Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Experimentelle Untersuchungen zur Pathogenität von Brachyspira innocens, Brachyspira murdochii und Brachyspira intermedia im Vergleich zur Brachyspira-hyodysenteriae-Infektion

Nguyen Thi, Tuyet Le

The aim of the present study was to establish an infection model for the experimental infection with Brachyspira (B.) hyodysenteriae. Based on this model the pathogenicity of three weak β-haemolytic Brachyspira  species (B. innocens, B. murdochii and B. intermedia) should be examined in pigs. First, a Preliminary Experiment was performed to evaluate the influence of diets and immunsuppression as provocative factors on producing the clinical disease after infection with B. hyodysenteriae. The experimental animals were divided into four groups (five pigs per group, with an average bodyweight of 19.7 kg). Two groups served as challenged control and negative control respectively. Both groups received only control feed (barley, extracted soybean meal and minerals), while a third group received a maize meal and wheat bran containing diet beginning two days before infection until the last day of the experiment. The fourth group received also control feed, but dexamethasone was given i.m. (0.4 mg/kg/day) for 14 days (beginning three days before inoculation) for the purpose of immunsuppression. For the infection, all experimental pigs were inoculated intragastrically on three consecutive days with 50 ml of a B. hyodysenteriae suspension (108-109cfu/ml, field strain 7304/03). Feed was withheld for at least 18 hours before inoculation. After infection, B. hyodysenteriae was only reisolated in faeces and intestinal samples from all pigs treated with dexamethasone. Four pigs in this group developed a mucohaemorrhagic diarrhea 16-25 days after inoculation. These pigs showed typical gross and microscopic lesions in term of a fibrinous-necrotizing typhlocolitis. In addition, a low average weight gain of 0.24 ± 0.17kg/day and a poor feed conversion rate of 1:5.08 were observed in this group. In contrast, in the remaining experimental groups, the study parameters did not differ from the negative control group. According to these results, dexamethasone treatment was used in all groups of Experiment 1 as an important factor to facilitate the infection and predispose clinical pictures of dysentery. In Experiment 1, 44 weaned pigs with an average bodyweight of 16.5 kg were randomly divided into five groups and housed as in the preliminary Experiment. In this experiment, the results of the experimental groups (infection with weakly haemolytic Brachyspira species B. innocens, n=10, B. murdochii, n=10 and B. intermedia,.n=5) were compared with those of the positive control group (n=11; infection with B. hyodysenteriae, field isolate 7304/03) and the negative control group (n=8; no inoculation). All experimental pigs including the negative control group received a dexamethasone treatment for 14 days similar to the preliminary Experiment. The reisolation rate for the inoculated Brachyspira species varied in the experimental groups (B. hyodysenteriae 27 %, B. innocens 70 %, B. murdochii 60 % and B. intermedia 20 %) after inoculation. A watery diarrhea without any blood and mucous content was observed 25 days p.inf. only in two pigs given B. hyodysenteriae, while short periods of pasty or semi-liquid faecal consistency were recorded in single animals inoculated with B. innocens and B. murdochii. Moreover, all experimental groups showed no significant difference in the average daily weight gain as well as the feed conversion rate compared to the negative control group. Pathological lesions of the large intestine were detected only histologically in the two pigs with diarrhea inoculated with B. hyodysenteriae demonstrating a fibrinous colitis. In the Experiment 1, the immunsuppressive treatment with dexamethasone showed not optimal results with regard to the provocation of clinically apparent dysentery. Therefore, in Experiment 2 some of the experimental conditions were changed (no straw-bedded floor, increased quantities of extracted soybean meal in the diet, liquid medium for preparation of Brachyspira suspension, no feeding before and after experimental infection). In the Experiment 2 (n=67, average bodyweight of 15.6 kg), all pigs were fed a diet containing 50 % extracted soybean meal for seven days (beginning four days before the first inoculation). Animals in the B. hyodysenteriae group (positive control) were inoculated intragastrically with 50 ml (108-109 cfu/ml) suspension of B. hyodysenteriae (field isolate 7304/03, n=5 and reference strain B 204, n=10), while the negative control group (n=3) was not inoculated. To study the pathogenicity of weakly haemolytic Brachyspira species, the animals in three experimental groups (B. innocens, n=15, B. murdochii, n=24 and B. intermedia, n=10) received 50-100 ml suspension of the different selected field isolated strains (105-108 cfu/ml) intragastrically for 3 consecutive days. The reisolation rate for Brachyspira after experimental infection was 100 % for B. hyodysenteriae and B. innocens, 80 % for B. intermedia and 75 % for B. murdochii. All 15 pigs inoculated with B. hyodysenteriae developed a mucohaemorrhagic diarrhea after an incubation period of one to 13 days. These animals showed macroscopically and histologically more severe pathological changes (fibrinous-necrotizing typhlocolitis) than those in the preliminary Experiment and Experiment 1. Fever occurred in most pigs with diarrhea (40.0-40.7oC). This group showed no feed intake during the diarrhea period and an average weight loss of 0.04 kg per animal and day. Therefore the study design of experiment 2 seemed to be highly recommendable for the experimental infection model. In contrast, diarrhea could not be detected in the three groups inoculated with weakly haemolytic Brachyspira species. These groups showed also no significant difference in the average weight gain and feed conversion rate among themselves. Moreover, no pathological findings typical for dysentery could be observed in the large intestine of these groups. However, in the groups inoculated with B. innocens and B. murdochii,  in single locations very mild microscopic changes in the form of superficial ulceration and/or small amounts of fibrin were observed in three and eight pigs respectively. A mild hyperplasia of goblet cells was detected additionally in three of the B. murdochii infected pigs. It can be concluded that the examined strains of weakly haemolytic Brachyspira species could colonize and proliferate in the mucosa of the large intestine after the experimental infection. Faecal shedding occurred regularly, but no clinical symptoms of diarrhea could be produced in experimental pigs. In single animals focal changes of mild colitis could be detected. However, a general statement on the pathogenicity of B. innocens, B. murdochii and B. intermedia is still not possible.

