Studio scientifico. Il microbioma fecale e il metaboloma differiscono nei cani nutriti con la dieta BARF (Bones and Raw Food) e quelli nutriti con cibo industriale processato

Milena Schmidt , Stefan Unterer, Jan S. Suchodolski, Julia B. Honneffer, Blake C. Guard, Jonathan A. Lidbury, Jörg M. Steiner, Julia Fritz, Petra Kölle
Pubblicato: 15 Agosto 2018 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0201279

FE795761-BD2B-47D7-BE82-CE4BA00AC5DB

Astratto

Introduzione

Nutrire i propri cani con una dieta a base di ossa e cibi crudi (BARF) è diventata una tendenza crescente nel mondo dell’alimentazione canina. La dieta BARF contiene una grande quantità di componenti animali come carne, frattaglie e ossa carnose crude, combinate con quantità relativamente piccole di ingredienti vegetali come frutta e verdura e diversi tipi di olii ed integratori. Mentre molti studi si sono concentrati sulla trasmissione di agenti patogeni attraverso la carne cruda contaminata e squilibri nutrizionali, sono pochi gli studi che hanno valutato l’effetto della dieta BARF sul microbioma fecale e sul metaboloma. Lo scopo dello studio era di indagare le differenze nel microbioma fecale e nel metaboloma nei cani nutriti con la dieta BARF e quelli con una dieta commerciale (cibo umido e secco per cani).

Metodi

Sono stati ottenuti campioni fecali da 27 cani alimentati BARF e 19 cani alimentati con cibo commerciale. Le differenze di proteine ​​grezze, grassi, fibre e NFE (estratto privo di azoto) tra le diete sono state calcolate con un database di sostanze nutritive scientifiche. Il microbiota fecale è stato analizzato mediante il sequenziamento del gene rRNA 16S e dei saggi quantitativi PCR. Il metaboloma fecale è stato analizzato in 10 cani nutriti BARF e 9 cani alimentati con una dieta commerciale, mediante un approccio metabolomico non mirato.

Risultati

I cani del gruppo BARF hanno ricevuto una quantità significativamente maggiore di proteine ​​e grassi e una quantità significativamente inferiore di NFE e fibre. Non c’era alcuna differenza significativa nelle misure di alfa-diversità tra i gruppi di dieta. L’analisi della somiglianza (ANOSIM) ha rivelato una differenza significativa nella beta-diversità (p <0,01) tra i due gruppi. La dimensione dell’effetto dell’analisi discriminante lineare (LefSe) ha mostrato una maggiore abbondanza di Lactobacillales, Enterobacteriaceae, Fusobacterium e, Clostridium nel gruppo BARF mentre i cani nutriti convenzionalmente avevano una maggiore abbondanza di Clostridiaceae, Erysipelotrichaceae, Ruminococcaceae e Lachnospiraceae. I saggi qPCR hanno rivelato un’abbondanza significativamente maggiore di Escherichia coli (E. coli) e Clostridium (C.). perfringens e un aumento dell’indice di disbiosi nel gruppo BARF. I principali diagrammi di analisi della componente componente (PCA) dei dati metabolomici hanno evidenziato un raggruppamento tra gruppi di dieta. L’analisi foresta casuale ha mostrato differenze nell’abbondanza di vari componenti, tra cui l’aumento dell’acido 4-idrossibutirrico (GBH) e dell’acido 4-amminobutirrico (GABA) nel gruppo BARF. Sulla base di statistiche univariate, diversi metaboliti erano significativamente diversi tra i gruppi di dieta, ma hanno perso significato dopo aggiustamento per confronto multiplo. Non sono state riscontrate differenze nelle concentrazioni di acido biliare fecale, ma il gruppo BARF aveva una maggiore concentrazione fecale di colesterolo nelle loro feci rispetto ai cani nutriti convenzionalmente.

