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为探究瘤胃微生物组与奶牛产后酮病关系，研究人员开展多组学研究，发现其影响能量代谢，为奶牛管理提供新策略。
在奶牛养殖的世界里，产后的奶牛就像经历了一场大战的勇士，面临着诸多健康挑战。约三分之一的奶牛会患上产后疾病，其中酮病（Ketosis）尤为棘手。酮病就像一个隐藏在暗处的 “健康杀手”，它不仅扰乱奶牛的能量代谢，还可能引发其他产后疾病，导致奶牛繁殖性能下降、后代生长受影响，给养殖户带来不小的经济损失。
目前，虽然知道瘤胃微生物组可能与酮病有关，但瘤胃环境在酮病奶牛中的动态变化却如同迷雾一般，让人捉摸不透。为了揭开这层神秘的面纱，中国农业大学等多所机构的研究人员踏上了探索之旅，他们的研究成果发表在《Microbiome》上。
研究人员开展了一项前瞻性巢式病例对照研究。他们如同细心的侦探，从 61 头酮病奶牛和 84 头健康奶牛身上收集了 810 份瘤胃内容物样本和 789 份血清样本，这些样本来自奶牛分娩前后 21 天的不同时段。通过一系列复杂而精密的实验，研究人员试图找出瘤胃微生物组与奶牛能量代谢之间的微妙联系。
研究人员用到了多个关键技术方法。首先是 16S rRNA 基因测序，通过对瘤胃微生物的特定基因进行测序，来分析微生物的种类和数量变化；宏基因组测序则能进一步揭示微生物的功能潜力；代谢组学用于研究瘤胃中的代谢产物；绝对定量 PCR 可对特定微生物进行精准定量分析。这些技术就像研究人员手中的 “魔法工具”，帮助他们一步步解开瘤胃微生物组的奥秘。
研究结果发现，瘤胃微生物发酵与能量代谢密切相关。产后，酮病奶牛的血清 β - 羟基丁酸（BHBA）浓度明显升高，而葡萄糖（GLU）浓度显著降低。在瘤胃发酵方面，除了丁酸和其他挥发性脂肪酸（VFA）的比例外，大部分参数都受到了影响。其中，丙酸的浓度和比例在酮病奶牛中较低，并且丙酸浓度与 BHBA 浓度呈负相关，这表明瘤胃中 VFA 尤其是丙酸的产生，与 BHBA 的产生有着千丝万缕的联系。
进一步研究发现，酮病奶牛的瘤胃细菌有着特殊的转变方式。与健康奶牛相比，酮病奶牛在产后 7、14 和 21 天的 Shannon 指数更高，7 和 21 天的 Chao1 指数也更高，这意味着瘤胃微生物群变得更加复杂。而且，酮病奶牛在分娩后的瘤胃细菌群落变化更为剧烈，恢复稳定所需的时间更长。
在微生物功能方面，酮病奶牛瘤胃中参与氨基酸和碳水化合物代谢的微生物功能下降。基因表达分析显示，产后 3、7 和 14 天，两组奶牛的微生物群存在显著差异，但功能改变仅在第 3 天出现。KEGG 分析发现，健康奶牛瘤胃中富含淀粉、蔗糖、丙酸等碳水化合物代谢以及精氨酸、赖氨酸等氨基酸代谢相关的途径，而酮病奶牛则不同。
从代谢途径来看，酮病奶牛瘤胃中产生丙酸的发酵途径下调。饲料中的纤维素、半纤维素等被瘤胃微生物降解后，本应通过三条微生物途径产生丙酸，但在酮病奶牛中，参与丙酸代谢的一些酶的水平降低，导致丙酸生成减少。
通过中介效应模型（MEM）分析发现，瘤胃微生物群中的一些属，如 Prevotella、UBA1066 等，通过减少糖异生氨基酸和丙酸的供应，进而影响了 BHBA 和 GLU 的浓度，最终导致酮病的发生。
为了进一步验证这些发现，研究人员还进行了一项补充丙酸钠的实验。给产后 7 天的酮病奶牛喂食丙酸钠后发现，奶牛血液中的 BHBA 浓度降低，GLU 浓度升高，瘤胃中的丙酸浓度和总 VFA 浓度也有所增加。这表明，丙酸可能是缓解奶牛酮病的有效 “武器”。
综合来看，这项研究首次对奶牛围产期碳水化合物和脂质代谢紊乱时的瘤胃微生物组进行了纵向评估。研究发现，部分奶牛产后瘤胃微生物群出现紊乱，需要更长时间适应，这改变了参与丙酸和糖异生氨基酸代谢的微生物基因，减少了糖异生前体的供应。而后续的喂养实验表明，丙酸是供应 GLU、缓解酮病严重程度的有效糖异生前体。
这项研究揭示了瘤胃微生物组在调节奶牛宿主能量代谢和酮病发病机制中的重要作用，为预防奶牛酮病提供了新的策略，比如可以通过调节瘤胃微生物群或补充特殊的糖异生前体（如丙酸、精氨酸和丙氨酸）来改善奶牛的健康状况，提高奶牛养殖的经济效益和动物福利。这一研究成果为奶牛养殖行业带来了新的希望和方向，就像在黑暗中点亮了一盏明灯，指引着养殖户更好地照顾奶牛的健康。
