Search CORE

21 research outputs found

In Search of Health-Promoting Microbes : In Vitro and In Vivo Studies in Swine

Author: Lähteinen Tanja
Publication venue: 'University of Helsinki Libraries'
Publication date: 14/11/2014
Field of study

Lactobacilli are important members of the commensal microbiota of both man and animals, contributing to the health and well-being of the host. Dietary supplementation with lactobacilli to enhance the health and productivity of the host has generated much interest in the production animal sector, especially after the prohibition of in-feed antimicrobials. In the swine rearing industry, disturbances in gastro-intestinal (GI) health, such as diarrhea, are very common, causing significant financial losses and compromising animal welfare. The use of lactobacilli as dietary probiotics to maintain and restore a balanced intestinal microbiota during various stressful situations, like the weaning of piglets, might help to prevent the development of GI infections. In addition to their use as probiotics, lactobacilli are also considered as good candidates for antigen carriers in vaccine applications. In particular, those strains carrying a surface (S) layer are attractive vaccine vectors, as the production of the antigenic epitope in each protein subunit as part of the S-layer lattice would enable the expression of a large number of antigens on the surface of the bacterial cell. In this thesis, the probiotic potential of swine originating lactobacilli for use in swine production was characterized by using both in vitro and vivo methods. The screening assays for selected traits commonly considered important for a putative probiotic, such as acid and bile tolerance, adherence to host structures, ability to inhibit pathogens as well as immunostimulatory patterns, showed that these properties vary considerably, even between strains of the same species. This finding emphasizes the need for careful selection of the putative probiotic strain. Based on these in vitro screening tests, six Lactobacillus strains were selected for use in a multispecies bacterial supplementation, which was assessed in a feeding trial performed in recently weaned piglets. Additionally, a Lactobacillus strain possessing an S layer, namely Lactobacillus brevis ATCC 8287, was used in the feeding trial as a monostrain supplementation. Although the ability of the supplemented strains to survive and colonize within the porcine gut appeared to be limited, both of the supplementations did induce some alterations on the mRNA levels of selected cytokines in the intestinal mucosa, and more pronounced effects were evident with the multispecies supplementation. While these supplementations may be suitable for use as probiotics in swine, additional studies will be needed to explore the effects of the strains on piglet health and immune status in more detail. The genomic characterization of the S-layer protein-carrying L. amylovorus strains revealed that several slp like genes are carried by each of the strains; these genes were named slpA, slpB and slpC. In all of the strains, the major Slp protein was encoded by the slpA gene. Unexpectedly, none of the major S-layer proteins was found to solely mediate adhesion of the strains to IPEC-1 cells. Interestingly, the adhesion efficiency of the strains to IPEC-1 cells did not strictly correlate with their ability to inhibit adhesion of an Escherichia coli strain to the same cells. Thus, apart from competition for binding sites, other mechanisms are also involved in the ability of lactobacilli to inhibit pathogen adhesion.Ruuansulatuskanavan infektiot aiheuttavat sikatuotannossa merkittäviä taloudellisia tappioita ja heikentävät eläinten hyvinvointia. Suolistoinfektioiden hallintaan on pyritty löytämään rehuantibiootteja korvaavia keinoja esimerkiksi isäntäeläimen terveyteen positiivisesti vaikuttavien, eli niin kutsuttujen probioottisten mikrobien käytöstä. Mikrobin probioottisuuden on todettu olevan jossain määrin isäntälajikohtainen ominaisuus, joten sialle tarkoitettujen probioottisten mikrobien olisi hyvä olla alun perin siasta eristettyjä. Probiootteina käytetään usein maitohappobakteereita, kuten Lactobacillus-suvun bakteerilajeja, sillä niillä on todettu olevan useita probiooteilta vaadittuja ominaisuuksia. Lactobacillus-suvun edustajat ovat myös houkuttelevia suun kautta annosteltavien rokotteiden antigeenikantajia. Varsinkin sellaiset laktobasillikannat, joilla on pintakerrosproteiini (S-layer), ovat mielenkiintoisia ehdokkaita rokotevektoreiksi, sillä antigeenisen epitoopin ilmentäminen pintakerrosproteiinin jokaisessa alayksikössä antaa mahdollisuuden tuottaa suuria määriä antigeenia kyseisen bakteerin pinnalla. Tässä väitöskirjatyössä tarkasteltiin siasta eristettyjen laktobasillien probioottisia ominaisuuksia, sekä valikoitujen kantojen mahdollista soveltuvuutta sialle tarkoitetuksi probiootiksi ja/tai rokotevektoriksi. Tiettyjen probioottisten ominaisuuksien (kuten kyky sietää happamuutta ja sappea, kyky kiinnittyä isäntäeläimen rakenteisiin, kyky inhiboida tautia aiheuttavia bakteereja sekä kyky stimuloida immuunijärjestelmää) kartoitustutkimuksissa havaittiin kyseisten ominaisuuksien vaihtelevan hyvin runsaasti, jopa saman laktobasillilajin eri kantojen välillä. Sopivan probioottisen bakteerikannan valinta on siis tehtävä huolella. Kartoitustutkimusten tulosten perusteella valittiin kuusi Lactobacillus kantaa, joiden vaikutuksia vieroitettujen porsaiden terveyteen tutkittiin syöttökokeessa. Nämä kuusi kantaa annosteltiin porsaille seoksena. Lisäksi kokeessa tarkasteltiin pintakerrosproteiinin omaavan Lactobacillus brevis ATCC 8287 kannan vaikutusta porsaiden terveyteen. Yllättäen mikään käytetyistä kannoista ei ainakaan suuressa määrin selviytynyt elävänä sian suoliston läpi. Tästä huolimatta sekä laktobasilliseos että L. brevis -kanta aiheuttivat tiettyjen sytokiinien lähetti-RNA-tasojen muutoksia porsaiden suoliston limakalvolla, joskin laktobasilliseosta saaneessa ryhmässä havaittiin useampia muutoksia verrattuna L. brevis kantaa saaneeseen ryhmään. Nämä laktobasillikannat saattavat tulosten perusteella soveltua sioille tarkoitettuihin probioottivalmisteisiin, mutta niiden vaikutusta sikojen terveyteen ja tuotantoon tulee selvittää vielä yksityiskohtaisemmin. Siasta eristettyjen laktobasillien joukossa havaittiin myös Lactobacillus amylovorus -kantoja, joiden genomikartoituksessa löydettiin useita pintakerrosproteiineja koodaavia geenejä (slpA, slpB, slpC). Kaikilla kannoilla merkittävin pintakerrosproteiini oli SlpA. Vastoin odotuksia, yhdenkään kannan pintakerrosproteiinilla ei vaikuttanut olevan merkittävää roolia kannan kiinnittymiskyvyssä suoliston IPEC-1 solulinjaan

Helsingin yliopiston digitaalinen arkisto