Deoxynivalenol impairs hepatic and intestinal gene expression of selected oxidative stress, tight junction and inflammation proteins in broiler chickens, but addition of an adsorbing agent shifts the effects to the distal parts of the small intestine

Broiler chickens are rather resistant to deoxynivalenol and thus, clinical signs are rarely seen. However, effects of subclinical concentrations of deoxynivalenol on both the intestine and the liver are less frequently studied at the molecular level. During our study, we investigated the effects of three weeks of feeding deoxynivalenol on the gut wall morphology, intestinal barrier function and inflammation in broiler chickens. In addition, oxidative stress was evaluated in both the liver and intestine. Besides, the effect of a clay-based mycotoxin adsorbing agent on these different aspects was also studied. Our results show that feeding deoxynivalenol affects the gut wall morphology both in duodenum and jejenum of broiler chickens. A qRT-PCR analysis revealed that deoxynivalenol acts in a very specific way on the intestinal barrier, since only an up-regulation in mRNA expression of claudin 5 in jejunum was observed, while no effects were seen on claudin 1, zona occludens 1 and 2. Addition of an adsorbing agent resulted in an up-regulation of all the investigated genes coding for the intestinal barrier in the ileum. Up-regulation of Toll-like receptor 4 and two markers of oxidative stress (heme-oxigenase or HMOX and xanthine oxidoreductase or XOR) were mainly seen in the jejunum and to a lesser extent in the ileum in response to deoxynivalenol, while in combination with an adsorbing agent main effect was seen in the ileum. These results suggest that an adsorbing agent may lead to higher concentrations of deoxynivalenol in the more distal parts of the small intestine. In the liver, XOR was up-regulated due to DON exposure. HMOX and HIF-1 alpha (hypoxia-inducible factor 1 alpha) were down-regulated due to feeding DON but also due to feeding the adsorbing agent alone or in combination with DON

