Characterization of rumen microbiome and metabolome from oro-esophageal tubing and rumen cannula in Holstein dairy cows.

Less invasive rumen sampling methods, such as oro-esophageal tubing, became widely popular for exploring the rumen microbiome and metabolome. However, it remains unclear if such methods represent well the rumen contents from the rumen cannula technique. Herein, we characterized the microbiome and metabolome in the rumen content collected by an oro-esophageal tube and by rumen cannula in ten multiparous lactating Holstein cows. The 16S rRNA gene was amplified and sequenced using the Illumina MiSeq platform. Untargeted metabolome was characterized using gas chromatography of a time-of-flight mass spectrometer. Bacteroidetes, Firmicutes, and Proteobacteria were the top three most abundant phyla representing ~ 90% of all samples. Although the pH of oro-esophageal samples was greater than rumen cannula, we found no difference in alpha and beta-diversity among their microbiomes. The overall metabolome of oro-esophageal samples was slightly different from rumen cannula samples yet more closely related to the rumen cannula content as a whole, including its fluid and particulate fractions. Enrichment pathway analysis revealed a few differences between sampling methods, such as when evaluating unsaturated fatty acid pathways in the rumen. The results of the current study suggest that oro-esophageal sampling can be a proxy to screen the 16S rRNA rumen microbiome compared to the rumen cannula technique. The variation introduced by the 16S rRNA methodology may be mitigated by oro-esophageal sampling and the possibility of increasing experimental units for a more consistent representation of the overall microbial population. Studies should consider an under or over-representation of metabolites and specific metabolic pathways depending on the sampling method.

Metabolic evaluation of dairy cows submitted to three different strategies to decrease the effects of negative energy balance in early postpartum / Avaliação metabólica de vacas leiteiras submetidas a três estratégias para diminuir os efeitos do balanço energético negativo no pós-parto inicial

In early lactation dairy cattle suffer metabolic alterations caused by negative energy balance, which predisposes to fatty liver and ketosis. The aim of this study was to evaluate the metabolic condition of high yielding dairy cows subjected to three treatments for preventing severe lipomobilization and ketosis in early lactation. Fifty four multiparous Holstein cows yielding >30 L/day were divided into four groups: control (CN= no treatment), glucose precursor (PG= propylene-glycol), hepatic protector (Mp= Mercepton®), and energy supplement with salts of linolenic and linoleic faty acids (Mg-E= Megalac-E®). Treatments were administrated randomly at moment of calving until 8 weeks postpartum. Blood samples were collected on days 1, 7, 14, 21, 28, 35, 42 and 49 postpartum. Body condition score (BCS) was evaluated at the same periods and milk yield was recorded at 2nd, 4th, 5th, 6th, 7th, and 8th weeks of lactation. Concentrations of non-esterified fatty acids (NEFA), albumin, AST, ß-hydroxybutyrate (BHBA), cholesterol, glucose, total protein, urea and triglycerides were analyzed in blood samples. Cut-off points for subclinical ketosis were defined when BHBA >1.4 mmol/L and NEFA >0.7 mmol/L. General occurrence of subclinical ketosis was 24 percent during the period. An ascendant curve of cholesterol and glucose was observed from the 1st to the 8th week of lactation, while any tendency was observed with BHBA and NEFA, although differences among treatments were detected (p<0.05). BCS decreased from a mean of 3.85 at 1st week to 2.53 at 8th week of lactation (p=0.001). Milk yield was higher in the Mg-E group compared with the other treatment groups (p<0.05) Compared with the CN group, the treatments with Mp and PG did not show significant differences in blood biochemistry and milk yield. Cows receiving PG and Mg-E showed higher values of BHBA and NEFA (P<0.05), indicating accentuated lipomobilization. Supplementation with Mg-E also resulted in significant higher concentrations of cholesterol, BHBA, urea, AST and lower values of glycemia. This performance may be explained by the highest milk yield observed with this treatment. Treatments with PG and Mp did not improve milk yield, compared with control cows, but did not show metabolic evidence of ketosis, fat mobilization or fatty liver. These results suggest that treatment with Mg-E improves milk production but induces a higher negative energy balance leading to moderated lipomobilization and ketone bodies production, increasing the risk of fatty liver.(AU)

