Nozioni di Base sul Microbioma

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La genetica svolge un ruolo determinante nella composizione del microbioma.1 I microbiomi intestinali di cani geneticamente correlati appaiono più simili tra loro rispetto a quelli dei cani non correlati, nonostante la separazione geografica dopo lo svezzamento.2

La colonizzazione microbica del tratto intestinale è influenzata in primo luogo dal microbioma materno, dall'ambiente e dall'alimentazione.

I microbiomi dei cuccioli sono più simili per composizione ai microbiomi delle rispettive madri a 7 settimane di vita che alla nascita.2 Il microbioma intestinale dei cuccioli cresce in diversità microbica e ricchezza delle specie da 2 a 56 giorni dopo la nascita, ma è relativamente stabile entro 42 giorni dalla nascita.3 Al contrario, i gattini possono mostrare una diminuzione della diversità tra le 4 e le 8 settimane di vita.4

Da uno studio di metagenomica è emersa la possibilità che il microbioma dei gattini subisca un lieve cambiamento tra le 8 e le 16 settimane,5 mentre in uno studio separato sono stati osservati cambiamenti nella diversità strutturale e funzionale tra le 18 e le 30 settimane di vita, ma non sono stati evidenziati cambiamenti significativi tra le 30 e le 42 settimane.6

icona fattori che influenzano i microbiomi
icona fattori che influenzano i microbiomi

Con l'età, le malattie, i trattamenti medici e altri fattori di stress, l'equilibrio dei batteri all'interno dell'intestino può modificarsi, virando verso popolazioni più ampie di batteri potenzialmente patogeni.3,7,8

Anche l'ambiente in cui l'animale vive può avere un impatto significativo sul suo microbioma intestinale. Il microbioma dei cani che vivono in casa appare differente da quello di cani che vivono in canili, con questi ultimi che mostrano una popolazione microbica più variegata.1 I cani che vivono in città di grandi dimensioni mostrano un microbioma più diversificato rispetto a quelli di città più piccole o ambienti rurali.2

Alla disbiosi del microbioma intestinale sono associate diverse condizioni patologiche, sebbene non sia ancora stato chiarito in modo definitivo se la disbiosi sia la causa o una conseguenza della patologia.1

La disbiosi è stata riscontrata nei cani con enteropatia cronica, diarrea cronica e diarrea acuta.9,10

I farmaci possono influenzare il microbioma.

Gli antimicrobici in particolare (come il metronidazolo e la tilosina) possono alterare profondamente il microbioma.1,11,12 Anche gli inibitori di pompa protonica, come l'omeprazolo, esercitano effetti negativi sul microbioma.1,13

L'obesità è associata a cambiamenti del microbioma, ma il ruolo del microbioma come causa o conseguenza dell'obesità resta ancora da chiarire.14,15

Il microbioma dei cani obesi risponde in modo diverso alla dieta ed è meno resiliente rispetto al microbioma dei cani magri.15,16

La composizione del microbiota intestinale è influenzata principalmente dalla dieta.

Il microbioma può essere influenzato dal profilo degli ingredienti, dalle concentrazioni e dalla digeribilità dei nutrienti e dalle procedure di trattamento degli alimenti.17-24 La composizione dei macronutrienti sembra essere il fattore alimentare più significativo per i cambiamenti nella composizione del microbioma.17,24-29 Regimi alimentari ad alto contenuto di proteine aumentano l'abbondanza di microrganismi proteolitici, mentre un'alimentazione ricca di carboidrati aumenta l'abbondanza di microrganismi saccarolitici.23

Il microbioma intestinale cambia rapidamente in risposta all'alimentazione,17,30,31 indicando una grande flessibilità nella sua composizione. Tuttavia, questi cambiamenti sono reversibili e il microbioma torna alla sua composizione originale quando i cani tornano alla loro alimentazione originale.30,31