Analysis and validation of risk factors for disease prevalence on pig farms

Varkensziektes zijn een belangrijke bedreiging voor de rendabiliteit van de vleesindustrie en daarbovenop groeit wereldwijd de belangstelling voor voedselveiligheid. Het is daarom noodzakelijk managementstrategieën te identificeren die de bioveiligheid van de productieketen garanderen en de prevalentie van pathogenen onder controle houden zodat de winstmarges, het dierenwelzijn en de voedselveiligheid verzekerd worden. Het doel van deze studie was het ontwikkelen van sanitaire risico-indexen voor Salmonellose, veroorzaakt door Salmonella, een belangrijke bron van voedselvergiftigingen, voor enzoötische pneumonie (EP) als gevolg van een Mycoplasma hyopneumoniae (M. hyopneumoniae) infectie en voor ileitis geassocieerd met Lawsonia intracellularis (L. intracellularis). De indexen worden gedefinieerd als zijnde een objectieve maat voor de seroprevalentie van pathogenen in een varkensbedrijf, gebaseerd op de aanwezigheid van risicofactoren. Een tweede doelstelling was het determineren van de serologische profielen van gespeende varkens tot aan slachtgewicht zodat de risicoperiode voor infectie bepaald kon worden. Tenslotte werden de oorzakelijke verbanden van verschillende risicofactoren getest tijdens experimentele studies, zijnde de validatie van de factoren in de ontwikkelde sanitaire risico-indexen. In het eerste deel werd een observationele epidemiologische studie uitgevoerd om risicofactoren voor de seroprevalentie bij slachtvarkens af te leiden. Tweehonderdenvier varkensbedrijven namen deel aan deze cross-sectionele studie. Voor gemiddeld 61 vleesvarkens per bedrijf werd de aanwezigheid van antilichamen tegen de geselecteerde pathogenen onderzocht met een enzyme linked imunosorbent assay (ELISA). Elke deelnemende varkenshouder vulde bovendien een uitgebreide enquëte in betreffende mogelijke risicofactoren, afgeleid uit een literatuurstudie. Uiteindelijk werd een multifactorieel model ontwikkeld voor elk van de drie pathogenen aan de hand van gemengde modellen statistiek of logistische regressie. Hierbij werden significante risicofactoren geassocieerd met de gemiddelde seroprevalentie van een bedrijf.Voederen van meel of brij, aanwezigheid van een hygiënesluis, gebruik van een ontsmettingsmat voor laarzen, toepassen van al-in al-uit, een temperatuur binnen de thermoneutrale zone en het desinfecteren tussen de verschillende opzetten waren alle geassocieerd met een lagere gemiddelde Salmonella-seroprevalentie. Bemonsteren tijdens de zomer, leegstand, een dalende vloeroppervlakte per dier alsook een toenemende bedrijfsgrootte waren gerelateerd aan hogere Salmonella-prevalenties.Het risico om positief te zijn voor M. hyopneumoniae daalde indien vaste hoktussenschotten werden gebruikt, aangekochte zeugen in quarantaine zaten, een hygiënesluis aanwezig was, al-in al-uit toegepast werd en als de temperatuur binnen de thermoneutrale zone lag. Een hoge varkensdichtheid rond het bedrijf, een dalend luchtvolume per dier en een stijgende bedrijfsgrootte waren gerelateerd met een hoger risico op M. hyopneumoniae-seroprevalentie.Beschermende managementmaatregelen voor L. intracellularis seroprevalentie waren al-in al-uit productie, desinfecteren van de hokken, aanwezigheid van een hygiënesluis en gebruik van een ontsmettingsmat voor laarzen. Daarentegen waren basisch drinkwater en vloeren met smalle roosterspleten risicofactoren voor L. intracellularis-prevalentie.Ook werden pathologische letsels gescoord in de slachtlijn als hulp bij het evalueren van de productie-efficiënte. Long- en leverschade werd teruggevonden bij de meeste bedrijven, tekenen van schurft kwamen minder frequent voor. De aanwezigheid van letsels varieerde sterk tussen verschillende seizoenen.De studie toonde aan dat de ontwikkelde modellen een bruikbaar preliminair instrument zijn om hoge risico bedrijven te identificeren waarop gerichte screening kan volgen. Bovendien zijn ze ook geschikt als managementhulp bij bedrijfsbeslissingen. Tijdens het tweede deel van de studie werd een longitudinaal veldonderzoek uitgevoerd in 12 varkensbedrijven om de risicoperiode van infectie te identificeren. Gemiddeld werden 29 biggen opgevolgd van geboorte tot slacht. Bloed werd genomen op 4, 10, 16 weken leeftijd en bij slachten. Daarenboven werden per bedrijf bloed van gemiddeld 13 zeugen bemonsterd, 4 weken voor werpen. De seroprevalentie van Salmonella, M. hyopneumoniae en L. intracellularis, gedetecteerd door een ELISA of een immunofluorescence antibody test (IFAT), werd geanalyseerd via de generalized estimating equations (GEE) methode.Een hoge bedrijfs- en binnenbedrijfprevalentie konden worden aangetoond. De serorespons van de varkens vertoonde een specifiek patroon voor alle bacteriën met een daling in het aantal positieve dieren op een leeftijd van 10 weken gevolgd door een langzame toename tot een maximum binnenbedrijfsprevalentie bij