Correlations between concentration of vitamin B12 in milk and the composition of the bovine microbiota

Abstract

Vitamin B12 is an essential nutrient that only bacteria and archaea can synthesize. Humans must acquire vitamin B12 through diet, and most Canadians obtain their recommended daily intake (RDI) of vitamin B12 through the consumption of milk or other dairy products. However, the vitamin B12 concentrations found in a 250 mL glass of milk are highly variable and can provide between 23-56% of the RDI. This variability can result in vitamin B12 deficiency in vulnerable groups despite the regular consumption of dairy products. The goal of this project was to identify bacterial populations that inhabit the rumen, lower intestine, and mammary gland that are associated with either very high- or very low-vitamin B12 concentrations in milk. Vitamin B12 is produced by bacteria and archaea in the rumen and absorbed into the cow’s bloodstream in the intestine, while during circulation, the vitamin B12 can be used by the cow for her own metabolic needs and a proportion of what remains is secreted into the milk. The microbes present in the lower intestine also require vitamin B12 for survival and may metabolize it before it is absorbed into the bloodstream, but this microbial population can also synthesize the vitamin. It is also possible that this vitamin is consumed by the microbial population residing in the mammary gland of the cow, and that this population also affects the final concentration of vitamin B12 in milk. In this study, we collected rumen, blood, fecal, and milk samples from 47 dairy cows at two time points. We measured the vitamin B12 present in each sample, and characterized the microbial population in the rumen, fecal, and milk samples using 16S rRNA targeted amplicon sequencing. We found that the vitamin B12 concentration in milk is not statistically correlated to the concentration of vitamin B12 in the rumen. However, there is a strong correlation between the presence of Prevotella, Succinivibrio, and Shuttleworthia in the rumen with high concentrations of vitamin B12 in the rumen. Specific bacterial taxa correlated with high levels of vitamin B12 in the intestine and mammary gland could not be clearly identified. This study has provided potential targets for modifying the rumen microbiome for increased vitamin B12 production.La vitamine B12 est un nutriment essentiel que seules les bactéries et les archées peuvent synthétiser. Les humains doivent acquérir de la vitamine B12 dans leur régime alimentaire et la plupart des Canadiens obtiennent leur apport journalier recommandé (RDI) en vitamine B12 en consommant du lait ou d'autres produits laitiers. Cependant, les concentrations de vitamine B12 trouvées dans un verre de lait de 250 mL sont très variables et peuvent fournir entre 23 et 56% du RDI. Cette variabilité peut entraîner une carence en vitamine B12 chez les groupes vulnérables malgré la consommation régulière de produits laitiers. Ce projet visait à identifier les populations bactériennes présentes dans le rumen, le bas intestin et les glandes mammaires et associées à des concentrations très élevées ou très faibles en vitamine B12 dans le lait. La vitamine B12 est produite par les bactéries et les archées dans le rumen et est absorbée par le sang de la vache dans le gros intestin. Pendant la circulation, elle est utilisée par la vache pour ses propres besoins métaboliques et une partie de ce qui reste est sécrétée dans le lait. Les microbes présents dans le bas de l'intestin peuvent également utiliser la vitamine B12 avant son absorption dans la circulation sanguine, mais cette population microbienne peut également synthétiser la vitamine. Il est également possible que cette vitamine soit consommée par la population microbienne résidant dans la glande mammaire de la vache et que cette population affecte également la concentration finale de vitamine B12 dans le lait. Dans cette étude, nous avons prélevé des échantillons, à deux reprises, de rumen, de sang, de selles et de lait chez 47 vaches laitières. Nous avons mesuré la vitamine B12 présente dans chaque échantillon et caractérisé la population microbienne dans les échantillons de rumen, de selles et de lait en utilisant le séquençage d'amplicon ciblés par l'ARNr 16S. Il est important de noter que nous avons constaté que la concentration de vitamine B12 dans le lait n’est pas corrélée statistiquement à la concentration de vitamine B12 dans le rumen. Cependant, il existe une forte corrélation entre les genres Prevotella, Succinivibrio et Shuttleworthia et des concentrations élevées de vitamine B12, ce qui suggère que ces bactéries pourraient être des productrices de vitamine B12. En revanche, les taxons bactériens en corrélation avec la consommation bactérienne de vitamine B12 dans l'intestin et la glande mammaire n'ont pas pu être clairement identifiés. Cette étude a fourni des cibles potentielles pour la modification du microbiome bovin afin de fournir des taux élevés et constants de vitamine B12 naturelle dans le lait