A probiotikum étrend-kiegészítésének hatásai Enterococcus faecium az elválasztott malacok növekedési teljesítményéről és a bél mikrobiotájáról

Absztrakt

Bevezetés

Az antibiotikumokat széles körben alkalmazták a hasmenés megelőzésében és az állatállomány növekedésének javításában. Az antibiotikumok káros hatásai, például a húskészítményekben található maradványok és az antibiotikumokkal szemben rezisztens baktériumok megjelenése (van den Bogaard és Stobberingh 2000) azonban széles körű figyelmet keltettek. Így egyes országokban tilos az antibiotikumokat adalékanyagként használni az állati takarmányokban (Casewell és mtsai 2003). Az elmúlt években az antibiotikumok takarmányban való felhasználása Kínában fokozatosan csökkent, de néha még mindig elérhető állati takarmányokban. Ezért nagy jelentőségű, hogy alternatívákat találjanak az antibiotikumoknak az állati takarmányokban az állattenyésztés fejlődésének elősegítése érdekében.

A probiotikus takarmány-adalékanyagokat az antibiotikumok alternatívájaként javasolták, mivel azok kedvező hatással vannak a gazdákra (Liu et al. 2014; Abhisingha et al. 2017; Yu et al. 2017). Enterococcus faecium széles körben használják probiotikus kiegészítőként a takarmányokban. Korábbi vizsgálatok kimutatták a probiotikum jótékony hatását E. faecium hasmenésről, növekedési teljesítményről és mikrobiota összetételről (Zeyner és Boldt 2006; Bednorz és mtsai 2013; Wang és mtsai 2016; Lan és Kim 2017), ami azt sugallja, hogy az antibiotikumokat E. faecium. Egyes tanulmányok azonban azt mutatják E. faecium a kezelésnek nincs hatása a testtömeg-növekedésre (Busing és Zeyner 2015), a takarmányfelvételre vagy a malacok takarmány-hatékonyságára (Taras et al. 2006). Így a E. faecium a malacok növekedési teljesítményéről továbbra is nagyon ellentmondásos. Így további vizsgálatokra van szükség a hatás mechanizmusainak tisztázásához E. faecium.

Az elmúlt években a bél mikrobiota szerepét alaposan megvizsgálták és feltárták (Kahrstrom et al. 2016; Sonnenburg and Backhed 2016). A gazdaszervezetek metabolikus szindrómájának tünetei, például az elhízás, szorosan összefüggenek a bél mikrobiota dysbiosisával (Sen és mtsai 2017). A bél mikrobiota nagy hatással van a malacok egészségére; például az aminosavak előállítása, a szénhidrátok fermentálása, a bélbolyhok fenntartó integritása és a kórokozó baktériumok elleni védelem (Gresse et al. 2017). A népesség csökkenése Lactobacillus nemzetség és a népesség növekedése Enterococcus és Escherichia coli korai elválasztású malacoknál figyeltek meg (Wei et al. 2017). Sőt, a mikrobiális közösség szerkezetének változásai észlelhetők olyan bélrendszeri rendellenességekkel rendelkező malacokban, mint például a hasmenés (Li et al. 2014). Nyilvánvaló, hogy a bél mikrobiota fontos tényező, amely befolyásolja a malacok növekedését. A gyomor-bél traktus mikrobiotájának összetétele az antibiotikumokkal kiegészített étrenddel etetett malacok és az antibiotikumok nélküli étrenddel etetett malacok között változik (Mu et al. 2017), ami azt jelzi, hogy az antibiotikumok által kiváltott bél mikrobiota változások a malacok növekedésének változásai (Andreas et al. 2016).

Bár néhány tanulmány az antibiotikumok szerepére és E. faecium a malacok növekedésében (Wang et al. 2013, 2016; Lan és Kim 2017), még mindig kevés információ van a csökkent antibiotikumokkal és E. faecium kiegészítés az állatok növekedésére és a széklet baktériumok közösségének szerkezetére. A korán elválasztott malacok számos stressz tényezőnek vannak kitéve, amelyek a bél mikrobiotáját drámai módon megváltoztatják, és a hasmenést antibiotikum-kezelés nélkül fokozzák (Vondruskova et al. 2010; Li et al. 2017). Ezért ezt a vizsgálatot az antibiotikumok és a E. faecium az elválasztott malacok növekedési teljesítményéről és a bél mikrobiotájáról.

Anyagok és metódusok

Állatok és kísérleti kezelések

Az ebben a vizsgálatban bemutatott kísérleti tervet és eljárást a Dél-Kínai Mezőgazdasági Egyetem Állattenyésztési és Felhasználási Bizottsága vizsgálja felül és hagyja jóvá.