Ziel der vorliegenden Untersuchungen war es, ein Infektionsmodell für die experimentelle Infektion mit Brachyspira (B.) hyodysenteriae zu etablieren und damit die Pathogenität von Stämmen der 3 Brachyspira-Arten B. innocens, B. murdochii und B. intermedia im Vergleich zur B.-hyodysenteriae-Infektion bei Schweinen zu überprüfen. Zuerst wurde in einem Vorversuch die Bedeutung der Futterzusammensetzung und einer Immunsuppression für die Provokation einer klinischen Erkrankung nach einer experimentellen B.-hyodysenteriae-Infektion eruiert. Die Versuchstiere wurden randomisiert in 4 Gruppen zu jeweils 5 Läuferschweinen (durchschnittliche Körpermasse 19,7 kg) aufgeteilt. Neben der Challenge-Kontrollgruppe und der Negativ-Kontrollgruppe, die beide nur Kontrollfutter (Gerste, Sojaextraktionsschrot, Mineralstoffe) erhielten, wurde einer weiteren Gruppe Futter mit einem zusätzlichen Anteil an Maisschrot und Weizenkleie beginnend 2 Tage vor der Infektion bis zum Versuchsende verabreicht. Darüber hinaus bekam eine vierte Gruppe neben dem Kontrollfutter Dexamethason (0,4 mg/kg KGW/Tag) i.m. über 14 Tage (beginnend 3 Tage vor der Infektion) zur Immunsuppression verabreicht. Für die Infektion erhielten alle Versuchstiere an 3 aufeinanderfolgenden Tagen intragastral 50 ml einer B.-hyodysenteriae-Suspension (108-109KbE/ml, Feldstamm 7304/03), nachdem die Tiere über mindestens 18 Stunden kein Futter erhalten hatten. Ein Nachweis des Erregers in Kot- und Darmproben sowie eine klinische Durchfallerkrankung waren nur bei den mit Dexamethason behandelten Tieren zu beobachten. Vier von fünf Schweinen dieser Gruppe entwickelten einen muko-hämorrhagischen Durchfall nach 16-25 Tagen p. inf. Diese Schweine zeigten für eine SD typische makro- und mikroskopische Läsionen der Dickdarmschleimhaut im Sinne einer fibrinös-nekrotisierenden Typhlocolitis. Darüber hinaus war eine geringe durchschnittliche Körpermassezunahme von 0,24 ± 0,17 kg/Tag und ein hoher Futteraufwand von 5,08 kg je kg Zuwachs in dieser Gruppe zu beobachten. Die Untersuchungsparameter bei den übrigen Versuchsgruppen unterschieden sich nicht von der Negativ-Kontrollgruppe. Aufgrund der Ergebnisse im Vorversuch wurde die Dexamethason-Behandlung als eine Möglichkeit zur Auslösung des klinischen Bildes der Dysenterie bei allen Versuchsgruppen des Versuchs 1 in Kombination mit der experimentellen Infektion durchgeführt. Für Versuch 1 wurden 44 Läuferschweine mit einer durchschnittlichen Körpermasse von 16,5 kg in 5 Gruppen analog dem Vorversuch aufgestallt. In diesem Versuch wurden die Ergebnisse der Versuchsgruppen (Infektion mit den schwach hämolysierenden Brachyspiren-Arten B. innocens n=10, B. murdochii n=10 und B. intermedia n=5) mit der Positiv-Kontrollgruppe (n=11; Infektion mit B.-hyodysenteriae-Feldstamm 7304/03) und einer Negativkontrollgruppe (n=8; nicht infiziert) verglichen. Inklusive der Negativ-Kontrollgruppe erhielten alle Tiere eine immunsuppressive Behandlung mit Dexamethason für 14 Tage wie im Vorversuch. Nach experimenteller Inokulation war eine Brachyspiren-Infektion nur jeweils bei einem Teil der Tiere nachweisbar (B. hyodysenteriae 27 %, B. innocens 70 %, B. murdochii 60 % und B. intermedia 20 %). Eine klinische Durchfallsymptomatik konnte nur bei 2 mit B. hyodysenteriae infizierten Tieren beginnend 25 Tage p. inf. beobachtet werden, der Kot wies weder Blut- noch Mukusbeimengungen auf. Während nach B.-innocens- und B.-murdochii-Infektion nur bei einzelnen Tieren kurzzeitig eine leicht veränderte Kotkonsistenz  zu erkennen war, blieben die mit B. intermedia infizierten Tiere klinisch völlig unauffällig. Die täglichen Zunahmen und der Futteraufwand aller Versuchsgruppen unterschieden sich nicht von der Kontrollgruppe. Pathologische Veränderungen am Dickdarm konnten nur bei den 2 Schweinen mit Durchfall nach B.