The biological effects of microencapsulated organic acids and botanicals induces tissue-specific and dose-dependent changes to the Gallus gallus microbiota
Creators
- 1. University of Arkansas at Fayetteville
- 2. University of Bologna
- 3. GNA University
- 4. Southern Plains Agricultural Research Center
- 5. United States Department of Agriculture
- 6. Agricultural Research Service
Description
Abstract Background: Microencapsulated organic acids and botanicals have the potential to develop into important tools for the poultry industry. A blend of organic acids and botanicals (AviPlus®P) has previously shown to reduce Salmonella and Campylobacter in chickens; however, changes to the microbiota of the jejunum and ileum have not been evaluated. Microbiota diversity is linked to, but not correlated with, the efficacy of natural products; therefore, understanding the effects on the microbiota is necessary for evaluating their potential as an antibiotic alternative. Results: Ileal and jejunal segments from control and supplement-fed chickens (300 and 500g/metric ton [MT]) were subjected to alpha diversity analysis including Shannon's diversity and Pielou's Evenness. In both analytics, the diversity in the ileum was significantly decreased compared to the jejunum irrespective of treatment. Similarly, beta diversity metrics including Bray-Curtis dissimilarity index and Weighted Unifrac Distance Matrix, were significant (Q<0.05) for both tissue and treatments comparisons. Alpha and beta diversity analytics indicated compartmentalization effects between the ileum and jejunum. Additionally, analysis of communities in the microbiota (ANCOM) analysis showed Lactobacilliaceae predominated the total operational taxonomic units (OTU), with a stepwise increase from 53% in the no treatment control (NTC) to 56% in the 300g/MT and 67% in the 500g/MT group. Staphylococcaceae were 2% in NTC and 2 and 0% in 300 and 500g/MT groups. Enterobacteriaceae decreased in the 500g/MT (31%) and increased in the 300g/MT (37%) compared to the NTC (35%). Aerococcaceae was 0% for both doses and 7% in NTC. Ruminococcaceae were 0% in NTC and 2% and 1% in the 300 and 500g/MT. These changes in the microbial consortia were statistically ( Q <0.05) associated with treatment groups in the jejunum that were not observed in the ileum. Least discriminant analysis effect size (LEfSE) indicated different changes directly corresponding to treatment. Enterobacteriacea e demonstrated a stepwise decrease (from NTC onward) while Clostridiaceae , were significantly increased in the 500g/MT compared to NTC and 300g/MT ( P <0.05). Conclusion: The bioactive site for the microencapsulated blend of organic acids and botanicals was the jejunum, and dietary inclusion enhanced the GIT microbiota and may be a viable antibiotic alternative for the poultry industry.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
نبذة مختصرة: الأحماض العضوية المغلفة الدقيقة والنباتات لديها القدرة على التطور إلى أدوات مهمة لصناعة الدواجن. أظهر مزيج من الأحماض العضوية والنباتات (AviPlus®P) سابقًا أنه يقلل من السالمونيلا والعطيفة في الدجاج ؛ ومع ذلك، لم يتم تقييم التغيرات في الكائنات الحية الدقيقة في الصائم واللفائفي. يرتبط تنوع الكائنات الحية الدقيقة بفعالية المنتجات الطبيعية، ولكنه لا يرتبط بها ؛ لذلك، فإن فهم التأثيرات على الكائنات الحية الدقيقة ضروري لتقييم إمكاناتها كبديل للمضادات الحيوية. النتائج: خضعت الشرائح اللفائفية والصائمية من التحكم والدجاج الذي يتغذى على المكملات (300 و 500 جرام/طن متري) لتحليل تنوع ألفا بما في ذلك تنوع شانون وتساوي بيلو. في كلا التحليلين، انخفض التنوع في اللفائفي بشكل كبير مقارنة بالصائم بغض النظر عن العلاج. وبالمثل، كانت مقاييس تنوع بيتا بما في ذلك مؤشر براي كورتيس للاختلاف ومصفوفة المسافة Unifrac المرجحة، مهمة (Q<0.05) لكل من مقارنات الأنسجة