364 elválasztott malacot (Duroc × Landrace × Large White), kezdeti testtömegük 7,03 ± 0,03 kg, véletlenszerűen négy kezeléshez rendeltünk hét tollal, és mindegyik toll 13 elválasztott malacot tartalmaz. A malacokat vízzel, valamint kukorica- és szójaliszt-alapú étrenddel etetik (1. táblázat) ad libitum mellbimbó-itatón és etetőn keresztül. A kontrollcsoport malacait 75 mg/kg aureomycint tartalmazó alaptáplálékkal etettük (1. diéta csoport), a három kísérleti csoportba tartozókat pedig a következő kiegészítőkkel tápláltuk: 50 mg/kg aureomycin (2. diéta csoport) ), 50 mg/kg aureomicin + 9 × 105 CFU/g E. faecium (3. diéta csoport), vagy 50 mg/kg aureomicin + 1,2 × 106 CFU/g E. faecium (4. diéta csoport). E. faecium (China Center for Type Culture Collection, Wuhan, Kína, CCTCC M2011031 sz., 3 × 109 CFU/g) a Huada-real Technology Co., Ltd. (Wuhan, Kína) biztosította. A kísérletet 14 napig végeztük.

Mintagyűjtés és mérések

A malacok kezdeti testtömegét és végső testtömegét 21 napos (1. kísérleti nap) és 35 napos (14. kísérleti) éves korban mértük az átlagos napi súlygyarapodás kiszámításához. A felkínált és elutasított takarmánymennyiségeket minden nap rögzítették az egyéni napi takarmánybevitel megerősítésére, és a takarmányhatékonyságot a súlygyarapodás/takarmányfelvételi arány alapján számolták a takarmánybevitel és a testsúly adatai alapján. A hasmenés arányát a következő képlet alapján számítottuk ki (Hu et al. 2017): A/ (B × C), hol A a hasmenéses malacok száma a tollban, B a malacok teljes száma a karámban, és C a kísérleti napok száma.

DNS kivonás és 16SrRNS gén szekvenálás

Bioinformatikai elemzés

A bioinformatikai elemzést a szekvenálási adatok alapján végzik el. A nyers adatokat a QIIME (http://qiime.org/) (Caporaso és mtsai 2010) és a FLASH (v1.2.11) (Magoc és Salzberg 2011) elemezte, majd az adapterek és az alacsony minőségű olvasmányok kiszűrésére kiszűrték. tiszta olvasmányok megszerzése, majd az átfedésben lévő páros végű olvasások egyesítése címkék létrehozása céljából. A címkéket az USEARCH (v7.0.1090) (Edgar 2013) segítségével 97% -os szekvencia-hasonlósággal operatív taxonómiai egységekbe (OTU-kba) csoportosítottuk. A reprezentatív OTU-szekvenciákat taxonómiailag osztályozták a Greengene (V201305) referencia-adatbázisra betanított Ribosomal Database Project (RDP) osztályozóval (DeSantis et al. 2006). Végül az alfa változatosságot elemeztük OTU-k alapján. Az R (v3.0.3) segítségével a diszimilaritás metrikák fő komponens analízisének (PCA) diagramjait is vizualizáltuk. Az összes nyers szekvenciát beküldtük az NCBI Sequence Read Archive-ba, a SAMN10234820-SAMN10234874 azonosítószámmal.

Statisztikai analízis

A növekedési teljesítményt, a megfigyelt OTU-kat és az alfa változatosságot statisztikailag elemeztük ismételt mérésű egyirányú ANOVA-val az SPSS 17.0 alkalmazásával (SPPS Inc., Chicago, IL, USA). Duncan több tartományú tesztje és a Mauchly-féle gömböteszt esetében végzett többváltozós varianciaanalízis azt mutatta P > 0,05 és P

Eredmények

Növekedési teljesítmény

Amint a 2. táblázat mutatja, az 1. és 3. diéta csoportokkal összehasonlítva a 2. diéta csoportban a végső testtömeg nőtt (P = 0,05) 4,13% -kal, illetve 3,51% -kal, az átlagos napi gyarapodás pedig a 2. diéta csoportban nőtt (P ˂ 0,05) 14,26% -kal, illetve 11,82% -kal. Csökkenő tendenciák (P = 0,08) a 3. és 4. csoport halálozási arányát figyelték meg az 1. csoportéval összehasonlítva.

A széklet baktériumközösségeinek sokfélesége

Minőségellenőrzés és kiméra eltávolítás, az összes székletmintából szűrés után 5 769 672 kiváló minőségű szekvenciát kaptunk (3. táblázat), csoportonként átlagosan 1 442 418, mintánként 80 134 szekvenciával. Összesen 1852 OTU jött létre. A 3. diéta csoport 14. napjának székletbaktérium közösségében kevesebb OTU volt (P ˂ 0,05), mint a többi csoporté (1C. Ábra).