Discussione

Diversi studi hanno rivelato il potenziale rischio di trasmissione ed escrezione di agenti patogeni attraverso carne contaminata [18, 19], ma solo pochi studi hanno studiato gli effetti sull’alimentazione di carne cruda sul microbioma di cani [11, 12, 20]. L’attuale studio indica che un profondo cambiamento nella dieta, specialmente con importanti cambiamenti nel contenuto di proteine ​​e grassi, può influenzare considerevolmente il microbioma intestinale. Questo risultato è confermato anche da altri risultati, ad esempio in uno studio di alimentazione condotto da Bermingham et al. [21]. In questa indagine, i gatti sono stati esposti ad una dieta secca (33,0% di proteine ​​grezze, 11,0% di carboidrati, 49,4% di carboidrati, 6,6% di% di DM di cenere) per cinque settimane dopo aver alimentato una dieta umida con macronutrienti significativamente alterati (proteina grezza 51,7%, grasso 28,9%, carboidrati 8,9%, cenere 10,6% in% DM) per un periodo di cinque settimane. Questo cambiamento nella dieta ha portato a numerose alterazioni nell’abbondanza di taxa batterici come Fusobacteriaceae e Pelomonas [21]. Nel 2013, Bermingham et al. [22] hanno confrontato due gruppi di gatti: un gruppo era alimentato con una dieta secca (32,9% di proteina grezza, 11,1% di grassi, 45,9% di carboidrati, 8,3% di ceneri, fibra grezza 1,9% in% di materia secca (DM)), l’altro uno con una dieta umida (41,9% di proteine, 42,4% di grassi, 5,3% di carboidrati, cenere 8,8%, fibre grezze 1,6% in% DM). I risultati hanno rivelato effetti significativi sulla popolazione batterica fecale, ad esempio una maggiore quantità di Actinobacteria e una minore abbondanza di Proteobacteria e Fusobacteria nel gruppo alimentare secco [22].

Modifiche minori della dieta, tuttavia, non portano a cambiamenti consistenti nel microbiota, come dimostrato ad esempio da Panasevich et al. 2017 [7]. Un’aggiunta di fibre di patata fino al 6% ha aumentato la quantità di Firmicutes e diminuito Fusobacteria, ma i cambiamenti erano piuttosto piccoli in totale. Effetti simili sono stati osservati anche in uno studio recente che ha confrontato gli effetti della dieta e degli antibiotici: mentre il metronidazolo ha avuto un effetto profondo sul microbioma e sul metaboloma fecali, un passaggio da una dieta in scatola o secca ad una dieta proteica idrolizzata di macronutrienti simili non ha influenzato il microbioma in modo significativo [9].

Per studiare l’effetto delle diete a base di carne cruda contro diete estruse sul microbioma fecale, Sandri et al. [11] ha condotto uno studio di alimentazione con due gruppi di cani alimentati con una dieta a base cruda (26,2% di proteina grezza, 18,2% di grasso grezzo, 50,6% di NFE, 0,7% di fibra grezza, 4,3% di ceneri in% DM) o una dieta commerciale con una formula simile (26,7% di proteina grezza, 10,6% di grasso grezzo, 49,9% di NFE, 2,8% di fibra grezza e 10,0% di ceneri in% DM), rispettivamente. Questa modifica nella dieta ha portato ad un’abbondanza significativamente maggiore di Proteobacteria e Fusobatteri nei cani alimentati con la dieta cruda, che è stata trovata anche nel nostro studio attuale. Tuttavia, i cani sottoposti a una dieta cruda nello studio di Sandri non hanno mostrato un cambiamento significativo nell’abbondanza di Firmicutes, mentre i cani nella sperimentazione attuale hanno mostrato livelli significativamente inferiori rispetto ai cani nutriti convenzionalmente. Per quanto riguarda l’abbondanza di Actinobacteria, i cani con una dieta a base di carne nello studio di Sandri hanno mostrato livelli più alti, mentre non vi era alcuna differenza significativa tra i due gruppi nel nostro studio. Entrambi gli studi differiscono per quanto riguarda la composizione delle diete BARF: i cani nello studio di Sandri sono stati alimentati con carne di manzo e carboidrati altamente digeribili, mentre la maggior parte dei cani di questo studio ha ricevuto una combinazione di carne muscolare, frattaglie e ossa di carne parzialmente crude. Inoltre, il contenuto proteico era più alto e il contenuto di carboidrati più basso (44,4% di proteine, 15,8% di NFE) nel presente studio rispetto allo studio di Sandri.

