In horses, abrupt changes from high-fiber (HF) to high-starch (HS) diets can affect the cecal and colonic microbiota. This study investigated modifications and recovery of fecal microbiota after two consecutive abrupt dietary changes. Twelve horses fed HF for 2 weeks were changed to HS for 5 days then returned to HF for 7 weeks. Six received lactic acid bacteria supplementation. Bacterial population diversity, structure, and activity, especially fibrolysis, were assessed to obtain an overview of alteration in hindgut microbiota. Two days after the abrupt change from HF to HS, the findings in feces were consistent with those previously reported in the cecum and colon, with a decrease in fibrolytic activity and an increase in amylolytic activity. Fecal parameters stabilized at their basal level 3–4 weeks after the return to HF. A bloom of cellulolytic bacteria and lower pH were observed after 1.5 weeks, suggesting a higher level of fiber degradation. In supplemented horses the relative abundance of potentially fibrolytic genera was enhanced 2 days after HS and 2 days to 2–3 weeks after the return to HF. Fecal analysis could be a promising technique for monitoring hindgut microbial variations accompanying dietary changes.

The equine hindgut ecosystem is specialized in dietary fibers’ fermentation to provide horses’ energy and contribute to its health. Nevertheless, antibiotics are known to disrupt the hindgut microbiota, affecting the fibrolytic activity of bacteria and the intestinal immune balance, leading to diseases. This in vivo study used a general and comprehensive approach for characterizing the hindgut ecosystem of 9 healthy horses over 28 days in response to a 5-day challenge with oral trimethoprim-sulfadiazine (TMS), with a special emphasis on microbial fibrolytic activity and the host immune response. Horses were supplemented with two doses of Lactobacillus acidophilus, Ligilactobacillus salivarius (formerly L. salivarius), and Bifidobacterium lactis blend or a placebo in a 3 × 3 Latin square design. Changes in fecal microbiota were investigated using 16S rRNA sequencing. Clostridioides difficile was quantified in feces using quantitative polymerase chain reaction. Anaerobic microbiological culture was used to enumerate functional bacterial groups (cellulolytic, amylolytic, and lactic acid-utilizing). The environmental dimensions were assessed by measuring the concentrations of volatile fatty acids (VFAs) and lactic acid using biochemical methods, and changes in pH and dry matter weight. Systemic and local inflammation was evaluated by determination of cytokine and immunoglobulin (Ig)A concentrations in the serum and secretory IgA (SIgA) concentrations in the feces using immuno-enzymatic methods. Oral TMS treatment strongly altered the whole hindgut ecosystem by 2 days after the first administration. Bacterial diversity decreased in proportion to the relative abundance of fibrolytic genera, which coincided with the decrease in the concentration of cellulolytic bacteria. At the same time, the composition of microbiota members was reorganized in terms of relative abundances, probably to support the alteration in fibrolysis. C. difficile DNA was not found in these horses, but the relative abundances of several potential pathobiont genera increased. 2 days after the first TMS administration, fecal concentrations of VFAs and SIgA increased in parallel with fecal water content, suggesting an alteration of the integrity of the hindgut mucosa. Recovery in bacterial composition, functions, and immune biomarkers took 2–9 days after the end of TMS administration. Supplementation with this bacterial blend did not limit bacterial alteration but might have interesting mucosal immunomodulatory effects.

La stabilité de l’écosystème bactérien du gros intestin du cheval peut se rompre sous l’effet de facteurs de stress environnementaux. Parmi ces facteurs, l’administration de l’antibiotique triméthoprime sulfadiazine et l’introduction brusque d’un régime riche en amidon sont deux facteurs de risque de dysbiose et de maladies inflammatoires intestinales comme les diarrhées, les colites et les coliques chez le cheval. Le développement d’une dysbiose serait incriminé dans la survenue d’une réponse inflammatoire et dans la modification de la perméabilité et de l’intégrité de la muqueuse intestinale. Deux essais expérimentaux in vivo ont été menés chez des chevaux adultes en bonne santé soumis aux deux facteurs de stress identifiés précédemment. L’objectif était d’étudier les modifications de l’écosystème bactérien fécal et les conséquences sur la réponse inflammatoire et la perméabilité de la muqueuse intestinale par l’intermédiaire de biomarqueurs sanguins et fécaux. Dans chacun des essais, les effets préventifs potentiels d’une supplémentation avec Lactobacillus acidophilus, Ligilactobacillus salivarius et Bifidobacterium lactis ont été étudiés. L’utilisation d’une approche holistique et multidisciplinaire, combinant des approches culture dépendante et indépendante, a mis en évidence l’apparition d’une dysbiose deux jours après l’initiation des facteurs de stress. Trois caractéristiques de la dysbiose, communes aux deux facteurs de stress, ont été identifiées : la diminution de la richesse et de la diversité de l’écosystème bactérien, la diminution des microorganismes commensaux bénéfiques et l’augmentation des microorganismes pathobiontes opportunistes. Les taxons fibrolytiques Fibrobacteraceae, Lachnospiraceae, Ruminoccocaceae et la fonction cellulolytique étaient les plus impactés. Un retour progressif à l’état initial de l’écosystème bactérien a été observé deux à neuf jours après la fin de l’exposition aux facteurs de stress. La mesure conjointe des concentrations sanguines en lipopolysaccharides et en cytokines, ainsi que des concentrations fécales en lipocaline et en immunoglobulines A sécrétoires a souligné que la dysbiose a induit une réponse inflammatoire locale et systémique qui a altéré la perméabilité intestinale. Leur corrélation aux paramètres de l’écosystème bactérien a confirmé l’intérêt de leur utilisation comme biomarqueurs de la réponse inflammatoire et de la perméabilité in vivo chez le cheval. La supplémentation avec le mélange de bactéries probiotiques lactiques a stabilisé les concentrations fécales en immunoglobulines A sécrétoires et en acide isovalérique lors de l’administration de l’antibiotique. Cette même supplémentation a stabilisé la diversité bactérienne et l’abondance relative du taxon potentiellement pathobionte Streptoccocus, pendant le régime riche en amidon. L’administration du complément alimentaire a également favorisé l’abondance relative du taxon amylolytique Succinivibrio en réponse à l’introduction brusque du régime alimentaire riche en amidon puis a été vecteur d’une recolonisation précoce de taxons fibrolytiques appartenant aux familles Lachnospiraceae et Ruminoccocaceae après la fin du régime riche en amidon. Bien que les effets ont divergé en fonction du facteur de stress appliqué, la supplémentation avec L. acidophilus, L. salivarius et B. lactis a semblé bénéfique à l’écosystème du gros intestin et à l’intégrité de la muqueuse intestinale in vivo chez le cheval.