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Ulteriori informazioni

  1. Belas, A., Marques, C., & Pomba, C. (2020). The gut microbiome and antimicrobial resistance in companion animals. In Duarte, A. & Lopes da Costa, L. (Eds.), Advances in Animal Health, Medicine and Production (1st ed.), pp. 233–245. Springer International Publishing
  2. Vilson, Å., Ramadan, Z., Li, Q., Hedhammar, Å., Reynolds, A., Spears, J.,…Hansson-Hamlin, H. (2018). Disentangling factors that shape the gut microbiota in German Shepherd dogs. PLoS ONE, 13(3), e0193507. doi:1371/journal.pone.0193507
  3. Guard, B. C., Mila, H., Steiner, J. M., Mariani, C., Suchodolski, J. S., & Chastant-Maillard, S. (2017). Characterization of the fecal microbiome during neonatal and early pediatric development in puppies. PLoS ONE, 12(4), e0175718. doi:10.1371/journal.pone.0175718
  4. Jia, J., Frantz, N., Khoo, C., Gibson, G. R., Rastall, R. A., & McCartney, A. L. (2011). Investigation of the faecal microbiota of kittens: monitoring bacterial succession and effect of diet. FEMS Microbiology Ecology, 78, 395-404. doi:10.1111/j.1574-6941.2011.01172.x
  5. Deusch, O., O’Flynn, C., Colyer, A., Morris, P., Allaway, D., Jones, P. G., & Swanson, K. S. (2014). Deep Illumina-based shotgun sequencing reveals dietary effects on the structure and function of the fecal microbiome of growing kittens. PLoS ONE, 9(7), e101021. doi:10.1371/ journal.pone.0101021
  6. Deusch, O., O’Flynn, Colyer, A., Swanson, K. S., Allaway, D., & Morris, P (2015). A longitudinal study of the feline faecal microbiome identifies changes in to early adulthood irrespective of sexual development. PLoS ONE, 10(12), e0144881. doi: 10.1371/journal.pone.0144881
  7. Romano-Keeler, J., & Weitkamp, J. H. (2015). Maternal influences on fetal microbial colonization and immune development. Pediatric Research, 77(1-2), 189-95. doi:10.1038/pr.2014.163
  8. Young, W., Moon, C. D., Thomas, D. G., Cave, N. J., & Bermingham, E. N. (2016). Pre- and post-weaning diet alters the faecal metagenome in the cat with differences vitamin and carbohydrate metabolism gene abundances. Scientific Reports, 6, 34668. doi:10.1038/srep34668
  9. Honneffer, J. B., Minamoto, Y., & Suchodolski, J. S. (2014). Microbiota alterations in acute and chronic gastrointestinal inflammation of cats and dogs. World Journal of Gastroenterology, 20(44), 16489-16497. doi:10.3748/wjg.v20.i44.16489
  10. Suchodolski, J. S., Markel, M. E., Garcia-Mazcorro, J. F., Unterer, S., Heilmann, R. M., Dowd, S. E.,…Toresson, L. (2012). The fecal microbiome in dogs with acute diarrhea and idiopathic inflammatory bowel disease. PLoS ONE, 7(12), e51907. doi:10.1371/journal.pone.0051907
  11. Igarashi, H., Maeda, S., Ohno, K., Horigome, A., Odamaki, T., & Tsujimoto, H. (2014). Effect of oral administration of metronidazole or prednisolone on fecal microbiota in dogs. PLoS ONE, 9(9), e107909. doi:10.1371/journal.pone.0107909
  12. Suchodolski, J. S., Dowd, S. E., Westermarck, E., Steiner, J. M., Wolcott, R. D., Spillmann, T., & Harmoinen, J. A. (2009). The effect of the macrolide antibiotic tylosin on microbial diversity in the canine small intestine as demonstrated by massive parallel 16S rRNA gene sequencing. BMC Microbiology, 9, 210. doi:10.1186/1471-2180/9/201
  13. Garcia-Mazcorro, J. F., Suchodolski, J. S., Jones, J. R., Clark-Price, S. C., Dowd, S. E., Minamoto, Y.,…Dossin, O. (2012). Effect of the proton pump inhibitor omeprazole on the gastrointestinal bacterial microbiota of healthy dogs. FEMS Microbiology Ecology, 80, 624-636.
  14. Handl, S., German, A. J., Holden, S. L., Dowd, S. E., Steiner, J. M., Heilman, R. M.,…Suchodolski, J. S. (2013). Faecal microbiota in lean and obese dogs. FEMS Microbiology Ecology, 84, 332343. doi: 10.1111/1574-6941.12067
  15. Li, Q., Lauber, C. L., Czarnecki-Maulden, G., Pan, Y., & Hannah, S. S. (2017). Effects of the Dietary Protein and Carbohydrate Ratio on Gut Microbiomes in Dogs of Different Body Conditions. MBio, 8(1), e01703-16. doi:10.1128/mBio.01703-16.
  16. Xu, J., Verbrugghe, A., Lourenco, M., Cools, A., Lui, D. J. X., Van de Wiele, T.,…Hesta, M. (2017). The response of canine faecal microbiota to increased dietary protein is influenced by body condition. BMC Veterinary Research, 13, 374. doi:10.1186/s12917-017-1276-0
