Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

 

Zifeng Han

 

 The role and interaction of gut microflora and local immune response in Campylobacter jejuni infection in chicken

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-108081

title (ger.)

Einfluss von Genotyp, Futter und Alter auf die lokale Immunantwort und intestinale Mikroflorazusammensetzung nach Campylobacter-jejuni-Inokulation von Hühnern

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2016

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/hanz_ss16.pdf

abstract (deutsch)

Es wird davon ausgegangen, dass Hühner weltweit das größte Reservoir für Campylobacter jejuni (C. jejuni) induzierte Gastroenteritis beim Menschen darstellen. Mit C. jejuni kolonisierte Hühner zeigen meist keine Krankheitssymptome und auch keine makroskopischen und mikroskopischen Läsionen im Darm. Über die Interaktion von C. jejuni und dem Wirt „Huhn“ ist bisher wenig bekannt. Es kann vermutet werden, dass der Reifegrad des Immunsystems sowie die Zusammensetzung der intestinalen Mikroflora einen signifikanten Einfluss auf eine C. jejuni Besiedlung hat.

Die Aufgabenstellung dieser Arbeit war die Untersuchung des Einflusses von Alter, Genotyp und Futter auf die C. jejuni-Kolonisierung und die Immunantwort in Hühnern. In der ersten Studie wurde die Immunantwort sowie die Zusammensetzung der intestinalen Mikroflora zwischen Masthühnern unterschiedlichen Alters verglichen, die mit jeweils einem von zwei C. jejuni-Stämmen (Lior6, 0097) an den Tagen 1, 10, 22 und 31 nach Schlupf inokuliert wurden. Die höchste Rate an kolonisierten Tiere und die höchste Anzahl an Kolonie-bildenden Einheite (KBE) im Zäkum konnte in den Hühnern nachgewiesen werden, die am ersten Lebenstag inokuliert worden waren. Die Tiere, welche am Tag 22 nach Schlupf inokuliert worden waren, wiesen verglichen mit den anderen drei Gruppen signifikant (p<0,05) geringere C. jejuni-Konzentrationen auf, unabhängig vom verwendeten Stamm. Interessanterweise zeigten die am Tag 1 und 22 infizierten Tiere die auffälligsten Immunreaktionen. Es konnte in diesen C. jejuni-infizierten Gruppen ein signifikanter Anstieg der CD4+, CD8+ Lymphozyten und B-Zellen in der Lamina propria sowie der CD4+ intraepithelialen Lymphozyten jeweils im Zäkum undIleum im Vergleich zu der nicht infizierten Kontrollgruppe nachgewiesen werden (p<0,05). In den Hühnern, die an den Tagen 10 oder 31 inokuliert worden waren, konnten keine Veränderungen der Immunzellen gefunden werden. Der Anstieg der Immunzellpopulationen im Darm der C. jejuni-inokulierten Gruppen wurde von einer Hochregulierung der mRNA-Expression von IFN-ɤ und dem Hühner-Homolog des IL-8 am Tag 7 nach Infektion im Vergleich zu den nicht-inokulierten Kontrolltieren begleitet (p<0,05). Weiterhin konnte bei dem Vergleich der Gruppen, welche am 1. und am 22. Tag nach Schlupf inokuliert worden waren, ein deutlicher Einfluss des Alters der Tiere auf die Zusammensetzung der intestinale Mikroflora und die C. jejuni-induzierten Veränderungen der Mikroflora nachgewiesen werden.

Aufbauend auf die Ergebnisse der ersten Studie wurde der C. jejuni-Stamm Lior6 und die Inokulationszeitpunkte an den Tagen 1 und 22 nach Schlupf für eine zweite Studie ausgewählt, in welcher der Einfluss des Genotyps sowie des eingesetzten Futters auf die C. jejuni-Kolonisierung untersucht wurde. Hühner vom Masttyp und vom Legetyp wurden jeweils mit Masthähnchenfutter sowie Legehennenfutter gefüttert und an den Tagen 1 und 22 nach Schlupf mit C. jejuni infiziert. In den an Tag 22 inokulierten Tieren konnten unabhängig von Genotyp oder Futter niedrigere Kolonisierungsraten und KBE von C. jejuni nachgewiesen werden als in den an Tag 1 inokulierten Tieren. Hühner, die mit Masthähnchenfutter gefüttert wurden, zeigten eine höhere Anzahl an KBE von C. jejuni im Darm, verglichen mit den mit Legehennenfutter gefütterten Gruppen, unabhängig vom Genotyp. Eine C. jejuni-Kolonisierung führte zu einem Anstieg der T- und B-Lymphozytenanzahl sowie einer Hochregulation der IL-6 und IL-8 Expression in Masthähnchen unabhängig von dem verwendeten Futter, dies konnte für die Legehennen nicht nachgewiesen werden. Das verwendete Futter hatte bei Mast- und Legetyp-Tieren einen vergleichbaren Effekt auf die Zusammensetzung der intestinale Mikroflora. Sie veränderte sich nach C. jejuni-Infektion in Abhängigkeit vom Genotyp.