Durante o início da lactação as vacas leiteiras sofrem transtornos metabólicos causados pelo balanço energético negativo, o que predispõe a infiltração gordurosa hepática e cetose. O objetivo deste estudo foi avaliar o status metabólico de vacas leiteiras de alta produção submetidas a três tratamentos para prevenir severa lipomobilização e cetose no início da lactação. Cinquenta e quatro vacas de raça Holandesa multíparas produzindo >30 L/dia foram divididas em quatro grupos: controle (CN= sem tratamento), precursor de glicose (PG= propileno-glicol), protetor hepático (Mp= Mercepton®) e suplementação com sais de ácidos linolênico e linoléico (Mg-E= Megalac-E®). Amostras de sangue foram coletadas nos dias 1, 7, 14, 21, 28, 35, 42 e 49 do pós-parto. A condição corporal foi avaliada nos mesmos períodos e a produção de leite foi registrada nas semanas 2, 4, 5, 6, 7 e 8 de lactação. As concentrações de ácidos graxos não esterificados (AGNE), albumina, AST, ß-hidroxibutirato (BHB), colesterol, glicose, proteína total, uréia e triglicerídeos foram determinadas nas amostras de sangue. Pontos de corte para diagnosticar cetose subclínica foram definidos quando BHB >1,4mmol/L e AGNE >0,7mmol/L. A ocorrência geral de cetose subclínica foi de 24 por cento durante o período. Uma curva ascendente de colesterol e de glicose foi observada desde a 1ª até a 8ª semana de lactação, enquanto que nenhuma tendência foi observada com BHB e AGNE, embora diferenças entre os tratamentos foram detectadas (p<0,05). A condição corporal diminuiu de uma media de 3,85 na 1ª semana até 2,53 na 8ª semana de lactação (p=0,001). A produção de leite foi superior no grupo de Mg-E comparado com os demais tratamentos. Comparado com o grupo CN, os tratamentos de Mp e PG não mostraram diferenças significativas na bioquímica sanguínea nem na produção de leite (p<0,05) As vacas que receberam PG e Mg-E mostraram maiores valores de AGNE, indicando uma acentuada lipomobilização. A suplementação com Mg-E também resultou em maiores concentrações de colesterol, BHB, uréia, AST e menores valores de glicemia. Este resultado pode ser explicado pela maior produção de leite observada com este tratamento. Os tratamentos com PG e Mp não melhoraram a produção de leite, comparados ao grupo CN, mas também não mostraram evidências metabólicas de cetose, alta lipomobilização nem infiltração gordurosa hepática. Os resultados sugerem que o tratamento com Mg-E melhora a produção de leite, mas induz um balance energético negativo maior levando a moderada lipomobilização e produção de corpos cetônicos, aumentando o risco de fígado gorduroso.(AU)

Metabolic evaluation of dairy cows submitted to three different strategies to decrease the effects of negative energy balance in early postpartum / Avaliação metabólica de vacas leiteiras submetidas a três estratégias para diminuir os efeitos do balanço energético negativo no pós-parto inicial