slachten. De eerste infectiegolf kwam steeds van M. hyopneumoniae, gevolgd door L. intracellularis. De Salmonella-infectie kwam laatst. Er werd aangetoond dat de seroconversie consistent is en gerelateerd met de voorgaande staalname. Bijna alle zeugen waren seropositief voor de geselecteerde pathogenen.Dit werk benadrukte het belang van de laatste fase van de productiecyclus en daaruit volgend de nood aan interventiestrategieën gedurende deze periode. Het laatste deel van de studie probeerde het effect van verschillende risicofactoren aan te tonen op de seroprevalentie en de productieresultaten van slachtvarkens. Verschillende behandelingen werden getest onder praktijkomstandigheden in een gestandaardiseerde omgeving. Er werd bloed van de varkens genomen op verschillende tijdstippen en het serum werd getest op antilichamen tegen Salmonella, M. hyopneumoniae en L. intracellularis met behulp van ELISA s. Longletsels werden gescoord bij slachten en de dieren werden geregeld individueel gewogen. Het effect van de behandelingen werd geanalyseerd aan de hand van variantie-analyse, logistische regressie of GEE en zijn hieronder samengevat.Opvallend is dat de experimentele studie, in tegenstelling tot het observationeel onderzoek, de behandelingen niet steeds als risicofactor kon bevestigen.Als een compartiment minder dan 1 dag of meer dan 3 weken leegstond vooraleer er nieuwe vleesvarkens in kwamen, daalde de Salmonella-seroprevalentie significant ten opzichte van 1 week leegstand. Dit positieve effect werd ook teruggevonden in de groeisnelheid van de verschillende groepen. Daarentegen bleek het gebruik van een ontsmettingsmat voor laarzen aan de ingang van de afmest de Salmonella-seroprevalentie van de varkens te verhogen.Het risico op Salmonella- en L. intracellularis-seroprevalentie daalde als de mest in het kraamhok regelmatig verwijderd werd en de zeugen gewassen werden vooraleer het kraamhok te betreden. Ook het aanzuren van het drinkwater tijdens de voor- en afmest zorgde voor een reductie in het aantal Salmonella en L. intracellularis seropostieve dieren.Het manipuleren van de licht-donkercyclus bleek echter geen significant effect te hebben op de seroconversie voor Salmonella en L. intracellularis of op de productieparameters.Vaccinatie tegen L. intracellularis kon wel de doorbraak van veldinfecties controleren.Het vermijden van snuitcontact tussen aanpalende hokken reduceerde de M. hyopneumoniae-seroprevalentie niet en had een negatieve invloed op de groeisnelheid van de dieren. Vaccinatie tegen M. hyopneumoniae bleek geassocieerd met een groter aangetast longoppervlak door EP en gevaccineerde varkens groeiden trager dan niet-gevaccineerde. Bovendien zorgde het kweken van eigen zeugen en het voorzien van meer luchtvolume per dier voor minder longletsels bij slachten in vergelijking met het vaccineren van de vleesvarkens.Experimenteel onderzoek verhoogt de kennis betreffende de serologische reacties als gevolg van managementveranderingen en helpt in het interpreteren van controlestrategieën. Dit hoofdstuk onderstreepte de nood aan experimenteel onderzoek vooraleer het implementeren van op het eerste zicht vanzelfsprekende maatregelen daar sommige procedures een infectiecyclus kunnen onderhouden of zelfs versterken. Het wordt daarom aangeraden een bedrijfsspecifieke interventie- en controlestrategie te formuleren gebaseerd op een combinatie van maatregelen die zowel praktisch als economisch haalbaar zijn. Multifactoriële infecties zoals Salmonella, M. hyopneumoniae en L. intracellularis vragen een veelzijdige aanpak. Deze studie levert een belangrijke bijdrage in de ontwikkeling van een methode voor identificatie van risicofactoren en de ontwikkeling van mogelijke interventiestrategieën om de pathogeenprevalentie te reduceren. Het wordt aanbevolen om bij toekomstig experimenteel onderzoek storing binnen de verzamelde data te minimaliseren door een groter aantal variabelen te registreren.VOORWOORD LIST OF PUBLICATIONS TABLE OF CONTENTS SAMENVATTING SUMMARY LIST OF ABBREVIATIONS CHAPTER 1: GENERAL INTRODUCTION 1 Introduction 3 Salmonellose 4 Etiology 4 Epidemiology 5 Salmonellosis in swine 5 Salmonellosis in humans 6 Diagnosis 7 Bacteriology 7 Serology 8 Treatment and vaccination 9 Control and prevention 10 Risk factors 10 Salmonella surveillance and control programs in Europe 12 Enzootic pneumoniae 13 Etiology 13 Epidemiology 13 Diagnosis 14 Coughing 14 Bacteriology 15 Serology 15 Lung scoring 16 Treatment and vaccination 16 Control and prevention 17 Porcine proliferative enteropathy 20 Etiology 20 Epidemiology 20 Diagnosis 21 Bacteriology 21 Serology 22 Pathological examination 23 Treatment and vaccination 23 Control and prevention 24 Slaughter lesions 26 Outline and aim of thesis 28 CHAPTER 2: CROSS-SECTIONAL FIELD STUDY 31 CHAPTER 2.1: DEVELOPMENT OF A SANITARY RISK INDEX FOR SALMONELLA SEROPREVALENCE IN BELGIAN PIG FARM 33 Introduction 35 Material and methods 