Untersuchungen zum Einfluss des Proteingehalts sowie der Proteinqualität im Futter auf die fäkale Mikrobiota von Katzen

Investigations on the impact of dietary protein concentration and quality on the fecal microbiota in cats

The objective of this study was to investigate the impact of dietary protein concentration and quality on the composition and metabolic activity of the intestinal microbiota in cats. The hypothesis of the study was that dietary protein concentration and quality can affect microbial traits.
In a feeding trial, six different diets varying in protein quantity and quality (lower or higher amount of connective tissue) were offered to ten clinically healthy adults cats. A randomized latin square cross over design allowed simultaneous use of all six diets. Cats received each diet over a period of six weeks. Fecal samples examined in this study were collected on day 41 or 42 of each feeding period and were stored at -80 °C until further analysed.
Sequencing the V3-V4-region of the 16S rRNA-gene by Illumina® showed that the relative abundance of the genus Clostridium in feline fecal samples was over 20 % and of the genus Blautia approximately 17 %, regardless of the used diet. In addition, the prevalence of the genera Prevotella, Collinsella, Fusobacterium and Eubacterium reached between 4 and 5 %. However, the majority of all detected genera in cat feces showed proportions below 1 %. Dietary associated changes in the composition of feline fecal microbiota were determined for the relative abundance of Fusobacterium, Bacteroides, Prevotella and Faecalibacterium. In particular, increasing protein concentrations led to a higher relative abundance of Fusobacterium and Bacteroides, whereas the relative abundance of Prevotella and Faecalibacterium decreased. Moreover, low protein quality of the diets resulted in an increase of the relative abundance of Fusobacterium in feline feces.
Investigations of fecal samples by use of qPCR showed an increase of C. coccoides-Cluster XIVa in fecal samples when cats received a diet with low protein quality.
Taken together, molecular methods revealed an increase of predominantly peptidolytic bacteria, especially Fusobacterium and Bacteorides in feces of cats with a higher protein intake, whereas the impact of protein quality was not as distinct.
Apart from the investigation of the microbial composition of feline fecal microbiota with molecular biological analyses, further chemical analyis were used in this study to assess the effect of dietary protein content and protein quality on the metabolic activity of the intestinal microbiota in cats. Dietary protein quality showed no effect on investigated bacterial metabolites, such as ammonia, biogenic amines, D-/L-lactate and short chain fatty acids in feline fecal samples. In contrast, high dietary protein levels led to an increase of fecal ammonia and i-valeric acid concentrations and to a decrease of fecal histamine and cadaverine concentrations.
Based on the results, it can be presumed that high dietary protein levels caused an increase of peptidolytic activity of the intestinal microbiota. However, the cause of the observed decreasing concentrations of biogenic amines in the feces of the cats fed a diet high in dietary protein has not been fully clarified. Therefore, further studies are required to investigate this aspect more thoroughly.
In conclusion, the results of the present study lead to the assumption that the composition and metabolic activity of the intestinal microbiota in cats is more distinctly influenced by dietary protein concentration than protein quality. The present study contributes to an improved understanding of the effects of dietary protein on the intestinal microbiota in cats. The results can help to develop further studies and dietetic strategies to support specifically gastrointestinal health in both healthy and diseased cats. Ziel der vorliegenden Untersuchung war es, den Einfluss des Proteingehalts sowie der Proteinqualität im Futter auf die Zusammensetzung und Stoffwechselaktivität der intestinalen Mikrobiota von Katzen zu untersuchen. Die Hypothese des Versuchs lautete, dass die Proteinmenge und die -qualität im Futter einen Effekt auf mikrobielle Parameter haben.
In einem Fütterungsversuch wurden sechs Futtermittel, welche drei verschiedene Proteinkonzentrationen und zwei verschiedene Proteinqualitäten (bindegewebsarm bzw. -reich) aufwiesen, bei insgesamt zehn adulten gesunden Katzen eingesetzt. Das Studiendesign im Sinne eines randomisierten lateinischen Quadrats ermöglichte eine zeitgleiche Verwendung aller sechs Versuchsfuttermittel. Die Tiere erhielten dabei jedes Versuchsfuttermittel über einen Zeitraum von sechs Wochen. Die in der vorliegenden Arbeit untersuchten Kotproben wurden jeweils an den Tagen 41–42 einer jeden Fütterungsperiode gesammelt und bis zur weiteren Analytik bei -80 °C gelagert.