In early lactation dairy cattle suffer metabolic alterations caused by negative energy balance, which predisposes to fatty liver and ketosis. The aim of this study was to evaluate the metabolic condition of high yielding dairy cows subjected to three treatments for preventing severe lipomobilization and ketosis in early lactation. Fifty four multiparous Holstein cows yielding >30 L/day were divided into four groups: control (CN= no treatment), glucose precursor (PG= propylene-glycol), hepatic protector (Mp= Mercepton®), and energy supplement with salts of linolenic and linoleic faty acids (Mg-E= Megalac-E®). Treatments were administrated randomly at moment of calving until 8 weeks postpartum. Blood samples were collected on days 1, 7, 14, 21, 28, 35, 42 and 49 postpartum. Body condition score (BCS) was evaluated at the same periods and milk yield was recorded at 2nd, 4th, 5th, 6th, 7th, and 8th weeks of lactation. Concentrations of non-esterified fatty acids (NEFA), albumin, AST, ß-hydroxybutyrate (BHBA), cholesterol, glucose, total protein, urea and triglycerides were analyzed in blood samples. Cut-off points for subclinical ketosis were defined when BHBA >1.4 mmol/L and NEFA >0.7 mmol/L. General occurrence of subclinical ketosis was 24 percent during the period. An ascendant curve of cholesterol and glucose was observed from the 1st to the 8th week of lactation, while any tendency was observed with BHBA and NEFA, although differences among treatments were detected (p<0.05). BCS decreased from a mean of 3.85 at 1st week to 2.53 at 8th week of lactation (p=0.001). Milk yield was higher in the Mg-E group compared with the other treatment groups (p<0.05) Compared with the CN group, the treatments with Mp and PG did not show significant differences in blood biochemistry and milk yield. Cows receiving PG and Mg-E showed higher values of BHBA and NEFA (P<0.05), indicating accentuated lipomobilization. Supplementation with Mg-E also resulted in significant higher concentrations of cholesterol, BHBA, urea, AST and lower values of glycemia. This performance may be explained by the highest milk yield observed with this treatment. Treatments with PG and Mp did not improve milk yield, compared with control cows, but did not show metabolic evidence of ketosis, fat mobilization or fatty liver. These results suggest that treatment with Mg-E improves milk production but induces a higher negative energy balance leading to moderated lipomobilization and ketone bodies production, increasing the risk of fatty liver.

Durante o início da lactação as vacas leiteiras sofrem transtornos metabólicos causados pelo balanço energético negativo, o que predispõe a infiltração gordurosa hepática e cetose. O objetivo deste estudo foi avaliar o status metabólico de vacas leiteiras de alta produção submetidas a três tratamentos para prevenir severa lipomobilização e cetose no início da lactação. Cinquenta e quatro vacas de raça Holandesa multíparas produzindo >30 L/dia foram divididas em quatro grupos: controle (CN= sem tratamento), precursor de glicose (PG= propileno-glicol), protetor hepático (Mp= Mercepton®) e suplementação com sais de ácidos linolênico e linoléico (Mg-E= Megalac-E®). Amostras de sangue foram coletadas nos dias 1, 7, 14, 21, 28, 35, 42 e 49 do pós-parto. A condição corporal foi avaliada nos mesmos períodos e a produção de leite foi registrada nas semanas 2, 4, 5, 6, 7 e 8 de lactação. As concentrações de ácidos graxos não esterificados (AGNE), albumina, AST, ß-hidroxibutirato (BHB), colesterol, glicose, proteína total, uréia e triglicerídeos foram determinadas nas amostras de sangue. Pontos de corte para diagnosticar cetose subclínica foram definidos quando BHB >1,4mmol/L e AGNE >0,7mmol/L. A ocorrência geral de cetose subclínica foi de 24 por cento durante o período. Uma curva ascendente de colesterol e de glicose foi observada desde a 1ª até a 8ª semana de lactação, enquanto que nenhuma tendência foi observada com BHB e AGNE, embora diferenças entre os tratamentos foram detectadas (p<0,05). A condição corporal diminuiu de uma media de 3,85 na 1ª semana até 2,53 na 8ª semana de lactação (p=0,001). A produção de leite foi superior no grupo de Mg-E comparado com os demais tratamentos. Comparado com o grupo CN, os tratamentos de Mp e PG não mostraram diferenças significativas na bioquímica sanguínea nem na produção de leite (p<0,05) As vacas que receberam PG e Mg-E mostraram maiores valores de AGNE, indicando uma acentuada lipomobilização. A suplementação com Mg-E também resultou em maiores concentrações de colesterol, BHB, uréia, AST e menores valores de glicemia. Este resultado pode ser explicado pela maior produção de leite observada com este tratamento. Os tratamentos com PG e Mp não melhoraram a produção de leite, comparados ao grupo CN, mas também não mostraram evidências metabólicas de cetose, alta lipomobilização nem infiltração gordurosa hepática. Os resultados sugerem que o tratamento com Mg-E melhora a produção de leite, mas induz um balance energético negativo maior levando a moderada lipomobilização e produção de corpos cetônicos, aumentando o risco de fígado gorduroso.