35 Herd selection and study population 35 Data collection 36 Herd data 36 Sample collection 37 Sample analyses 38 Statistical analyses 38 Predictive model 38 Validation 39 Results 40 Seroprevalences 41 Risk factors 41 Validation of the sanitary risk index 43 Discussion 47 Seroprevalence 47 Risk factors 48 Model 50 Conclusion 53 CHAPTER 2.2: QUANTIFIED EFFECTS OF HOUSING CONDITIONS ON MYCOPLASMA HYOPNEUMONIAE SEROPREVELANCE AND LUNG LESIONS IN PIGS AT SLAUGHTER 55 Introduction 57 Material and methods 57 Herd selection and study population 57 Data collection 58 Herd data 58 Sample collection 59 Sample analyses 60 Lung lesions scoring 60 Statistical analyses 60 Predictive model 60 Validation 61 Results 62 Prevalences 62 Risk factors 63 Validation of the sanitary risk index 64 Discussion 65 Seroprevalence 65 Risk factors 66 Model 67 CHAPTER 2.3: RISK FACTORS FOR LAWSONIA INTRACELLULARIS SEROPREVALENCE IN SLAUGHTER PIGS 69 Introduction 71 Material and methods 71 Herd selection and study population 71 Data collection 72 Herd data 72 Sample collection 73 Sample analyses 73 Statistical analyses 73 Results 74 Prevalences 74 Risk factors 74 Discussion 76 CHAPTER 2.4: PREVALENCE OF GROSS LESIONS IN PIGS AT SLAUGHTER: LUNGS, LIVER AND SKIN 79 Introduction 81 Material and methods 81 Herd and pig selection 81 Carcass and organ inspection 82 Lungs 82 Liver 84 Skin 84 Statistical analyses 85 Results 86 Seasonal patterns 86 Change over time 87 Discussion 87 CHAPTER 3: LONGITUDINAL FIELD STUDY 91 CHAPTER 3.1: LONGITUDINAL SEROLOGICAL RESPONSE TO SELECTED ENTEROPATHOGENIC BACTERIA IN SUBCLINICALLY INFECTED BELGIAN PIG FARMS AND THE EFFECT OF SOW MANAGEMENT 93 Introduction 95 Materials and methods 95 Herd selection 96 Samples 97 Sample analyses 98 Statistical analyses 99 Results 99 Serological results 99 Antibody kinetics 100 Interaction between Salmonella and L. intracellularis 100 Dam, weight and management effect 100 Discussion 101 Serological results 102 Antibody kinetics 102 Interaction between Salmonella and L. intracellularis 103 Dam, weight and management 104 Conclusion 106 CHAPTER 3.2: VACCINATION AGAINST MYCOPLASMA HYOPNEUMONIAE OF PIGS VERSUS PROTECTIVE MEASURES IN RELATION TO TIME-COURSE OF SEROCONVERSION AND ZOOTECHNICAL RESULTS 107 Introduction 109 Material and methods 109 Herd selection and housing conditions 109 Study design 111 Sample analyses 112 Statistical analyses 113 Results 113 Experimental study 113 Longitudinal design for the non-vaccinated herds 114 Antibody kinetics 114 Dam and weight effect 115 Discussion 116 Experimental study 116 Longitudinal design for the non-vaccinated herds 118 Antibody kinetics 119 Dam and weight effect 119 Conclusion 121 CHAPTER 4: EXPERIMENTAL STUDY 123 CHAPTER 4.1: INFLUENCE OF PEN DESIGN AND VACCINATION ON SEROCONVERSION TO MYCOPLASMA HYOPNEUMONIAE IN PIGS 125 Introduction 127 Material and methods 127 Animals and housing 127 Experimental design and treatment groups 128 Blood sampling and analyses 128 Live weight and medication recording 129 Lung lesions scoring 129 Statistical analyses 130 Results 130 Average daily growth 131 Slaughter lesions 132 Discussion 133 Effect of vaccination 133 Effect of snout contact 134 Effect of vaccination in combination with snout contact 135 Effect of seroconversion and slaughter lesions 135 Conclusion 136 CHAPTER 4.2: VACCINATION AS ALTERNATIVE PREVENTIVE TREATMENT FOR PORCINE PROLIFERATIVE ENTEROPATHY 137 Introduction 139 Materials and methods 139 Animals and housing 139 Experimental design and treatment groups 140 Blood sampling and analyses 141 Live weight, feed intake and medication recording 141 Statistical analyses 142 Results 142 Discussion 144 CHAPTER 4.3: SALMONELLA CONTROL AT THE HERD LEVEL: BOOT DISINFECTION AND CLEAN DOWNTIME 147 Introduction 149 Material and methods 149 Animals and housing 149 Experimental design 150 Boot mats 150 Clean downtime 150 Blood sampling and analyses 151 Live weight and medication recording 151 Statistical analyses 152 Results 152 Desinfection mats for boots 152 Clean downtime 154 Discussion 155 Disinfection mats for boots 155 Clean downtime 156 Conclusion 157 CHAPTER 4.4: ACIDIFYING DRINKING WATER AND ADAPTATION OF PHOTOPERIOD AS ALTERNATIVE CONTROL STRATEGIES FOR SALMONELLA AND LAWSONIA INTRACELLULARIS SEROPREVALENCE IN PIGS 159 Introduction 161 Material and methods 162 Animals and housing 162 Experimental design 163 Water acidification 163 Photoperiod 163 Blood sampling and analyses 164 Live weight, feed intake and medication recording 164 Ear and tail biting lesions 164 Statistical analyses 165 Results 166 Water acidification 166 Growth rate 166 Serology 166 Photoperiod 167 Growth rate 167 Serology 168 Ear and tail biting lesions 169 Discussion 169 Water acidification 169 Photoperiod 171 Conclusion 172 GENERAL DISCUSSION AND CONCLUSIONS 173 General discussion 175 Conclusion 181 Perspectives for future research 181 CITED REFERENCES 185status: publishe