A livello familiare, Sandri et al. Hanno dimostrato un’abbondanza significativamente maggiore di Enterobacteriaceae nell’attuale gruppo BARF. [11]. Una significativa diminuzione delle ruminococcacee nei cani alimentati come mostrato in questo studio è stata riportata anche da Bermingham et al. [12]. Inoltre, il riscontro di una maggiore abbondanza di Erysipelotrichaceae nel gruppo di controllo dello studio attuale è stato anche dimostrato in precedenza [12, 23].

A livello di genere, i cani alimentati con la dieta BARF hanno rivelato un’abbondanza significativamente maggiore di Clostridium nel presente studio. Inoltre, qPCR ha anche rilevato una differenza significativa nell’abbondanza di Clostridium perfringens nei cani nutriti con la dieta BARF. L’effetto di somministrare diete proteiche con un aumento di Clostridium o Clostridium perfringens è stato documentato in precedenza in diversi studi [12, 2224].

Inoltre, i risultati di qPCR hanno mostrato una maggiore abbondanza di E. coli nel gruppo BARF. Mentre E. coli sono normali commensali nell’intestino e la maggior parte dei ceppi non patogeni, E. coli ha la capacità di attaccarsi alla parete intestinale e può portare a gastroenterite in alcuni animali [25, 26]. Il rischio per la salute dei cani che ingeriscono E. coli non è stato ancora completamente chiarito e una potenziale contaminazione del cibo BARF è stata confermata in diversi studi [27, 28]. Inoltre, diverse prove di alimentazione hanno esaminato l’influenza di diversi contenuti di proteine ​​alimentari sull’abbondanza di E. coli. Lubbs et al. ha scoperto che l’alimentazione di una proteina ad alto contenuto proteico (52,9% di proteina grezza in% DM) rispetto a una dieta moderata (34,3% in% DM) non ha influenzato l’abbondanza di E. coli nei gatti adulti [29] o anche portare ad una minore abbondanza di E. coli in gattino in crescita sulla stessa dieta, come mostrato in uno studio di Vester et al. [30]. Tuttavia, l’alimentazione di una dieta ricca di proteine ​​ha aumentato l’abbondanza di E. coli nel presente studio. Un effetto simile è stato rivelato anche in uno studio con due gruppi di ratti, uno alimentato con una dieta contenente il 20,1% di proteine ​​e il 55,5% di carboidrati in% DM, e l’altro gruppo alimentato con una dieta del 45,1% di proteine ​​e il 29,9% di carboidrati in% DM [31]. Inoltre, una significativa riduzione di E. coli nelle feci di cani è stata dimostrata in uno studio di Gonzàles-Ortiz et.al, in cui la proteina alimentare è stata ridotta da 16,7 g a 8,37 g di proteina grezza / MJ [32]. Per escludere un effetto reciproco tra l’assorbimento di E. coli attraverso il cibo e il tipo di dieta, un confronto tra l’abbondanza di E. coli fecale nei cani nutriti BARF e nei cani nutriti con cibo in scatola potrebbe essere utile, poiché entrambi i tipi di dieta forniscono elevate quantità di proteine.

È interessante notare che non vi era alcuna differenza considerevole nell’abbondanza di Fusobacterium tra cani alimentati con la dieta BARF e cani alimentati con cibo commerciale in qPCR, anche se LefSe ha mostrato una quantità significativa maggiore di Fusobacterium nei cani nutriti con la dieta BARF (LDA 4.49). Una spiegazione per questa discrepanza è ancora da trovare. Questa divergenza sottolinea ancora una volta l’utilità di una combinazione di diversi metodi di rilevazione e una valutazione critica dei dati raccolti.

L’indice DI disbiotico era significativamente differente tra i due gruppi. Questo indice è stato addestrato contro il microbiota di cani con infiammazione intestinale cronica [16]. I principali taxa batterici che contribuiscono alla disbiosi intestinale nei cani sono aumenti di E. coli e Streptococco e diminuiscono in Faecalibacterium [14, 3335]. In questo studio abbiamo dimostrato che l’alimentazione di una dieta ricca di proteine ​​e ad alto contenuto lipidico diminuiva significativamente il Faecalibacterium e l’aumento di Streptococcus, E. coli e C. perfringens, l’ultimo gruppo è stato spesso visto aumentare nella malattia GI [35]. La comprensione dei meccanismi che legano il microbiota alle malattie croniche intestinali è ancora in via di sviluppo. È probabile che diversi fattori (ad es., Background genetico dell’ospite, danni all’epitelio intestinale dovuti a fattori scatenanti l’ambiente) e alterazioni nel microbiota intestinale debbano interagire per indurre la malattia. Pertanto, in questa fase non è noto, se i cambiamenti osservati in questo studio causeranno malattie intestinali in futuro. Tuttavia, il nostro studio è stato in grado di dimostrare che le diete tipiche della BARF possono indurre alcune di queste alterazioni nel microbiota intestinale.

