Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Untersuchungen zur Klinik, Pathologie und Pathogenese der experimentellen Brachyspira-hyodysenteriae-Infektion beim Schwein

Sattler, Stephanie

The objectives of this investigation were (1) to establish a model of experimental swine dysentery (SD) and (2) to examine host pathogen interactions for different strains of Brachyspira (B.) hyodysenteriae. To establish the model of experimental SD, four separate trials of infection were performed in 91 conventionally reared pigs using different experimental variables (housing, feeding, pre-treatment, inoculation, inoculum, strain of B. hyodysenteriae). The pigs were examined clinically, hematologically, pathologically and microbiologically. The following variables were particularly favourable for the induction of SD: an adaptation period of 5-6 weeks after weaning, prophylactic antibiotic treatment after weaning, group housing, no bedding, special feed with a large percentage of soy, repeated intragastric application of a high dose of B. hyodysenteriae (106-108 WBE50/ml, 100ml inoculum). Three different strains of B. hyodysenteriae (G153, G21 und B204) were used. Changes of the feces and neutrophilia with left shift were the most suitable in vivo parameters to recognize the acute phase of SD. About 50 % of the pigs were euthanized and necropsied during the acute phase of SD. Macroscopic and histological examination revealed fibrinous (typhlo)colitis characteristic of SD. B. hyodysenteriae was isolated from the feces and detected within intestinal lesions by immunohistochemistry. The morbidity varied between the 3 B. hyodysenteriae strains with 7 – 8  out of 8 pigs for strain B204 and 5 out of 8 pigs for strains G21 and G153. After inoculation with strain G153, grey diarrhea, but no dysentery occurred. From these findings it can be concluded that B. hyodysenteriae strain B204 is reproducibly able to induce SD using defined experimental variables as described above. Thus a reliable model of experimental swine dysentery is available for further studies. The second part of this investigation did focus on the question, wether the differences in severity of clinical signs and intestinal lesions observed after inoculation with B. hyodysenteriae strains G153, G21 und B204 were correlated to the colonization of and interaction with the mucosa of the different strains.  All pigs in the acute phase of SD inoculated with B. hyodysenteriae  strain G153 (4 pigs) and B. hyodysenteriae  strain G21 (5 pigs), and 5 representative pigs inoculated with B. hyodysenteriae  strain B204, as well as 5 control pigs were included in this comparison. Intestinal lesions in pigs inoculated with B. hyodysenteriae strain G153 were predominantly erosive, in pigs inoculated with B. hyodysenteriae strain G21 fibrinous and in pigs inoculated with B. hyodysenteriae strain B204 fibrinous with extensive necrosis of the surface epithelium. The immunohistological examination for B. hyodysenteriae revealed that only few bacteria were seen at the mucosal surface of pigs inoculated with strain G153, whereas many bacteria were present in pigs inoculated with strain G21 and numerous bacteria in pigs inoculated with strain B204. In the later bacteriae were found not only superficially, but also deep within crypts and within the lamina propria. Severity of the inflammatory reaction and degree of colonisation with B. hyodysenteriae was correlated with the degree of changes in mucosal architecture. The changes of the mucosal architecture were interpreted as reactive changes. The least thickening of the mucosa, least increase of proliferating crypt epithelial cells and mildest loss of goblet cells within crypts was observed in pigs inoculated with strain G153. Changes were more pronounced in pigs inoculated with strain G21 and most severe in pigs inoculated with strain B204. The differences were significant in all pigs inoculated with B. hyodysenteriae compared to the control pigs. Ultrastructurally, B. hyodysenteriae was identified by its spiral shape, morphology of the bacterial wall and endoflagellae. The tropism for mucins and goblet cells reported in the literature was confirmed. B. hyodysenteriae strains G21 and B204 crossed the intestinal barrier via the goblet cells. In addition, B. hyodysenteriae strain B204 was found on the surface of and within enterocytes of the surface epithelium. This additional ability for invasion whose molecular basis is unresolved yet may be one reason for the higher virulence of strain B204.

