Intestinal immune response in post-weaning piglets

Abstract

Se sabe que el proceso de destete en lechones cambia la morfología intestinal, causado por los cambios en la ingesta de alimento, por ejemplo el cambio de alimento líquido a sólido y una disminución de la ingesta post-destete, y/o factores de estrés fisiológicos o ambientales. El destete puede resultar en una alta morbilidad y mortalidad resultante de la diarrea post-destete. Desde una perspectiva nutricional, el control de la inflamación intestinal temprana es sin duda un reto en el manejo de los trastornos intestinales post-destete. La prevención de la inflamación intestinal debida a organismos entéricos patógenos puede ser un pilar importante para mantener la salud de los lechones. El uso imprudente de antimicrobianos selecciona cepas bacterianas resistentes, lo que supone un riesgo para la salud humana y animal. El objetivo principal de la presente tesis fue investigar la respuesta de inflamación intestinal en lechones después del destete, para encontrar nuevas estrategias que puedan reducir esta respuesta de inflamación, que daña la integridad intestinal, causa trastornos intestinales y cuesta energía. Debido a la necesidad de reducir el uso de antibióticos en animales de producción y minimizar el riesgo de resistencia bacteriana frente a los antibióticos, las estrategias pertinentes pueden centrarse en reducir el riesgo de bacterias patógenas y zoonóticas en la cadena de alimentación, mitigar la diarrea post-destete y conseguir sistemas rentables. Para alcanzar esta meta, la tesis contempla diferentes objetivos: 1. Evaluar la respuesta inflamatoria en lechones post-destete sistémica y localmente en los diferentes tejidos intestinales, en un entorno comercial, pero con baja presión de infección (como demuestra la baja respuesta diarreica). 2. Evaluar la respuesta inflamatoria en lechones post-destete sistémica y localmente en los diferentes tejidos intestinales, causada por desafíos patógenos específicos utilizando un método de desafío previamente descrito, utilizando patógenos que son conocidos por causar importantes pérdidas económicas debido a un pobre rendimiento de crecimiento, y mayores costes de producción asociados al tratamiento. 3. Investigar compuestos no antibióticos con efectos antimicrobianos previamente descritos que se ha sugerido que favorecen la salud intestinal y reducen la inflamación intestinal, como parte de una estrategia nutricional para modular la compleja interacción entre el sistema inmunitario y/o las respuestas inflamatorias y las consecuencias sobre la salud y el rendimiento de los animales. Los ácidos orgánicos (AO), siendo los ácidos grasos de cadena corta (AGCC) y los ácidos grasos de cadena media (AGCM), los prebióticos, los fitobióticos y los inhibidores enzimáticos están siendo actualmente explorados comercialmente como alternativas a los antimicrobianos. La inflamación intestinal cuesta energía y puede aumentar la permeabilidad y reducir la digestión y el rendimiento del crecimiento en lechones post-destete. Este estudio muestra que estos efectos pueden prolongarse, pero el intestino puede recuperarse. Además, los aditivos no antimicrobianos pueden favorecer la salud intestinal de estos lechones, reduciendo la respuesta inflamatoria y promoviendo la integridad intestinal. Este efecto también se observó en los desafíos de enfermedades con patógenos conocidos por causar problemas enteropatógenos en la producción porcina. Los hallazgos también sugieren que los compuestos no antimicrobianos pueden tener efectos beneficiosos para el huésped, basándose en los datos de un modelo de explante, en el que los compuestos probados favorecieron la supervivencia epitelial, redujeron el grosor del moco y tuvieron efectos inmunomoduladores cuando los explantes se expusieron a B. hyodysenteriae. Los compuestos evitaron la muerte epitelial tras la exposición a L. intracellularis. En conclusión, los resultados de este estudio confirman el efecto del destete a nivel local y sistémico en relación con la respuesta inflamatoria y la integridad intestinal. Existen moléculas o compuestos disponibles en los piensos que podrían ayudar a los lechones durante este difícil periodo

The process of weaning in piglets is known to change the intestinal morphology, caused by the changes in feed intake pattern, for example changing from liquid to solid feed and a decrease in intake post-weaning, and/or physiological or environmental stressors (Pluske et al., 1997). Weaning can result in high morbidity and mortality resulting from post-weaning diarrhea (McCracken et al., 1999; Lallès et al., 2004; Fairbrother et al., 2005). From a nutritional perspective, controlling early intestinal inflammation is certainly a challenge in managing post-weaning gut disorders. Preventing intestinal inflammation due to pathogenic enteric organisms can be an important pillar to maintain the health of piglets. The injudicious use of antimicrobials selects for resistant bacterial strains, imposing a risk for human and animal health (Coculescu et al., 2014; Holyoake et al., 2009; Jia et al., 2006; Mirajkar et al., 2016). The main objective of the present thesis was to investigate the intestinal inflammation response in piglets after weaning, to find new strategies that can reduce this inflammation response, which damages intestinal integrity, cause gut disorders and cost energy. Due to the need to reduce antibiotic usage in production animals and minimize risk of bacterial resistance against antibiotics, relevant strategies may focus on reducing risk of pathogenic and zoonotic bacteria in the feed-to-food chain, mitigate post-weaning diarrhea, and achieve profitable systems. To achieve this goal, the thesis contemplates different objectives: 1. Evaluate the inflammation response in piglets post-weaning systemically and locally in the different intestinal tissues, in commercial setting but with low infection pressure (as proved by low diarrhea response) 2. Evaluate the inflammation response in piglets post-weaning systemically and locally in the different intestinal tissues, caused by specific pathogen challenges using a previous described challenge method, using pathogens that are known for causing major economic losses due to poor growth performance, and increased production costs associated with treatment 3. To investigate non-antibiotic compounds with previously described antimicrobial effects that have been suggested to support gut health and reduce intestinal inflammation, as part of a nutritional strategy to modulate the complex interplay between the immune system and/or inflammatory responses and the consequences on animal health and performance. Organic acids (OA), being short chain fatty acids (SCFA) and medium chain fatty acids (MCFA), prebiotics, phytobiotics, and enzyme inhibitors are currently being explored commercially as alternatives to antimicrobials (Bindels et al., 2015; Cook & Sellin, 1998; Dibner & Buttin, 2002; Gadde et al., 2017; Gibson et al., 2017; Keyser et al., 2008; Schönfeld & Wojtczak, 2016; Tugnoli et al., 2020) Intestinal inflammation costs energy and can increase permeability and reduce digestion and growth performance in post-weaning piglets. This study shows that these effects can be prolonged, but the intestine can recover. Furthermore, non-antimicrobial additives can be supporting the intestinal health of these piglets, by reducing inflammation response and promoting intestinal integrity. This effect was also seen in disease challenges with pathogens known to cause enteropathogenic problems in swine production. Findings also suggest that non-antimicrobial compounds may have beneficial effects for the host based on an explant model data, where compounds tested supported epithelial survival, reduced mucus thickness and immune-modulating effects when explants were exposed to B. hyodysenteriae. Compounds prevented epithelial death following L. intracellularis exposure. Concluding, results of this study confirm the effect of weaning on a local and systemic level related to inflammation response and intestinal integrity. There are in feed molecules or compounds available that might support the piglets during this challenging period.