L’influenza della dieta sul metaboloma fecale è raramente studiata. Come riassunto nella sezione dei risultati, i grafici PCoA hanno mostrato un raggruppamento del metaboloma fecale dei cani nutriti BARF rispetto ai cani alimentati con cibo commerciale e l’analisi foresta casuale ha mostrato varie differenze tra i due gruppi. Inoltre, l’analisi univariante ha identificato diversi composti che erano significativamente differenti sulla base di valori p non aggiustati, ma non dopo aver aggiustato i valori di p. A questo punto il miglior valore di cut-off non è chiaramente determinato. Questi risultati indicano insieme che il metaboloma fecale differisce tra i due gruppi.

Studi hanno precedentemente studiato l’effetto della dieta e della malattia sull’abbondanza di colesterolo, acidi biliari primari e secondari. Questi composti metabolici dimostrano che il microbiota ospite e intestinale operano molto da vicino, poiché i batteri del colon sono necessari per la conversione degli acidi biliari primari e secondari. Nella disbiosi intestinale dovuta a malattia gastrointestinale, sono state segnalate alterazioni delle concentrazioni di acido biliare fecale, in particolare una riduzione degli acidi biliari secondari fecali a causa di una inadeguata conversione batterica [36, 37]. Mentre una significativa alterazione dell’abbondanza di colesterolo non è stata trovata nei cani con IBD [36], i pazienti umani con colite ulcerosa espellevano una maggiore quantità di colesterolo, mentre l’escrezione di acido biliare non era significativamente alterata [38]. Meno si sa di fattori dietetici, ei nostri risultati hanno mostrato che i cani nutriti con la dieta BARF non mostravano alterazioni nelle concentrazioni di acido biliare fecale, mentre il colesterolo fecale era significativamente aumentato. Diversi studi hanno dimostrato che fonti di fibre speciali come la fibra di barbabietola da zucchero o la crusca d’avena e il grasso polinsaturo possono portare ad una maggiore escrezione di colesterolo fecale in umani, ratti e criceti [3941]. Poiché i cani coinvolti nel nostro studio erano in buona salute, i valori ematici non erano stati valutati e il contenuto di fibre grezze delle diete era piuttosto basso, saranno necessari ulteriori per valutare la differenza nell’abbondanza di colesterolo e acidi biliari nei cani nutriti con diete diverse.

Un altro metabolita fecale più abbondante nel gruppo BARF era l’isomaltosio. Questo disaccaride deriva dalla degradazione dell’amido alimentare o del glicogeno mediante l’enzima alfa-amilasi. L’isomaltosio viene quindi ulteriormente convertito enzimaticamente in glucosio. Essendo parte di isomalto-oligosaccaridi, l’isomaltosio ha funzioni prebiotiche e può essere utilizzato in campo farmaceutico a causa della sua attività antimicrobica [42]. Nondimeno, l’isomaltosio sembra avere un ruolo in diversi processi patologici. Ad esempio, le carenze potrebbero causare intolleranza e diarrea dell’amido [43, 44]. Inoltre, gravi lesioni o malattie possono portare ad un aumento dell’escrezione di isomaltosio attraverso l’urina nell’uomo [45, 46] o una maggiore abbondanza nel plasma di pazienti con malattie renali croniche [47]. Al meglio delle nostre conoscenze, nessuno studio ha esaminato l’escrezione fecale di isomaltosio nei cani alimentati con diete diverse o cani in diverse condizioni  di salute.