-hyodysenteriae-Infektion zwar nicht makroskopisch, aber histologisch im Sinn einer Dysenterie (fibrinöse Kolitis) nachgewiesen werden. Im Versuch 1 zeigte die immunsuppressive Behandlung mit Dexamethason keine optimalen Ergebnisse zur Erzeugung einer klinisch apparenten Dysenterie. Deshalb wurden im Versuch 2 verschiedene Versuchsbedingungen geändert (strohlose Haltung, erhöhter Sojaextraktionsschrotanteil in der Ration, Anzüchtung und Inokulation der Brachyspiren mit Flüssigmedium, Nüchterung vor und nach Infektion). Im Versuch 2 erhielten alle Versuchstiere  (n=67, durchschnittliche Körpermasse 15,6 kg) eine Futterration mit 50 % Sojaextraktionsschrot für 7 Tage (Beginn 4 Tage vor der ersten Infektion). Die Tiere der B.-hyodysenteriae-Gruppe (n=15) erhielten 50 ml einer Suspension (108-109KbE/ml; Feldstamm 7304/03, n=5 oder Referrenzstamm B204, n=10) intragastral, während die Kontrollgruppe (n=3) nicht infiziert wurde. Für die Untersuchung der Pathogenität der schwach hämolysierenden Brachyspira-Arten wurden 3 Gruppen (B. innocens, n=15; B. murdochii, n=24; B. intermedia, n=10) intragastral mit 50-100 ml (105-108KbE/ml) einer Suspension mit jeweils ausgewählten Feldisolaten infiziert. Der Anteil der Schweine, bei denen Brachyspiren in Kot- und Darmproben reisoliert werden konnten, betrug 100 % in der B.-hyodysenteriae- und B.-innocens-infizierten Gruppe, in der B.-intermedia- und B.-murdochii-infizierten Gruppe 80 bzw. 75 %. Die Inkubationszeit bei den Schweinen der B.-hyodysenteriae-Gruppe war signifikant kürzer als im Vorversuch und Versuch 1 (muko-hämorrhagische Diarrhoe beginnend 1-13 Tage p. inf.). Des Weiteren zeigten diese Tiere auch makroskopisch und histologisch sehr stark ausgeprägte pathologische Veränderungen im Sinne einer Dysenterie (hochgradige fibrinös-nekrotisierende Typhlocolitis). Fieber trat bei fast allen Durchfalltieren im Bereich von 40,0oC-40,7oC auf. Diese Gruppe nahm kein Futter während der Durchfallphase auf und erlitt einen durchschnittlichen Körpermasseverlust von 0,04 kg pro Tier und Tag. Im Gegensatz zur B.-hyodysenteriae-Infektion war kein Durchfall bei den mit schwach hämolysierenden Brachyspiren infizierten Gruppen zu beobachten (nur ggr. veränderte Kotkonsistenz). Diese Gruppen zeigten auch keine Unterschiede bezüglich der Zunahmen bzw. des Futteraufwands. Ebenso wurden keine Dysenterie-typischen pathologischen Veränderungen im Kolon gefunden. In den B.-innocens- und B.-murdochii-infizierten Gruppen konnten bei 3 bzw. 8 Tieren nur an einzelnen Lokalisationen histologische Veränderungen in Form leichter oberflächlicher Schleimhautulzerationen und/oder geringgradiger Fibrinauflagerungen beobachtet werden, 3 der mit B. murdochii infizierten Schweine wiesen außerdem eine geringgradige Becherzellhyperplasie im Kolon auf. Nach den vorliegenden Ergebnissen kann gesagt werden, dass die geprüften Stämme der schwach hämolysierenden Brachyspira-Arten nach experimenteller Infektion die Dickdarmschleimhaut besiedeln können und im Kot ausgeschieden werden, aber keine klinisch auffällige Durchfallerkrankung hervorrufen. Im Dickdarm konnten im Einzelfall fokal geringgradige, histologische Veränderungen im Sinne einer Colitis nachgewiesen werden. Eine allgemeine Aussage zur Pathogenität von B. innocens, B. murdochii und B. intermedia ist jedoch noch nicht abschließend möglich.

Zitieren

Zitierform:

Nguyen Thi, Tuyet Le: Experimentelle Untersuchungen zur Pathogenität von Brachyspira innocens, Brachyspira murdochii und Brachyspira intermedia im Vergleich zur Brachyspira-hyodysenteriae-Infektion. Hannover 2007. Tierärztliche Hochschule.

Rechte

Nutzung und Vervielfältigung:
Alle Rechte vorbehalten

Export