والعلاجات. أشارت تحليلات تنوع ألفا وبيتا إلى تأثيرات التقسيم بين اللفائفي والصائم. بالإضافة إلى ذلك، أظهر تحليل المجتمعات في تحليل الكائنات الحية الدقيقة (ANCOM) أن العصيات اللبنية سادت على إجمالي الوحدات التصنيفية التشغيلية (OTU)، مع زيادة تدريجية من 53 ٪ في التحكم في عدم المعالجة (NTC) إلى 56 ٪ في 300 جم/طن متري و 67 ٪ في مجموعة 500 جم/طن متري. كانت المكورات العنقودية 2 ٪ في NTC و 2 و 0 ٪ في مجموعات 300 و 500 جم/طن متري. انخفضت البكتيريا المعوية في 500 جم/طن متري (31 ٪) وزادت في 300 جم/طن متري (37 ٪) مقارنة بـ NTC (35 ٪). كانت المكورات الهوائية 0 ٪ لكلتا الجرعتين و 7 ٪ في NTC. كانت المكورات الأسطوانية 0 ٪ في NTC و 2 ٪ و 1 ٪ في 300 و 500 جم/طن متري. كانت هذه التغييرات في الاتحادات الميكروبية مرتبطة إحصائيًا ( Q <0.05) بمجموعات العلاج في الصائم التي لم تتم ملاحظتها في اللفائفي. أشار حجم تأثير التحليل الأقل تمييزًا (LEfSE) إلى تغييرات مختلفة تتوافق مباشرة مع العلاج. أظهرت البكتيريا المعوية e انخفاضًا تدريجيًا (من NTC فصاعدًا) في حين زادت Clostridiaceae بشكل كبير في 500 جم/طن متري مقارنة بـ NTC و 300 جم/طن متري ( P <0.05). الاستنتاج: كان الموقع النشط بيولوجيًا للمزيج المغلف دقيقًا من الأحماض العضوية والنباتية هو الصائم، وعزز الشمول الغذائي الميكروبات الهضمية وقد يكون بديلاً حيويًا قابلاً للتطبيق لصناعة الدواجن.Translated Description (French)
Résumé Contexte : Les acides organiques et les plantes microencapsulés ont le potentiel de devenir des outils importants pour l'industrie avicole. Un mélange d'acides organiques et de plantes (AviPlus®P) a déjà montré une réduction de Salmonella et Campylobacter chez les poulets ; cependant, les modifications du microbiote du jéjunum et de l'iléon n'ont pas été évaluées. La diversité du microbiote est liée, mais non corrélée, à l'efficacité des produits naturels ; par conséquent, la compréhension des effets sur le microbiote est nécessaire pour évaluer leur potentiel en tant qu'alternative antibiotique. Résultats : Les segments iléaux et jéjunaux de poulets témoins et nourris en supplément (300 et 500 g/tonne métrique [TM]) ont été soumis à une analyse de la diversité alpha, y compris la diversité de Shannon et la régularité de Pielou. Dans les deux analyses, la diversité dans l'iléon était significativement diminuée par rapport au jéjunum quel que soit le traitement. De même, les mesures de diversité bêta, y compris l'indice de dissemblance de Bray-Curtis et la matrice de distance Unifrac pondérée, étaient significatives (Q<0,05) pour les comparaisons de tissus et de traitements. Les analyses de diversité alpha et bêta ont indiqué des effets de compartimentation entre l'iléon et le jéjunum. De plus, l'analyse des communautés dans l'analyse du microbiote (ANCOM) a montré que les Lactobacilliaceae prédominaient dans les unités taxonomiques opérationnelles totales (OTU), avec une augmentation progressive de 53 % dans le groupe témoin sans traitement (NTC) à 56 % dans le groupe 300 g/MT et 67 % dans le groupe 500 g/MT. Les staphylococcaceae étaient de 2% dans les groupes NTC et de 2 et 0% dans les groupes 300 et 500g/MT. Les entérobactéries ont diminué dans le 500g/MT (31%) et augmenté dans le 300g/MT (37%) par rapport au NTC (35%). Aerococcaceae était de 0% pour les deux doses et de 7% en NTC. Les ruminococcaceae étaient de 0 % dans le CTN et de 2 % et 1 % dans les 300 et 500 g/TM. Ces changements dans les consortiums microbiens étaient statistiquement ( Q <0,05) associés à des groupes de traitement dans le jéjunum qui n'ont pas été observés dans l'iléon. La taille de l'effet de l'analyse la moins discriminante (LEfSE) a indiqué différents changements correspondant directement au traitement. Les Enterobacteriacea e ont démontré une diminution progressive (à partir de NTC) tandis que les Clostridiaceae étaient significativement augmentées dans les 500 g/MT par rapport à NTC et 300 g/MT ( P <0,05). Conclusion : Le site bioactif pour le mélange microencapsulé d'acides organiques et de plantes était le jéjunum, et l'inclusion alimentaire a amélioré le microbiote GIT et peut être une alternative antibiotique viable pour l'industrie avicole.Translated Description (Spanish)