Nel nostro studio abbiamo osservato che i cani BARFisti hanno mostrato una maggiore abbondanza di acido 4-idrossibutirrico (GHB) e acido 4-aminobutirrico (GABA) nelle loro feci. L’acido gamma-aminobutirrico è un importante neurotrasmettitore con carattere inibitorio nel sistema nervoso centrale. Sembra che GABA possa anche essere influenzato dalla dieta: come mostrato in uno studio di Olson et al. [48], l’alimentazione di una dieta chetogenica ha comportato un’alterazione del microbiota intestinale e un aumento del rapporto ippocampo GABA / glutammato. L’acido gamma-idrossibutirrico essendo un acido grasso a catena corta e il metabolita del GABA, potrebbe anche agire da neurotrasmettitore [49]. Mentre l’effetto positivo di speciali componenti alimentari nella terapia dell’epilessia umana è ben noto, specialmente in forma di diete chetogeniche per bambini [50], la nostra conoscenza sull’intervento dietetico per cani con epilessia è ancora in via di sviluppo. Law et al. ha dimostrato che l’alimentazione di una dieta chetogenica di TAG a catena media (MCTD) riduceva la frequenza delle crisi dei cani arruolati [51]. In un altro studio, Pan et al. scoprirono che l‘integrazione di MCT portava ad una maggiore abbondanza del beta-idrossibutirrato corpo chetone nonché ad una migliore funzione cognitiva nei cani anziani [52]. Saranno necessari ulteriori studi per valutare l’effetto di un intervento dietetico come la regolazione del contenuto di grassi, proteine ​​e NFE e l’integrazione di acidi grassi nei cani con epilessia.

Nel nostro studio i cani nutriti con la dieta BARF hanno mostrato una maggiore abbondanza di acido gluconico rispetto ai cani alimentati con cibo industriale. Questo derivato del glucosio è un acido organico delicato non volatile presente ad esempio nella carne, piante o prodotti caseari [53]. Gli studi hanno dimostrato che l’acido gluconico può avere un effetto prebiotico poiché stimola i batteri dell’acido lattico e la produzione di butirrato nei suini [54] e nei bifidobatteri nell’uomo [55]. Deve essere chiarito perché i cani BARF mostrano una maggiore abbondanza di questo metabolita nel nostro studio.

Sarebbe stato utile includere anche un’analisi delle concentrazioni di SCFA fecale. Tuttavia, gli SCFA sono composti volatili e la piattaforma metabolomica utilizzata in questo studio non consente la misurazione di tali metaboliti volatili. La ragione per la scelta dell’attuale piattaforma metabolomica è che espande chiaramente la nostra conoscenza di ulteriori metaboliti che sono cruciali per la salute dell’ospite e misurabili nelle feci. Alcuni di questi metaboliti (amminoacidi, lattato, acidi biliari) sono stati osservati come alterati nelle feci di cani con malattia intestinale acuta e cronica. Questo approccio metabolomico può fornire informazioni utili su importanti vie biochimiche che possono essere alterate con la dieta. La limitazione attuale della metabolomica è la mancanza di una singola piattaforma che potrebbe consentire una misurazione rigorosa della maggior parte di questi composti.

Ci sono alcune limitazioni in questo studio, inclusa l’ingestione di un apporto molto variabile di macronutrienti. Specialmente le diete in scatola e secche forniscono diverse quantità di proteine, grassi e NFE. In generale, una comunanza di entrambe le diete commerciali si sta riscaldando durante il processo di produzione per la conservazione a lungo termine e l’eliminazione dei germi, in contrasto con la carne nelle diete BARF, che vengono alimentate crude e non trasformate. Per questo motivo, entrambi i tipi di alimenti commerciali sono stati inclusi nello studio. È anche importante notare che le fonti di fibre fermentescibili e non fermentabili non sono state differenziate in questo studio. Un’altra limitazione è che i cani potrebbero anche aver mangiato materiale esterno come feci di altri animali o spazzatura in un momento inosservato dai loro proprietari. Inoltre, cani di diversi ambienti domestici e razze diverse sono stati inclusi in questo studio e alcuni campioni sono stati gestiti direttamente dai proprietari. Tuttavia, è importante confrontare queste varie diete utilizzate dai proprietari nei loro ambienti domestici.

Conclusione

Le comunità microbiche e il metaboloma variano significativamente tra i cani nutriti con la dieta BARF e i cani nutriti con cibo commerciale.

Lo studio completo QUI


Traduzuine: #Barf-bornagainrawfeeders

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