  17. Do, S., Phungviwatnikul, T., de Godoy, M. R. C., & Swanson, K. S. (2021). Nutrient digestibility and fecal characteristics, microbiota, and metabolites in dogs fed human-grade foods. Journal of Animal Science, Pubblicazione in formato elettronico prima della stampa. doi:10.1093/jas/skab028/6123189
  18. Bermingham, E. N., Young, W., Kittelman, S., Kerr, K. R., Swanson, K. S., Roy, N. C., & Thomas, D. G. (2013). Dietary format alters fecal bacterial populations in the domestic cat (Felis catus). Microbiology Open, 2(1), 173-181. doi:10.1002/mbo3.60
  19. Kim, J., An, J.-U., Kim, W., Lee, S., & Cho, S. (2017). Differences in the gut microbiota of dogs (Canis lupus familiaris) fed a natural diet or a commercial feed revealed by the Illumina MiSeq platform. Gut Pathogens, 9, 68. doi:10.1186/s13099-017-0218-5
  20. Sandri, M., Dal Monego, S., Conte, G., Sgorlon, S., & Stefanon, B. (2017). Raw meat based diet influences faecal microbiome and end products of fermentation in healthy dogs. BMC Veterinary Research, 13, 65. doi:10.1186/s12917-017-0981-z
  21. Algya, K. M., Cross, T.-W. L., Leuck, K. N., Kastner, M. E., Baba, T., Lye, L., de Godoy, M. R. C., & Swanson, K. S. (2018). Apparent total-tract macronutrient digestibility, serum chemistry, urinalysis, and fecal characteristics, metabolites and microbiota of adult dogs fed extruded, mildly cooked, and raw diets. Journal of Animal Science, 96, 3670-3683. doi:10.1093/jas/sky235
  22. Hill, S. R., Rutherfurd-Markwick, K. J., Ravindran, G., & Thomas, D. G. (2015). The effects of differing proportions of dietary macronutrients on the digestibility and post-prandial endocrine responses in domestic cats (Felis catus). Journal of Applied Animal Nutrition, 3, e4. doi:10.1017/ jan.2015.2
  23. Schmidt, M., Unterer, S., Suchodolski, J. S., Honneffer, J. B, Guard, B. C., Lidbury, J. A.,…Kölle, P. (2018). The fecal microbiome and metabolome differs between dogs fed Bones and Raw Food (BARF) diets and dogs fed commercial diets. PLoS ONE, 13(8), e0201279. doi:10.1371/journal.pone.0201279
  24. Pilla, R., & Suchodolski, J. S. (2021). The gut microbiome of dogs and cats, and the influence of diet. Veterinary Clinics of North America Small Animal Practice, 51(3), 605-621. doi:10.1016/j.cvsm.2021.01.002
  25. Vester, B. M., Dalsing, B. L., Middlebos, I. S., Apanavicius, C. J., Lubbs, D. C., & Swanson, K. S. (2009). Faecal microbial populations of growing kittens fed high- or moderate-protein diets. Archives of Animal Nutrition, 63(3), 254–265.
  26. Hooda, S., Vester Boler, B. M., Dowd, S. E., Swanson, K. S. (2012). The gut microbiome of kittens is affected by dietary protein:carbohydrate ratio and correlated with blood metabolite and hormone concentrations. British Journal of Nutrition, 109, 1637–1646. doi:10.1017/S0007114512003479
  27. Bermingham, E. N., Kittelman, S., Young, W., Kerr, K. R.. Swanson, K. S., Roy, N. C., & Thomas, D. G. (2013). Post-weaning diet affects faecal microbial composition but not selected adipose gene expression in the cat (Felis catus). PLoS ONE, 8(11), e80992. doi:10.1371/ journal.pone.0080992
  28. Bermingham, E. N., Maclean, P., Thomas, D. G., Cave, N. J., & Young, W. (2017). Key bacterial families (Clostridiaceae, Erysipelotrichaceae and Bacteroidaceae) are related to the digestion of protein and energy in dogs. PeerJ, 5, e3019. doi:10.7717/peerj.3019
  29. Mori, A., Goto, A., Kibe, R., Oda, H., Kataoka, Y., & Sako, T. (2019). Comparison of the effects of four commercially available prescription diet regimens on the fecal microbiome in healthy dogs. Journal of Veterinary Medical Science, 81(12), 1783-1790. doi:10.1292/jvms.19-0055
  30. Herstad, K. M. V., Gajardo, K., Bakke, A. M., Moe, L., Ludvigsen, J., Rudi, K.,…Skancke, E. (2017). A diet change from dry food to beef induces reversible changes on the faecal microbiota in healthy, adult client-owned dogs. BMC Veterinary Research, 13, 147. doi:10.1186/s12917-017-1073-9
  31. Allaway, D., Haydock, R., Lonsdale, Z. N,, Deusch, O. D., O’Flynn, C., & Hughes, K. R. (2020). Rapid reconstitution of the faecal microbiome after extended diet-induced changes indicate a stable gut microbiome in healthy adult dogs. Applied Environmental Microbiology, Pubblicazione in formato elettronico prima della stampa. doi:10.1128/AEM.00562-20