Resumen Antecedentes: Los ácidos orgánicos microencapsulados y los productos botánicos tienen el potencial de convertirse en herramientas importantes para la industria avícola. Una mezcla de ácidos orgánicos y productos botánicos (AviPlus®P) ha demostrado previamente que reduce la Salmonella y Campylobacter en pollos; sin embargo, no se han evaluado los cambios en la microbiota del yeyuno y el íleon. La diversidad de la microbiota está vinculada, pero no correlacionada, con la eficacia de los productos naturales; por lo tanto, es necesario comprender los efectos sobre la microbiota para evaluar su potencial como alternativa a los antibióticos. Resultados: Los segmentos ileales y yeyunales de pollos de control y alimentados con suplementos (300 y 500 g/tonelada métrica [TM]) se sometieron a un análisis de diversidad alfa que incluyó la diversidad de Shannon y la uniformidad de Pielou. En ambos análisis, la diversidad en el íleon disminuyó significativamente en comparación con el yeyuno, independientemente del tratamiento. De manera similar, las métricas de diversidad beta, incluido el índice de disimilitud de Bray-Curtis y la matriz de distancia Unifrac ponderada, fueron significativas (Q<0.05) para las comparaciones de tejidos y tratamientos. Los análisis de diversidad alfa y beta indicaron efectos de compartimentación entre el íleon y el yeyuno. Además, el análisis de las comunidades en el análisis de la microbiota (ANCOM) mostró que las Lactobacilliaceae predominaron en las unidades taxonómicas operativas totales (OTU), con un aumento gradual del 53% en el control sin tratamiento (NTC) al 56% en el grupo de 300g/MT y al 67% en el grupo de 500g/MT. Staphylococcaceae fue del 2% en NTC y del 2 y 0% en los grupos de 300 y 500 g/MT. Enterobacteriaceae disminuyó en el 500g/MT (31%) y aumentó en el 300g/MT (37%) en comparación con el NTC (35%). Aerococcaceae fue del 0% para ambas dosis y del 7% en NTC. Las Ruminococcaceae fueron 0% en NTC y 2% y 1% en las 300 y 500g/MT. Estos cambios en los consorcios microbianos se asociaron estadísticamente ( Q <0.05) con los grupos de tratamiento en el yeyuno que no se observaron en el íleon. El tamaño del efecto del análisis menos discriminante (LEfSE) indicó diferentes cambios directamente correspondientes al tratamiento. Enterobacteriacea e demostró una disminución gradual (desde NTC en adelante) mientras que Clostridiaceae aumentó significativamente en 500 g/MT en comparación con NTC y 300 g/MT ( P <0.05). Conclusión: El sitio bioactivo para la mezcla microencapsulada de ácidos orgánicos y productos botánicos fue el yeyuno, y la inclusión en la dieta mejoró la microbiota GIT y puede ser una alternativa antibiótica viable para la industria avícola.Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الآثار البيولوجية للأحماض العضوية المغلفة الدقيقة والنباتات تحفز التغيرات الخاصة بالأنسجة والتي تعتمد على الجرعة على ال غالوس غالوس ميكروبيوتا
- Translated title (French)
- Les effets biologiques des acides organiques et des plantes microencapsulés induisent des modifications spécifiques aux tissus et dose-dépendantes du  ;gallus gallus  ;microbiote
- Translated title (Spanish)
- Los efectos biológicos de los ácidos orgánicos microencapsulados y los productos botánicos inducen cambios específicos del tejido y dependientes de la dosis en la microbiota de Gallus gallus
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4237010996
- DOI
- 10.21203/rs.3.rs-17416/v2