Zusammenfassend zeigt diese Arbeit, dass die C. jejuni-Kolonisierung und die nachfolgende Immunantwort signifikant durch Alter, Genotyp der Hühner und Futter beeinflusst wird. Der Einfluss dieser Faktoren wird vermutlich außerdem durch die Zusammensetzung der sich entwickelnden bakteriellen Mikroflora im Darm modifiziert, die sich nach C. jejuni-Infektion verändern kann. Diese Projekt trägt somit zum Verständnis der C. jejuni-Wirt-Interaktion bei. Es bildet die Grundlage für weitere Forschungsansätze zur Untersuchung des Zusammenwirkens von Darmmikroflora, Wirt und kolonisierenden Erregern.

 

abstract (englisch)

Chicken is regarded as the main reservior for Campylobacter jejuni (C. jejuni)-induced gastroenteritis in humans worldwide. C. jejuni may colonize in most cases the chicken intestine asymptomatically without significant macroscopical and microscopical lesions. Little is known about the interaction between C. jejuni and the chicken host, which may be significantly affected by the genotype, the maturation stage of the chicken immune system and the developing gut microflora composition.

The aim of this study was to investigate the influence of age, genotype and feed on C. jejuni colonization pattern and immunological reactions in chickens. In the first study, host immune responses as well as gut microflora composition were compared between broiler chicken, which had been inoculated with one of two different C. jejuni strains (Lior6 or 0097) at different days post hatch (dph) including one, 10, 22 and 31 dph. The highest C. jejuni-colonization rate and numbers of colony forming units (CFU) were detected in caecal content of birds inoculated at one dph. While the birds inoculated at 22 dph showed the lowest CFU compared to the other three age groups (p < 0.05) independent of the inoculated C. jejuni-strain. Interestingly, the most prominent immune reactions were induced in birds, which had been C. jejuni-inoculated at one and 22 dph. We observed in these C. jejuni-inoculated age groups a significant upregulation of CD4+, CD8+T lymphocytes and B-cells in the lamina propria (LPL) as well as of CD4+ intraepithelial lymphocytes (IEL) in either caecum or ileum in comparison to their control hatch mates (p < 0.05). No changes were seen in birds which had been C. jejuni-inoculated at 10 or 31 dph. This increase in numbers of immune cells in the gut of these C. jejuni-inoculated age groups was accompanied by upregulation of mRNA-expression of interferon (IFN)-γ and the chicken interleukin (IL)-8-homolog at seven dpi compared to control birds of the same age group (p < 0.05). In addition, age had a visible effect on the gut flora composition comparing eight and 29 day old chickens and it influenced C. jejuni-induced changes in the microflora.

Based on the results of our first study, C. jejuni strain Lior6 and two age groups, one and 22 dph, were selected to conduct the second study, in which the role of genetic background and feed on C. jejuni colonization, immune response and gut microflora composition was investigated. Broiler-type (BT) and layer-type (LT) birds fed with either commercial broiler feed (bf) or layer feed (lf) were inoculated with C. jejuni at day one or day 22 dph. Lower colonization rates and numbers of CFU of C. jejuni were observed in birds, which had been C. jejuni-inoculated at 22 dph compared to birds inoculated at one dph independent of genotype and diet. Birds fed with bf showed higher numbers of CFU of C. jejuni compared to lf-fed groups independent of genotype. C. jejuni colonization significantly influenced T and B lymphocyte numbers and cytokine expression levels in caecum of BT birds independent of diet, this effect was detectable in LT birds. Diet had an effect on gut microflora composition in both BT and LT birds. The gut microflora composition was changed after C. jejuni-inoculation and this change varied between both genotypes.

Overall, this research demonstrates that C. jejuni-colonization pattern and immune response to C. jejuni are significantly influenced by age, genotype of chicken and diet. The evolving gut microflora may also be involved in these influences, and in addition may be affected by C. jejuni colonization. Therefore, this project contributes to the understanding of C. jejuni-host interaction. It provides the basis for further investigations on the interaction of host and gut microflora in association with colonizing pathogens.

 

keywords

Campylobacter jejuni, intestinale Mikroflorazusammensetzung, locale Immunantwort, gut microflora, local immune response

kb

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