Discrepancies between the isolation of Salmonella from mesenteric lymph nodes and the results of serological screening in slaughter pigs

Most Salmonella control programmes are based on serological testing in the slaughterhouse. However, from a point of view of carcass contamination, it is rather the presence of Salmonella spp. in the animal at the time of slaughter that is important. The aim of this cross-sectional study was to investigate the possible discrepancies between the isolation of Salmonella spp. in the mesenteric lymph nodes and the results of serological screening. In total, 1821 fattening pigs originating from 60 Belgian farrow-to-finish herds were sampled in the slaughterhouse. The serum samples were analysed using an indirect mix-ELISA for the presence of Salmonella antibodies and evaluated at 3 cut-off values namely 10, 20, and 40% Optical Density (OD). All mesenteric lymph node samples were submitted to qualitative Salmonella isolation and a representative number of isolates was serotyped. From each herd, 30 animals were screened both serologically and bacteriologically and the herd was considered as positive when at least one sample was positive. At the herd level, 83.6% (cut-off OD 40%) to 100.0% (cut-off OD 10%) of the herds from which Salmonella had been isolated were evaluated as seropositive. At the individual level, only 34.5% (cut-off OD 40%) to 82.8% (cut-off OD 10%) of the animals from which Salmonella had been isolated were seropositive. Overall, a weak agreement was found between bacteriology and serology for Salmonella diagnosis. If pig herds are categorised using serological tests in the slaughterhouse, one should be aware of the fact that slaughter pigs can still harbour Salmonella spp. in the mesenteric lymph nodes, without being detected in serological tests. The cut-off value used to evaluate a sample as serologically positive and the number of samples per herd are of major importance to classify herds correctly in order to protect human health

Effects of DON and an adsorbent on oxidative stress in the liver of broiler chickens.

<p>Results are presented as mean (± SEM) mRNA expression. Fold change in gene expression levels of the chicken liver relative to control group, which is considered 1. * Indicates significant differences between treated and control animals.</p

MOESM8 of In-feed bambermycin medication induces anti-inflammatory effects and prevents parietal cell loss without influencing Helicobacter suis colonization in the stomach of mice

Additional file 8. Bacterial community compositions present in the stomach of each individual mice. The cumulated histograms show the relative abundance of the identified taxa at phylum (A), family (B) or genus (C) level. At family and genus level, taxa with a relative abundance < 1% are merged in the category “others”. M1_ = group 1 = H. suis-negative control group without bambermycin supplementation; M2_ = group 2 = 32 ppm bambermycin supplemented, non-H. suis infected group; M3_ = group 3 = 64 ppm bambermycin supplemented, non-H. suis infected group; M4_ = group 4 = H. suis-positive control group without bambermycin supplementation; M5_ = group 5 = 32 ppm bambermycin supplemented, H. suis infected group; M6_ = group 6 = 64 ppm bambermycin supplemented, H. suis infected group. The unclassified populations correspond to defined groups of the genus level for which a taxonomical classification assignation to the genus cannot be attributed. These populations are therefore labelled with the first defined superior hierarchical taxonomic level followed by “_unclassified” to prevent confusion

MOESM7 of In-feed bambermycin medication induces anti-inflammatory effects and prevents parietal cell loss without influencing Helicobacter suis colonization in the stomach of mice

Additional file 7. Overview of the number of pyrosequencing reads for each mice. Group 1 = H. suis-negative control group without bambermycin supplementation; group 2 = 32 ppm bambermycin supplemented, non-H. suis infected group; group 3 = 64 ppm bambermycin supplemented, non-H. suis infected group; group 4 = H. suis-positive control group without bambermycin supplementation; group 5 = 32 ppm bambermycin supplemented, H. suis infected group; group 6 = 64 ppm bambermycin supplemented, H. suis infected group

Effects of DON and an adsorbent on intestinal barrier in broiler chickens.

<p>Results are presented as mean (± SEM) mRNA expression. Fold change in gene expression levels of the chicken intestines relative to control group, which is considered 1. ^a–c Different lower-case letters indicate significant differences between groups.</p

Length of villi (µm) and crypt depth (µm) in duodenum, jejunum and ileum after 3 weeks feeding a control diet or feed contaminated with DON, either or not supplemented with an adsorbing agent. Results are presented as mean values and standard deviations of fifteen villi or crypts measured from 8 chickens per treatment group.

<p>a,b mean values within a row with unlike superscript letters are significantly different (p≤0.05).</p