, Brasilien) geschickt. 12/23p40, IFN-alpha, IFN-gamma und TNF-alpha im Serum unter Verwendung eines Multiplex-Assays mit kommerziellem Kit (Invitrogen EPX090-60,829–901) und Anwendung der Luminex xMAP®-Technologie, die magnetische Nanokügelchen verwendet, die jeweils an spezifische Antikörper konjugiert sind erkennbares Ziel.

Der Indikator für unlösliche Säureasche (IAA, Celite®) wurde den Futterbehandlungen (10 g/kg Futter) am Ende der Wachstumsphase II (am Tag 42) zugesetzt, um die ATTD durch teilweise Kotsammlung zu bestimmen44. Die den Indikator enthaltenden Diäten wurden 10 Minuten lang mit einem Vertikalmischer homogenisiert, wie zuvor durchgeführt39. Anschließend wurden diese Futtermittel drei Tage lang gefüttert, bevor mit der Sammlung begonnen wurde. Am vierten Tag wurde nach angepasster Methodik eine teilweise Kotsammlung durchgeführt44. Der Beginn und das Ende der Diätfütterung sowie die Futteraufnahme pro Bucht wurden aufgezeichnet. Am vierten Tag wurde 12 Stunden lang der Kot gesammelt. Während der Sammlung wurde der Kot in zuvor identifizierten Polyethylen-Plastikbeuteln gelagert und in Thermoboxen mit Eis (4 °C) aufbewahrt. Nach Beendigung der Sammlung wurden die Proben zur weiteren Analyse in einem Gefrierschrank (-18 °C) gelagert.

Anschließend wurden die Proben aufgetaut, homogenisiert und ein Aliquot im technischen Duplikat (jeweils 110 g) entnommen, auf einer Waage gewogen (Bel Engineering, Modell M4102, Monza, LOM, Italien) und getrocknet (55 °C für einen Zeitraum). von 72 h) in einem Zwangsbelüftungsofen (Tecnalbrand, Modell SF-325 NM; Piracicaba, SP, Brasilien)40. Anschließend wurden die Proben in einer Mikropulvermühle (R-TE-350; Tecnal Equipment Scientific, Piracicaba, SP, Brasilien) gemahlen und in zuvor identifizierten Kunststoffbehältern gelagert.

Die Analyse von IAA erfolgte durch Aufschluss mit Salzsäure (4N)43. Die chemische Zusammensetzung der Nahrung und des Kots wurde gemäß der von Silva und Queiroz40 beschriebenen Methodik für CP nach dem Kjeldahl-Verfahren, DM, Mineralstoff (MM) und Berechnung von OM ermittelt. Die Bruttoenergieanalyse (GE) von Diäten und Fäkalien wurde durch Probenverbrennung in einer kalorimetrischen Bombe (IKA®, Modell C200, Wilmington, NC, USA) durchgeführt.

Basierend auf den Rohergebnissen wurden die prozentuale IAA-Rückgewinnung und die ATTD-Koeffizienten von DM, CP, OM und GE berechnet43. Die verdaulichen Nährstoff- und Energiewerte wurden in Prozent des ATTD von DM, CP, OM und kcal/kg DE gemäß den von Sakomura und Rostagno43 aufgestellten Gleichungen berechnet.

Die Beurteilung der Gesamtpassagerate des Verdauungstrakts erfolgte am Ende der Wachstumsphasen (an den Tagen 25 und 42) anhand der fäkalen Markerausscheidung (Eisenoxid)45. Eine Standardmenge der Nahrung wurde unter Zugabe von 1,5 % Marker abgewogen und homogenisiert, um die Aufnahme in einer einzigen Mahlzeit sicherzustellen, wie in einer früheren von unserem Team durchgeführten Studie übernommen39. Das gesamte in den Futterhäuschen enthaltene Futter wurde 1 Stunde vor Beginn der Markerdiät entfernt und in beschrifteten Behältern aufbewahrt, um in das Futterhäuschen zurückgebracht zu werden. Die Fütterung der markierten Diäten erfolgte manuell und geordnet entsprechend dem Zeitpunkt der Entnahme der Diät ohne Markierung. Der Zeitpunkt der Fütterung und der Zeitpunkt, zu dem die Tiere den gesamten Verzehr des markierten Futters (Zeitpunkt 0) abgeschlossen hatten, wurden individuell pro Bucht erfasst. Es wurde eine Überwachung der Ställe organisiert, um den markierten Kot zu identifizieren und den jeweiligen Zeitpunkt zu erfassen. Die Gesamtpassagerate des Digestas wurde auf der Grundlage der Zeit (in Minuten) berechnet, die zwischen dem Gesamtverbrauch der markierten Nahrung und dem Beginn der Ausscheidung des markierten Kots verging.

