Manurung, Sarmauli

Tarmen udgør en essentiel del af mave-tarmsystemet (GIT) hos grise. Tarmen er et vigtigt organ for fordøjelse, næringsabsorption og mineral balance. I tarmen findes en kompleks mikrobiota og et højt udviklet immunsystem. Disse forskellige aspekter af tarmens fysiologi, mikrobiologi og immunologi er medvirkende faktorer til den samlede ”tarmsundhed”.Ved fravænning er der en høj risiko for, at grisene kan få fravænningsdiarre (PWD). Tarmsundheden hos grisene udfordres af forskellige stress faktorer som adskillelse fra soen og en brat ændring fra soens mælk til foder. Som konsekvens heraf vil det unge dyr være mere modtageligt for infektioner forårsaget af forskellige sygdomsfremkaldende mikroorganismer, hvilket kan være medvirkende til PWD.Udfordringen består i at beskytte grisene mod PWD uden brug af antibiotiske vækstfremmere, hvis brug ikke er tilladt i Europa (Casewell et al., 2003). Ved at ændre sammensætningen af grisenes foder omkring fravænning ved tilsætning af for eksempel probiotika, præbiotika eller phytobiotika kan daglig tilvækst forbedres og modtageligheden for infektioner formindskes. Disse fodertilsætninger kan også have indvirkning på sammensætningen af tarmens mikrobiota (Pierce et al., 2005; Kommera et al., 2006; Canibe and Jensen, 2007; Konstantinov et al., 2008)(Pierce et al., 2005; Canibe and Jensen, 2007)(Canibe et al., 2007; Molbak et al., 2007).Vallepermeat, og specielt laktose indholdet i permeat, er en af de alternative fodertilsætninger, som kan være l gavnlig for grise (Pierce et al., 2006). I den første del af denne afhandling undersøges hypotesen, hvorvidt laktose indholdet i permeat kan forbedre daglig tilvækst af grise efter fravænning uden at forstyrre tarmsundheden. Analyse af tarmprøver inkluderer mikroskopiske undersøgelser af morfologien af tarmslimhinden, bestemmelse af indholdet af kortkædet fedtsyrer og sammensætningen af mikrobiotaen. Disse undersøgelser viste, at fravænningsgrise er i stand til at metabolisere en høj koncentration af laktose og stadig opretholde tarmsundheden. Dette blev yderligere bekræftet ved forbedring af omsætningen af foder til daglig tilvækst selv ved tilsætning af små koncentrationer af permeat.Tilsætning af probiotika til foderet kan hjælpe til at opretholde tarmsundheden herunder en ”sund” mikrobiota. Probiotika kan også reducere koloniseringen med koliforme bakterier, som derved kan medvirke til minimering af alvorlig PWD i fravænningsgrise (Taras et al., 2006; Konstantinov et al., 2008). Men udbyttet af tilsætning af probiotika er afhængig af de specifikke bakteriestammer og ofte er resultaterne af denne fodertilsætning varierende. (Simon. 2010; Kenny et al., 2011).Det vil være ideelt at opnå bakteriestammer, som både viser potentiale som probiotika til fravænningsgrise, men som også er i stand til at opformeres i permeat. Formålet med det andet og tredje manuskript i denne afhandling var at opnå viden om (1) hvorvidt permeat kan bruges som vækstmedium for udvalgte mælkesyrebakterier med potentiale som probiotika og (2) hvorvidt de selekterede mælkesyrebakterier, tilsat permeaten, er i stand til både at fermentere permeaten og samtidig minimere PWD i E. coli inficerede fravænningsgrise.Probiotika til brug i grise følger de samme anbefalinger som probiotika til humant brug (FAO/WHO, 2001). Vi fandt, at kun få mælkesyrebakterier er i stand til at fermentere permeat uden tilsætning af andre næringsstoffer og samtidig have probiotisk potentiale. Vores endelige selektion af mælkesyrebakterier bestod af tre Lactobacillus plantarum isolater, et L. rhamonsus isolat og to isolater fra familien WeissellaEt af L. plantarum isolaterne (L. plantarum 65) samt et isolat fra familien Weissella (W. viridescens 19) blev brugt som inokulum for fermentering af permeat. Det fermenterede permeat blev blandet med standardfoder til fravænningsgrise og brugt som foder til grise inficeret med E. coli F4. Den eksperimentelle infektionsmodel i fravæningsgrise undersøgte potentialet af det fermenterede produkt til minimering af PWD. Forsøget viste, at permeat fermenteret med den potentielle probiotiske bakterie W. viridescens reducerede diarre, forbedrede foderudnyttelse og produktion af smørsyre i tyktarmen. Antallet af bakterier tilhørende slægten Firmicutes blev samtidig forøget i tyktarmen.Fravænningdiarre er en global udfordring for svineindustrien. I Kina udnyttes blandt andet phytobiotika som fodertilsætning til minimering af PWD (Kong et al., 2007; Ding et al., 2011). Det sidste manuskript i denne afhandling undersøgte traditionelt kinesisk medicin i form af ekstrakter af Fructus mume og Ziziphi spinosa til brug for minimering af PWD forårsaget af E. coli F4. Det blev yderligere undersøgt, hvordan disse ekstrakter indvirkede på det innate immunsystem i en in vitro cellemodel. Forsøgene viste, at ekstrakt af Fructus mume alene eller i blanding med Ziziphi spinosa, virker baktericidt mod E. coli F4. Analysen af det innate immunsystem ved brug af den porcine intestinale cellelinie IPEC-J2 viste, at Fructus mume regulerer immunresponset ved at nedregulere IL-18 og TNF-α og opregulere TLR-4.Konklusionen på det eksperimentelle arbejde, der præsenteres i denne afhandling, er at permeat fermenteret med udvalgte probiotiske bakterier kan udgøre en potentiel økonomisk rentabel og effektiv metode til minimering af fravænningsdiarre og medvirke til opretholdelse af grisenes tarmsundhed. Udnyttelse af traditionelt kinesisk medicin i form af fodertilsætning af ekstrakt af Fructus mume kan udgøre et andet alternativ for kontrol af PWD, men fremtidige in vivo forsøg vil vise dette.The intestine is an