Amint a 4. táblázat mutatja, a Sobs, a Chao1, az ACE és a Shannon index értékének növekedését és a Simpson index értékének csökkenését figyelték meg az 1. és a 14. nap közötti időközönként. A 14. napon a Sobs, a Chao1, az ACE és a Shannon A 2. diéta csoportban az index értékei magasabbak voltak, mint a többi csoportban (2A – D. ábra). A 3. diéta csoport alacsonyabb (P 0,05). A PCA kimutatta, hogy a mintákat több kísérleti napon csoportosították (3. ábra). Az összes minta ritkasággörbéje stabil értéket ért el (1. kiegészítő fájl: S1 ábra).

Az OTU-k szétszórt ábrája az egyes székletmintákban. Az A, B, C és D székletmintákat jelent az 1., 2., 3. és 4. étrendben. A T1, T2 és T3 az 1., a 7. és a 14. napon gyűjtött székletmintákat jelöli

A széklet baktérium közösségének felépítése

Menekültügyi szinten hét phyla bősége ≥ 0,5% volt: Bacteroidetes, Euryarchaeota, Firmicutes, Fusobacteriumok, Proteobaktériumok, Spirochaetes, és Synergistetes. Közöttük, Bacteroidetes, Firmicutes, Spirochaetes, és Proteobaktériumok voltak a domináns phyla, az összes széklet baktérium közösségének több mint 95% -át tették ki (4. ábra). A rengeteg Bacteroidetes növekedett, míg a Proteobaktériumok az 1. napról a 7. napra csökkent, és a 7. és a 14. nap között stabil maradt (4. ábra). Az 1. napon a rengeteg Bacteroidetes, Euryarchaeota, Spirochaetes és Planctomycetes magasabbak voltak az 1. diéta csoportban, mint a 2. diéta csoportban (4. ábra), és a 3. diéta csoportban magasabbak voltak (P 4. ábra

A bakteriális közösség szerkezetének megoszlása menedékjogi szinten különböző fázisokban. A 0,01% -nál alacsonyabb relatív bőségeket nem mutatjuk be. Az 1., a 7. és a 14. nap az 1., a 7. és a 14. napot jelenti. A menekültügyi szintű relatív bőséget statisztikailag elemeztük nem-parametrikus Kruskal – Wallis tesztekkel

Az első 50 helyet rangsoroló baktérium nemzetségeket a 6. ábra mutatja Actinobacillus, Bacteroides, Butyricimonas, Bilophila, Escherichia, Fusobacterium, Odoribacter, és Pyramidobacter és kisebb mennyiségű Anaeroplasma, Anaerovibrio, Bulleidia, Butyricicoccus, Coprococcus, Fibrobacter, Lachnospira, Oribacterium, Roseburia, Succinivibrio, és YRC22 Az 1. napon találtuk, mint a 7. és a 14. napon Lactobacillus és Treponema, és a legkisebb mennyiségű Prevotella (6. ábra). A 7. napon a legmagasabb (P 6. ábra

Az elválasztott sertések székletének baktériumközösségeinek nemzetségi szintű taxonómiai összetétele különböző fázisokban. A legmagasabb és a legalacsonyabb baktériumszintű székletet zöld, illetve piros színnel mutatják be. Az első 50 helyet rangsoroló baktérium nemzetségek szerepelnek. Az 1., a 7. és a 14. nap az 1., a 7. és a 14. napot jelenti

Vita

Nemzetségi szinten kiderült, hogy a taxonok tartoznak Firmicutes, beleértve Anaerovibrio, Coprococcus, Oscillospira, Phascolarctobacterium, és 02d06 markáns különbségeket mutatott a négy csoport között. Firmicutes fontos szerepet játszanak a keményítő és a rost lebontásában (Kim és mtsai 2011), valamint a megnövekedett bőségben Firmicutes az elhízással és a gazdaszervezetek táplálékból származó energiabevitelével társul emberben (Turnbaugh et al. 2006; Schwiertz et al. 2010). Ezenkívül kimutatták, hogy az emberi test megnövekedett súlya összefügg a bél mikrobiota összetételével, amelyet a megnövekedett szint jellemez Firmicutes (Riva és mtsai, 2017). Itt a rengeteg Firmicutes magasabb volt a Diet 2 csoportban, mint a Diet 1 csoportban a 14. napon. Összességében a jelen tanulmány eredményei és eredményei azt sugallják, hogy az antibiotikumokkal és 9 × 105 CFU/g-val kezelt növekedési teljesítmény csökkenése E. faecium a bél mikrobiotájának változásával társult.

Összefoglalva, a jelen tanulmány eredményei azt mutatják, hogy az elválasztott malacok növekedési teljesítménye a 4. diéta csoportban nem különbözött az 1. és a 2. diéta csoportjától, míg a 3. diéta csoportban a növekedés csökkent a 2. diéta csoporthoz képest. Összességében arra a következtetésre jutottak, hogy 1,2 × 106 CFU/g étrend-kiegészítés E. faecium részben aureomicin helyett nem befolyásolja a növekedési teljesítményt, de megváltoztatja az elválasztott malacok bél mikrobiotájának sokféleségét.