In vitro and in vivo studies on the effects of feed additives on a porcine intestinal epithelial cell line (IPEC-J2) and in weaned piglets experimentally challenged with enterotoxigenic E. coli | In-vitro- und in-vivo-Untersuchungen zum Einfluss von Futterzusatzstoffen auf eine intestinale Epithelzellkultur (IPEC-J2) sowie auf Absetzferkel nach experimenteller Infektion mit enterotoxischen E. coli.

The intention of this study was to test both in vitro and in vivo whether feed additives have an inhibitory effect on E. coli infection of piglets. The intestinal porcine epithelial cell line IPEC-J2 was used as in vitro model to assess effects of feed additives on adhesion of a F4 positive E. coli strain (ETEC). Feed additives were dissolved in cell medium, which was then used to grow cells in different feed additive concentrations. Cells were infected with a bacterial suspension previously stained with the fluorescent dye 5,6-carboxymethyl fluorescein diacetate succinimidyl ester. Bacterial adhesion was characterized by fluorescence intensity measured by flow cytometry of the IPEC-J2 cells. A piglet feeding trial was performed in which 81 piglets were challenged with ETEC twice 72 and 76 hours after weaning. Piglets were fed a complete diet that met nutritional requirements and contained the feed additive in the concentration recommended by the producer. Health and performance of piglets were thoroughly examined during the whole course of the experiment (21 days). The objective of the challenge trial was to establish a suitable model for experimental infection (1010 cfu / animal) of weaner piglets (3 weeks old) using an ETEC strain positive for F4 fimbriae and both heat labile (LT1) and heat stabile (St1p and St2) toxins. The in vitro trials showed that the yeast fermentation product has the potential to inhibit ETEC adhesion to IPEC-J2 cells. The relative fluorescence intensity of infected cells was reduced by 47.3 and 43.5% in the 10-² and 10-3 % dilutions, the number of infected cells decreased by 94.7 and 80.4%, respectively. The challenge trial resulted in marked clinical signs in all infected piglets and an overall loss of 16%. A marked decrease in fecal dry matter was observed in 83% of infected piglets. Shedding of ETEC virulence factor genes fae and est- II was observed in 92.9% of the examined animals in high amounts. The tested feed additives were unable to protect piglets after ETEC challenge. However, the feed additives Acid Mix and Thyme were able to produce results similar to those of the non-infected control group in feed intake and body weight. Given the present data an influence of the investigated feed additives on intestinal physiology appears probable. However, to assess specific antibacterial potential further studies are required. Factors that potentially have a negative influence on effectiveness of feed additives (inclusion rate/dose in diet, effect of stomach pH, interactions with other feed components) should thereby be given particular attention.

Das Ziel dieser Studie war es, in-vitro und in-vivo zu testen, ob Futtermittelzusatzstoffe eine hemmende Wirkung auf E. coli-Infektionen bei Ferkeln haben. Mögliche Effekte der Futterzusatzstoffe auf die Adhäsionsfähigkeit (erster Schritt der Pathogenese) eines F4-positiven ETEC Stamms wurden zunächst in-vitro mit Hilfe einer IPEC-J2 Zelllinie untersucht. Die Futterzusatzstoffe wurden dazu (soweit wasserlöslich) in Zellmedium aufgelöst und dieses dann zur Anzucht der Zellen in verschiedenen Konzentrationen der Futterzusatzstoffe verwendet. Die Zellkultur wurde mit einer Bakteriensuspension infiziert, welche zuvor mit dem fluoreszierenden Farbstoff CFDA versetzt worden war. Durch Messung der Fluoreszenzintensität der IPEC-J2 Zellen mittels Durchflusszytometrie konnte anschließend die bakterielle Adhäsionsfähigkeit beurteilt werden. Weiterhin wurden in einem Fütterungsversuch 81 Ferkel aufgeteilt auf drei Versuchsdurchgänge einer zweimaligen oralen Infektion mit ETEC 72 und 76 Stunden nach dem Absetzen unterzogen. Alle Ferkel erhielten dabei ein bedarfsdeckend zusammengestelltes Alleinfutter, dem der Futterzusatzstoff in der vom Hersteller empfohlenen Konzentration beigemischt war. Die Untersuchung der Ferkel über die gesamte Dauer des Versuchs (21 Tage) beinhaltete die Erfassung von Gesundheits- sowie Leistungsparametern. Weiteres Ziel des Versuches war es, ein verlässliches Modell zur experimentellen Infektion (1010 cfu / Tier) von Absetzferkeln mit F4-positiven, toxinbildenden (LT1, St1p, St2) ETEC zu etablieren. Durch die in-vitro-Untersuchungen konnte eine verminderte bakterielle Adhäsionsfähigkeit durch Einsatz des Hefepräparats PV beobachtet werden. In den 0,01- und 0,001-prozentigen Lösungen kam es hier zu einer Reduzierung der Fluoreszenzintensität um 47 bzw. 43% sowie zu einer Verringerung des Anteils infizierter Zellen um 94 bzw. 80%. Die Infektionsversuche führten bei allen Ferkeln zu deutlichen klinischen Symptomen bei einer Verlustrate von 16%. Bei 83% der infizierten Tiere kam es zu einer deutlichen Verringerung der Kottrockenmasse. Dabei schieden 92,9% der untersuchten Tiere den Erregerstamm nach der Infektion nachweisbar aus. Durch die getesteten Futterzusatzstoffe konnten die Tiere zwar nicht statistisch relevant vor der ETEC Infektion geschützt werden. Allerdings erzielten Ferkel, denen das Additiv auf Basis von Thymianöl und das Gemisch organischer Säuren gefüttert wurde, zum Ende des Versuchs in den Leistungsparametern Futteraufnahme und Körpermasse ähnliche Werte, wie die Tiere der nicht-infizierten Kontrollgruppe. Ein Einfluss der untersuchten Futterzusatzstoffe auf die Darmphysiologie erscheint auf Grund der vorliegenden Ergebnisse wahrscheinlich, zur genaueren Einschätzung des protektiven Potentials bedarf es jedoch weiterer Abklärung. Dabei sollten Faktoren, die die Effektivität des Futterzusatzstoffs vermindern können (effektive Dosis in der Diät, Magen pH-Wert, Interaktionen mit anderen Futterkomponenten) besondere Berücksichtigung finden.