Ziel dieser Arbeit war es (1) ein Infektionsmodell für Schweinedysenterie  (SD) zu etablieren und (2) die Erreger-Wirts-Interaktionen verschiedener Stämme von Brachyspira (B.) hyodysenteriae zu untersuchen. Zur Etablierung des Infektionsmodells wurden 4 Infektionsversuche an insgesamt 91 konventionellen Schweinen mit verschiedenen Versuchsvariablen (Haltung, Fütterung, Vorbehandlung, Inokulation, Inokulum, B.-hyodysenteriae-Stamm) durchgeführt. Die Tiere wurden klinisch, hämatologisch, pathologisch und mikrobiologisch untersucht. Folgende Versuchsvariable erwiesen sich als besonders günstig für das Auslösen der SD: Adaptationszeit von 5-6 Wochen nach dem Absetzen, antibiotische Einstallungsprophylaxe, Gruppenhaltung, einstreulose Haltung, Spezialfutter mit hohem Sojaanteil, mehrfache intragastrale Applikation einer hohen Erregerdosis (106-108 WBE50/ml, 100ml Inokulum). Es wurden drei Stämme von B. hyodysenteriae (G153, G21, B204) verwendet. Von den klinischen Parametern erwies sich die Kotveränderungen und die Neutrophilie mit Linksverschiebung als besonders geeignet das akute Dysenteriegeschehen zu objektivieren. Etwa die Hälfte der Tiere wurde während des akuten Krankheitsgeschehens euthanasiert und seziert. Durch makroskopische und histologische Untersuchung konnte die für SD charakteristische fibrinöse (Typhlo)kolitis bestätigt werden. B. hyodysenteriae ließ sich aus dem Darminhalt isolieren und immunhistologisch in den Darmveränderungen nachweisen. Die Erkrankungshäufigkeit variierte zwischen den drei B.-hyodysenteriae-Stämmen mit jeweils 7 – 8 von 8 Tieren bei Stamm B204 sowie 5 von 8 Tieren bei Stamm G21 und  Stamm G153. Hierbei trat nach Inokulation mit Stamm G153 nur zementfarbener Durchfall ohne Blut- und Fibrinbeimengungen auf. Schlussfolgernd lässt sich sagen, dass B.-hyodysenteriae-Stamm B204 unter den oben definierten Versuchsparametern reproduzierbar in der Lage ist, SD zu induzieren und damit ein zuverlässiges Infektionsmodell für weitere Studien zur Verfügung steht. Im zweiten Teil der Untersuchungen sollte abgeklärt werden, ob die bei B.-hyodysenteriae-Stamm B204, G21 und G153 beobachteten Unterschiede in der Schwere des klinischen Verlaufs und der Darmveränderungen mit Unterschieden in der Besiedlung und Interaktion der verschiedenen Stämme mit der Schleimhaut korreliert. In diese Untersuchung wurden alle mit B.-hyodysenteriae-Stamm G153 (4 Schweine) und B.-hyodysenteriae-Stamm G21 (5 Schweine) infizierten Schweine und 5 repräsentative mit B.-hyodysenteriae-Stamm B204 infizierte Schweine aus der akuten Krankheitsphase einbezogen, sowie 5 Kontrolltiere. Bei den mit Stamm G153 infizierten Schweinen waren überwiegend erosive, bei den mit Stamm G21 infizierten Schweinen fibrinöse und bei den mit Stamm B204 infizierten Schweinen fibrinöse Veränderungen mit ausgedehnten Nekrosen des Oberflächenepithels vorhanden. Die immunhistologische Darstellung von B. hyodysenteriae zeigte, dass bei den mit Stamm G153 infizierten Schweinen nur wenige Erreger an der Schleimhautoberfläche zu finden waren, während bei denen mit Stamm G21 infizierten viele und bei denen mit Stamm B204 infizierten massenhaft Erreger auch tiefer in den Krypten und in der Lamina propria lagen. Der Grad der entzündlichen Veränderungen und die Intensität der Besiedlung mit B. hyodysenteriae entsprachen dem Ausmaß der Veränderungen in der Schleimhautarchitektur. Diese wurde als reaktiv interpretiert. Bei den mit Stamm G153 infizierten Tieren war die Schleimhaut am wenigsten verdickt und die Zunahme der proliferierenden Kryptepithelzellen und die Abnahme der Becherzellen in den Krypten war am geringsten. Bei den mit Stamm G21 infizierten Tieren waren diese reaktiven Veränderungen ausgeprägter und bei den mit Stamm B204 infizierten Schweinen am schwerwiegendsten. Die Veränderungen unterschieden sich jedoch bei allen erkrankten Tieren signifikant von den Kontrolltieren. Ultrastrukturell konnte B. hyodysenteriae anhand seiner spiraligen Form, dem Zellwandaufbau und den Endoflagellen identifiziert werden. Der in der Literatur beschriebene Tropismus für Muzine und Becherzellen konnte bestätigt werden. Für die Stämme B204 und G21 konnte gezeigt werden, dass der Erreger den Weg durch die Becherzellen zum Überwinden der Darmbarriere nutzt. B.-hyodysenteriae-Stamm B204 war zusätzlich auch an und in Enterozyten des Oberflächenepithels zu finden. Es ist anzunehmen, dass diese erweiterte Fähigkeit zur Invasion, deren molekulare Grundlage noch unklar ist, ein Grund für die höhere Virulenz von Stamm B204 ist.

Quote

Citation style:

Sattler, Stephanie: Untersuchungen zur Klinik, Pathologie und Pathogenese der experimentellen Brachyspira-hyodysenteriae-Infektion beim Schwein. Hannover 2010. Tierärztliche Hochschule.

Rights

Use and reproduction:
All rights reserved

Export