Die Sequenzierung der V3-V4 Regionen des 16S rRNA-Gens mithilfe der Illumina®-Sequenzierung ergab, dass im Kot von Katzen fütterungsunabhängig das Genus Clostridium mit einem Anteil von etwa 20 % auftrat sowie das Genus Blautia mit rund 17 %. Daneben wurden Anteile zwischen 4 % und 5 % für die Genera Prevotella, Collinsella, Fusobacterium und Eubacterium ermittelt, während die Mehrheit der im Kot der Katzen detektierten Genera Anteile unter 1 % aufwies. Fütterungsassoziierte Veränderungen in der Zusammensetzung der fäkalen Mikrobiota der Katzen wurden insbesondere für die Genera Fusobacterium, Bacteroides, Prevotella und Faecalibacterium beobachtet. So führten ansteigende Proteingehalte im Futter zu einer relativen Zunahme von Fusobacterium und Bacteroides, während die relativen Anteile an Prevotella und Faecalibacterium abnahmen. Zudem resultierte der Einsatz einer geringen Proteinqualität in den Versuchsfuttermitteln in einem Anstieg des Anteils an Fusobacterium im Kot der Katzen. Die Untersuchung mittels qPCR ergab einen Anstieg des C. coccoides-Clusters XIVa im Kot der Katzen bei Einsatz der Diäten mit einer geringeren Proteinqualität. Zusammengefasst konnte anhand der Untersuchungen ein Anstieg vorwiegend peptidolytischer Bakterien, wie beispielsweise Bacteroides und Fusobacterium im Kot von Katzen bei einer hohen Proteinaufnahme festgestellt werden, wohingegen der Einfluss der Proteinqualität im Futter weniger deutlich ausfiel.
Neben der Untersuchung der Zusammensetzung der fäkalen Mikrobiota von Katzen anhand molekularbiologischer Analysen dienten chemisch-analytische Methoden in der vorliegenden Studie dazu, den Einfluss des Proteingehalts sowie der Proteinqualität im Futter auf die Stoffwechselaktivität der intestinalen Mikrobiota der Katzen zu untersuchen. Hierbei konnte gezeigt werden, dass die Qualität des Futterproteins keinen Einfluss auf die untersuchten bakteriellen Metaboliten (Ammonium, biogenen Amine, D-/L-Laktat sowie die kurzkettigen Fettsäuren) im Kot der Katzen ausübte. Dagegen führten hohe Proteingehalte im Futter zu einem Anstieg der Ammonium- und i-Valeriansäurekonzentrationen im Kot sowie zu einer Abnahme der fäkalen Histamin- und Cadaveringehalte. Insgesamt kann anhand dieser Ergebnisse eine vermehrte peptidolytische Aktivität der intestinalen Mikrobiota bei einem hohen Proteingehalt im Futter vermutet werden. Die Ursache für die beobachteten abnehmenden Konzentrationen an biogenen Aminen im Kot bei einer hohen Proteinaufnahme der Katzen kann jedoch nicht abschließend geklärt werden, sodass dieser Aspekt in zukünftigen Studien weiter untersucht werden sollte.
Bei zusammenfassender Betrachtung der vorliegenden Ergebnisse kann gesagt werden, dass die Zusammensetzung und die Stoffwechselaktivität der intestinalen Mikrobiota von Katzen eher durch die Proteinkonzentration als durch die Proteinqualität im Futter beeinflusst wurde. Die vorliegende Arbeit trägt somit zu einem verbesserten Verständnis der Effekte des Futterproteins auf die intestinale Mikrobiota von Katzen bei. Die Ergebnisse können helfen, weiterführende Studien und diätetische Maßnahmen zu entwickeln, um die Darmgesundheit sowohl von gesunden als auch von erkrankten Katzen gezielt zu unterstützen.