Kotproben aus dem Rektum (≅ 2 g) von 6 Schweinen pro Behandlung wurden am Ende der Wachstumsphase II (am Tag 42) manuell entnommen und sofort in sterile Eppendorf-Kunststoffröhrchen mit 3 ml überführt, wobei das in Genova et al.39. Die Proben wurden sofort bis zur Analyse bei -80 °C eingefroren. Ein kommerzielles Kit (ZR Fecal DNA MiniPrep®, Zymo Research South America, Botucatu, SP, Brasilien) wurde verwendet, um DNA aus den Proben gemäß dem vom Hersteller empfohlenen Protokoll zu extrahieren. Die extrahierte DNA wurde durch Spektrophotometrie bei 260 nm quantifiziert. Alle Proben wurden einer Elektrophorese in 1 % Agarosegel unterzogen, um die Integrität der extrahierten DNA zu beurteilen.

Ein Segment von etwa 460 Basen der hypervariablen Region V3–V4 des ribosomalen 16S-RNA-Gens wurde unter Verwendung der in der Methodik beschriebenen Universalprimer und der folgenden PCR-Bedingungen amplifiziert: 95 °C für 3 Minuten, 25 Zyklen von 95 °C für 3 Minuten 30 s, 55 °C für 30 s und 72 °C für 30 s, gefolgt von einem Schritt bei 72 °C für 5 min. Aus diesen Amplifikationen wurde die metagenomische Bibliothek mit einem kommerziellen Kit (Nextera DNA Library Prepared Kit von Illumina®) erstellt. Die Amplifikationen wurden gepoolt und anschließend auf dem Illumina® MiSeq™-Sequenzer46 sequenziert.

Die auf dem Sequenzer erhaltenen Messwerte wurden in der Plattform „Quantitative Insights in Microbial Ecology“ (QIIME 2)47 nach einem Analyseablauf zur Entfernung minderwertiger Sequenzen, Filtration, Entfernung von Chimären und taxonomischer Klassifizierung analysiert. Sequenzen wurden in Bakteriengattungen klassifiziert, indem Amplikonsequenzvarianten (ASVs) erkannt wurden, d. h. die Homologie zwischen Sequenzen beim Vergleich mit einer Datenbank. Die Sequenzen wurden mit dem Update 2019 (SILVA 138) verglichen, das zur SILVA-Datenbank für ribosomale Sequenzen gehört48.

Um die Klassifizierung von Bakteriengemeinschaften anhand der ASV-Identifizierung zu erstellen, wurden 25.610 Lesevorgänge pro Probe verwendet, um die Daten zu normalisieren und keine Proben mit unterschiedlicher Anzahl von Lesevorgängen zu vergleichen. Die Stichproben der Identifikatoren 29.160 und 29.167 wurden aufgrund der geringen Anzahl von Lesevorgängen (< 15.000), die nach den Qualitätsfilterschritten wiederhergestellt wurden, entfernt.

Vor der Bewertung der Ergebnisse der einfaktoriellen Kovarianz- (ANCOVA) und Varianzanalyse (ANOVA) wurde die Analyse der standardisierten Student-Residuen untersucht, um Ausreißer (Werte größer oder gleich drei Standardabweichungen) zu erkennen. Die Normalität der Fehler und die Homogenität der Varianzen zwischen den Behandlungen für die Variablen wurden zuvor mithilfe des Shapiro-Wilk- bzw. Levene-Tests bewertet. Für die Wachstumsleistungsvariablen war das verwendete statistische Modell: Yijk = µ + Ti + bj + β (Xijk -\({\overline{\mathrm{X}} }_{\dots }\)) + εijk, wobei Yijk = mittlere Beobachtung der abhängigen Variablen in jedem Diagramm, gemessen in der i-ten Behandlungsklasse, im j-ten Block und in der k-ten Replikation; µ = Effekt des Gesamtmittelwerts; Ti = fester Behandlungseffekt, für i = (1, 2, 3 und 4); bj = zufälliger Effekt des Blocks, für j = (1 und 2); β = Regressionskoeffizient von Y auf X; Xijk = mittlere Beobachtung der anfänglichen Kovariate des Körpergewichts in jedem Diagramm, gemessen in der i-ten Behandlungsklasse, im j-ten Block und in der k-ten Replikation; \({\overline{\mathrm{X}} }_{\dots }\)= Gesamtmittelwert für die Kovariate X; εijk = zufälliger Fehler im Zusammenhang mit der Beobachtung Yijk. Für die anderen Variablen wurde das oben genannte statistische Modell verwendet, ohne den Kovariateneffekt einzubeziehen.