essential compartment of the gastrointestinal tract (GIT). It is a major site of digestion, nutrient absorption and hydro-mineral exchange homeostasis, harbouring a complex microbiota and a highly evolved mucosal immune system. Interactively, all these aspects of GIT physiology, microbiology and immunology contribute to the so-called “gut health balance”.Weaning places piglets in a high risk situation. The pigs’ gut health balance is challenged by the different stress factors, including separation from the sow and an abrupt change from milk to a diet based on cereals. Consequently, the young animals become susceptible to infections by different pathogens, which may lead to post weaning diarrhoea (PWD).The challenge is to protect young pigs from developing PWD without using antibiotics as growth promoters, especially since the practice is banned in Europe(Casewell et al., 2003). Changing the composition of the weaners diet, including the addition of probiotic, prebiotic, or phytobiotic improve growth performance, resistance to diarrhoea and sometimes manipulate the composition of the microbiota and its metabolic activities (Pierce et al., 2005; Kommera et al., 2006; Canibe and Jensen, 2007; Konstantinov et al., 2008)(Pierce et al., 2005; Canibe and Jensen, 2007; Canibe et al., 2007; Molbak et al., 2007).Whey permeate, especially its lactose content, is one of the alternative nutrient sources which benefit piglets (Pierce et al., 2006). The first part of this thesis tried to answer the hypothesis that the lactose content in whey permeate improves growth performance in piglets after weaning without disturbing the gut health homeostasis. Analyses on gut samples including microscopic observations on the mucosa layer morphology, measurements of short chain fatty acids contents and composition of microbiota communities indicated that post weaned piglets indeed are capable of metabolizing lactose and maintain gut health. These observations were confirmed by improved conversion rate of feed to average daily gain even at inclusion of low level of whey permeate.Concurrently, addition of probiotic seems to help to balance the gut microbiota, limit the colonisation of coliform bacteria, which may help to prevent severe PWD in piglets (Taras et al., 2006; Konstantinov et al., 2008). However, the responses of piglets to probiotic treatment are strain dependent and often inconsistent (Simon. 2010; Kenny et al., 2011). It would be ideal to obtain selected strains which not only show potential as probiotic for piglet application, but also are capable to proliferate in whey permeate. The second and third parts of this thesis were performed to elucidate these questions (1) whether whey permeate can be used as a medium to proliferate selected lactic acid bacteria which show potential as probiotics and (2) whether selected lactic acid bacteria, when added as inoculum to ferment whey permeate, reduce PWD in infected piglets.Probiotic selections for pig applications follow similar recommendations available for the human application (FAO/WHO, 2001). We found that only few lactic acid bacteria are able to proliferate in whey permeate without supplementations and maintain their probiotic potential. Our final selections consist of 3 Lactobacillus plantarum isolates, 1 L. rhamonsus isolate and 2 isolates from the genus Weissella.One of the L. plantarum isolates (L. plantarum 65) and 1 isolate from the genus Weissella (W. viridescens 19) were used as inoculums to ferment whey permeate. The fermented whey permeate product was mixed with basal weaners diets and fed to piglets challenged with E. coli F4. The infection model helped us to identify the potential of the fermented product to minimize diarrhoea from post weaned piglets. Our experiments confirmed that fermenting whey permeate with the potential probiotic W. viridescens reduced diarrhoea frequency, improved feed intake and production of butyric acid in colon and at the same time increased the abundance of Firmicutes in colon.Post weaning diarrhoea is a global challenge to the pork industry. In China, one of practices to prevent and cure PWD is by the addition of phytobiotics (Kong et al., 2007; Ding et al., 2011). (Kong et al., 2007; Ding et al., 2011)The last part of the project dealt with evaluation of Chinese Herbal Medicine, in the form of Fructus mume and Ziziphi spinosa semen ethanolic extracts, in inhibiting PWD-relevant E. coli F4 and measuring how these extracts regulate innate immune responses in vitro. The experiments revealed that indeed extracts of Fructus mume, and its mixture with Ziziphi spinosa semen, are bactericidal against E. coli F4. Furthermore, measurements of cytokine expressions on intestinal porcine epithelial cell line (IPEC-J2) revealed that Fructus mume regulates immune response by down regulating IL-18 and TNF-α and by upregulating TLR-4.In conclusion, the works in the present thesis provides knowledge that fermenting whey permeate with a selected probiotic may be an economical yet efficient approach in reducing diarrhoea and helping post weaned piglets to regain their health gut balance. Furthermore, application of Fructus mume may also be another alternative for PWD management. However, an in vivo study to confirm the efficacy in pigs is required

Online Research Database In Technology

Fermented Whey Permeate for Piglets:As a strategy to reduce Post Weaning Diarrhoea

http://orbit.dtu.dk/ws/files/55000104/PhDthesisSarma.pdf

Fermented Whey Permeate for Piglets:As a strategy to reduce Post Weaning Diarrhoea

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Online Research Database In Technology