Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

The influence of non-starch-polysaccharides on experimental infections with Ascaridia galli and Heterakis gallinarum in layer chicken (Gallus gallus domesticus)

Schwarz, Anna

Recent changes in legal requirements for layer-housing in European countries have led to the substitution of traditional cages with free-range systems and floor husbandry. In these systems the risk and the prevalence of gastro-intestinal parasitic infections are very high because of the close contact of the animals to their feces. Ascaridia galli (A. galli) and Heterakis gallinarum (H. gallinarum) are common poultry nematodes with worldwide distribution, which may contribute to substantial economic losses in alternative production systems. Previous studies in mammals demonstrated that local immune reactions and alterations in the intestinal physiology play an important role in the control of parasitic intestinal infections. It was shown that feed components such as non-starch polysaccharides (NSP) may modulate systemic and local gut-associated immune functions. No information is available on the influence of NSP on the local immune reactions and the course of nematode infections in chicken. The goal of the project was to investigate immunological and electro-physiological parameters in the intestine following experimental infection with A. galli and H. gallinarum in chicken, as well as to characterize the influence of NSP on these parameters. Under different dietary conditions we investigated local and systemic T cell populations, induction of local Th1 and Th2 cytokines, the humoral immune response as well as electrophysiological epithelial functions in the intestine. In addition, we described the influence of H. meleagridis on the pathology of H. gallinarum infection. As in mammalian species, mild to moderate T cell infiltrations in the intestinal lamina propria and induction of the Th2 cytokines IL-4 and IL-13 dominated the local immune reactions following both nematode mono-infections. In contrast to highly invasive intestinal nematodes, both parasites did not induce any systemic effects on spleen lymphocyte populations. This observation suggests that the immune response following A. galli and H. gallinarum infection is primary localized in the gut. A parasite specific systemic IgG antibody response was observed in A. galli-infected birds. Co-infection with H. gallinarum and H. meleagridis induced severe destruction of the cecal mucosa in association with strong T cell infiltrations, a shift from the Th2- to the Th1-type cytokine response, and elicited systemic immune reactions in the spleen. As it was previously shown in nematode infections in mammals, electrogenic absorption of alanin and glucose was impaired in A. galli-infected chicken. The alterations in the intestinal physiology were only observed in experiment with an increase in IL-4 and IL-13 cytokine mRNA expression in the intestinal mucosa. This may indicate that an interaction between the local immunological reactions and electro-physiological intestinal functions may also exist in avian species. In contrast to the studies in mammals, NSP did not significantly influence the gut-associated immune parameters and electro-physiological functions of the intestine in nematode infected as well as in non-infected chicken. The present study reveals that both A. galli and H. gallinarum infections in layer chicken elicit local gut-associated immune reactions and changes in the intestinal electro-physiological functions which may be comparable to mammalian species.

Mit den Änderungen in der EU Gesetzgebung werden alternative Haltungssysteme für Legehennen wie Freilandhaltung und Bodenhaltungs-Systeme wieder vermehrt eingesetzt. In diesen Systemen gewinnen Endoparasiten wie Ascaridia galli und Heterakis gallinarum an Bedeutung. Studien an Säugetieren haben gezeigt, dass lokale Immunreaktionen und die Anpassung verdauungsphysiologischer Funktionen des Gastrointestinaltrakts eine große Rolle bei der Abwehr von Nematoden-Infektionen spielen. Futterkomponenten wie Nicht-Stärke-Polysaccharide (NSP) können die systemischen und lokalen Immunfunktionen sowie die Darmphysiologie bei Säugern beeinflussen. Diese Aspekte zur Darmimmunität bei Wurminfektionen unter dem Einfluss von bestimmten Futterkomponenten wurden beim Geflügel bisher noch nicht untersucht. Das Ziel der Studie war es, die Wirkungen von NSP auf die Verdauungsphysiologie und Immunologie in Verbindung mit experimentellen Helminthen-Infektionen beim Haushuhn zu charakterisieren. Es wurden zellvermittelte Immunparameter, wie lokale und systemische T-Zellpopulationen und die Induktion von Th1 und Th2-Zytokinen, sowie die elektro- und transportphysiologischen Eigenschaften des Darmepithels nach experimentellen Ascaridia (A.) galli und Heterakis (H.) gallinarum Infektionen untersucht. Weiterhin wurde der Einfluss von Histomonas meleagridis auf die Immunpathogenese von Heterakis gallinarum erfasst. Es konnte gezeigt werden, dass die beiden Nematoden-Infektionen, ähnlich wie in den Säugetier-Modellen, milde lokale zellvermittelte Immunreaktionen auslösen. Es kam zu moderaten T-Zell Infiltrationen in die interstinale Lamina propria und zur Induktion der Th2 Zytokine IL-4 und IL-13. Im Unterschied zu stärker invasiven intestinalen Nematoden hatten Infektionen mit A. galli und H. gallinarum keine systemischen Veränderungen in den Lymphozytenpopulationen der Milz induziert. Dies weist darauf hin, dass die Immunantwort bei beiden Nematoden-Infektionen hauptsächlich im Darm lokalisiert ist. Nach A. galli Infektionen wurde die Bildung von spezifischen Antikörpern im Serum detektiert, deren Schutzwirkung noch in weiteren Studien geklärt werden muss. Die Koinfektion mit Histomonas meleagridis dominierte die lokale Immunantwort bei H. gallinarum-infizierten Tieren. Sie führte zu massiven Zellinfiltrationen in die interstinale Lamina Propria, einer Verschiebung zu Th1-vermittelten lokalen Immunreaktionen, sowie einer systemischen Immunantwort in der Milz. Wie in Säuger-Modellen, hat die A. galli Infektion die transportphysiologischen Eigenschaften des Darmepithels beeinflusst. Es kann spekuliert werden, dass auch bei Vögeln ein Zusammenhang zwischen Induktion von Th2 Zytokinen und vermindertem elektrogenen Nährstofftransport besteht. Im Gegensatz zu den Studien bei Säugern konnte kein Einfluss von NSP auf die untersuchten Immunparameter und den elektrogenen Nährstofftransport an den ausgewählten Zeitpunkten nach der Infektion festgestellt werden. Zusammenfassend zeigte diese Studie, dass lokale Immunreaktionen und elektro- und transportphysiologische Eigenschaften des Darmepithels nach Nematoden-Infektionen bei Hühnern in ähnlicher Weise wie bei Säugern beeinflusst werden.

Zitieren

Zitierform:

Schwarz, Anna: The influence of non-starch-polysaccharides on experimental infections with Ascaridia galli and Heterakis gallinarum in layer chicken (Gallus gallus domesticus). Hannover 2011. Tierärztliche Hochschule.

Rechte

Nutzung und Vervielfältigung:
Alle Rechte vorbehalten

Export