Die Auswirkungen der Behandlung auf die abhängigen Variablen wurden mithilfe von ANCOVA oder ANOVA untersucht. Mehrere Vergleiche zwischen den Behandlungsmitteln wurden gemäß dem Post-hoc-Test von Tukey durchgeführt. Diese statistischen Analysen wurden unter Verwendung von Verfahren der SAS University Edition (SAS Inst. Inc., Cary, NC, USA) durchgeführt. Alle Daten mit Normalverteilung wurden als Mittelwerte mit gepooltem Standardfehler des Mittelwerts dargestellt.

Für das fäkale Mikrobiom wurde der statistische Vergleich zwischen Gruppen in den Alpha-Diversitätsanalysen und in der relativen Häufigkeit von Taxa in allen Versuchsgruppen mithilfe des nichtparametrischen Wilcoxon-Tests durchgeführt. Statistische Analysen zur Beta-Diversität wurden mithilfe der in der QIIME 2-Pipeline vorhandenen permutationellen multivariaten Varianzanalyse (PERMANOVA) unter Verwendung einer Anzahl von 10.000 Permutationen durchgeführt. Alpha-Diversitätsanalysen wurden von den Phyloseq49- und Microbiome50-Bibliotheken berechnet. Bei den Zytokinanalysedaten wurden Ausreißer mittels ROUT-Test (Q = 1 %) identifiziert und die Normalität mittels D'Agostino-Pearson-Test bewertet. Anschließend wurden statistische Unterschiede mithilfe des Kruskal-Wallis-Tests und anschließend des Dunn-Post-hoc-Tests ermittelt. Die Signifikanz der Behandlung wurde angegeben, wenn P < 0,05 und ein Trend, wenn 0,05 < P < 0,1.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Referenzen herunterladen

Wir danken der Elanco Animal Health Incorporated Company, der Universidade Estadual do Oeste do Paraná, der Copagril Agroindustrial Cooperative und der Universidade Federal de Viçosa für ihre Bemühungen und Unterstützung bei der Forschung.

Diese Forschung wurde von der Elanco Animal Health Incorporated Company (1329/2020), der Universidade Estadual do Oeste do Paraná (17/2022) und der Copagril Agroindustrial Cooperative (12/2020) unterstützt.

Abteilung für Tierwissenschaften, Bundesuniversität Viçosa, Viçosa, 36570900, Brasilien

Jansller Luiz Genova, Hellen Lazarino Oliveira Vilela, Pedro Silva Careli, Damares of Castro Fidelis Toledo und Luciana Navajas Renno

Abteilung für Tierwissenschaften, State University of Western Paraná, Marechal Cândido Rondon, 85960000, Brasilien

Liliana Bury de Azevedo, Paulo Evaristo Rupolo, Silvana Teixeira Carvalho und Paulo Levi de Oliveira Carvalho

Abteilung für Tierwissenschaften, Bundesuniversität Bahia, Salvador, 40110909, Brasilien

Flávia Beatriz Carvalho Cordeiro & Juliana Canto Faveri

Elanco Animal Health Incorporated Company, São Paulo, 04794000, Brasilien

Marcos Kipper

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PLOC, MK und JCF: Konzeptualisierung, Datenkuration und Projektmanagement. JLG, LBA, PER, STC und FBCC: Methodik. JLG: Software. JLG und PER: Statistische Analyse, formale Analyse und Schreiben – ursprüngliche Entwurfsvorbereitung. PLOC, STC und MK: Validierung. FBCC, PER und LBA: Untersuchung. JLG, HLOV, FBCC, PSC, DCFT und LNR: Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung. PLOC, STC, JCF und MK: Aufsicht. Alle Autoren haben zum Artikel beigetragen und die eingereichte Version genehmigt.

Korrespondenz mit Jansller Luiz Genova.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Genova, JL, Azevedo, LBd, Rupolo, PE et al. Mit der Nahrung ergänzte β-Mannanase sparte 85 bis 100 kcal an metabolisierbarer Energie/kg ein, unterstützte die Wachstumsleistung und verbesserte die Nährstoffverdaulichkeit bei Zuchtschweinen. Sci Rep 13, 12546 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-38776-5

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Eingegangen: 19. März 2023

Angenommen: 14. Juli 2023

Veröffentlicht: 02. August 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-38776-5

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