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Der Einfluss eines Saccharomyces cerevisiae Fermentationsproduktes auf die fäkale Mikrobiota und das Immunsystem bei Rennpferden

Saccharomyces cerevisiae Fermentationsprodukte (SCFP) werden in der Tierhaltung als prä- und postbiotische Futterzusätze eingesetzt, mit dem Ziel die Allgemeingesundheit zu fördern und vor Krankheiten zu schützen. Eine der möglichen Mechanismen von Futterzusätzen ist die Modulation des Immunsystems. Hypothetisch interagieren SCFP durch präbiotische Mechanismen mit der mikrobiellen Gemeinschaft des Darm-Mikrobioms und beeinflussen damit indirekt das Immunsystem oder sie wirken durch postbiotische Effekte direkt auf residente Darmepithel- und Immunzellen sowie nach Resorption auf Immunzellen in der Peripherie. Um solch einen Nachweis zu führen, wurde in der ersten Studie der Einfluss eines kommerziell erhältlichen SCFP auf die Zahl zirkulierender leukozytären Subpopulationen bei Rennpferden analysiert. Zudem wurde geprüft ob die SCFP-Fütterung die Reaktion der Tiere auf eine Impfung beeinflusst. Dabei lag der Fokus auf den frühen Ereignissen (angeborene Immunmechanismen) nach einer Impfung, die zur Antikörperproduktion und der Induktion von spezifischen T-Lymphozyten führen. In der zweiten Studie sollte durch die Analyse der fäkalen Mikrobiota geklärt werden, ob die SCFP-Fütterung zu einer Änderung des Darm-Mikrobioms führt. Für die Fragestellungen beider Veröffentlichungen wurde im Vorfeld eine Fütterungsstudie durchgeführt. Dabei erhielten sechs Pferde 43 Tage lang das SCFP und fünf Pferde ein Placebo. Blutproben wurden am Tag -3 vor der Supplementierung, Tag 10, Tag 24, Tag 36 (Tag der Impfung), Tag 37 (24 Stunden nach der Impfung), Tag 52 und Tag 66 (nach Ende der Supplementation) entnommen. Die Anzahl und Funktion der zirkulierenden Immunzell-Subpopulationen wurden durchflusszytometrisch bestimmt. Die Kotproben wurden zwischen Tag -3 und Tag 36 (vor Beginn Supplementierung, Supplementierung bis Tag der Impfung), Tag 37 (24 Stunden nach der Impfung), Tag 39 (3 Tage nach der Impfung) und zwischen Tag 43 und Tag 66 (nach der Supplementierung) gesammelt. Die fäkale Mikrobiota wurde mittels 16S rRNA-Gen Sequenzierung ermittelt. Die Impfung am Tag 36 stellte eine Auffrischungsimpfung gegen equine Influenza mit einem Carbomer-adjuvantierten modifizierten viralen Vektorimpfstoff dar. Während der Fütterung unterschieden sich die SCFP- und Placebo-Gruppe nicht in der Zusammensetzung und Zahl der Leukozyten-Subpopulationen sowie des Anteils der Retikulozyten an den Erythrozyten. 24 Stunden nach der Impfung stiegen die Gesamtzahl der Leukozyten und die Anzahl der CD4+ T-Zellen in beiden Gruppen signifikant an. In der Placebo-Gruppe nahm die Zahl der neutrophilen Granulozyten signifikant zu und die Zahl der CD8+ T-Zellen signifikant ab, während die Zahl dieser Zelltypen in der SCFP-Gruppe unverändert blieb. Der Anteil der Retikulozyten stieg nur in der SCFP-Gruppe signifikant an. Die Anzahl der Lymphozyten, Monozyten, CD21+ B-Zellen und der SAA-Spiegel blieben in beiden Gruppen nach der Impfung unverändert. Sechzehn Tage nach der Impfung unterschieden sich Placebo- und SCFP-Pferde signifikant in ihren erhöhten ELISA-IgG-Titern gegen die Influenzastämme Newmarket und Florida Clade 1. Die bakterielle Zusammensetzung und Vielfalt der fäkalen Mikrobiota wurde durch die SCFP-Fütterung nur geringfügig beeinflusst. Die Gattung Fibrobacter wies in der Placebo-Gruppe wiederholt an verschiedenen Tagen eine signifikant höhere Abundanz als in der SCFP-Gruppe auf. Insgesamt hatte das Einzeltier den größten Einfluss auf die Zusammensetzung der fäkalen Mikrobiota. Direkt nach der Influenza-Impfung unterschieden sich SCFP- und Placebo-Pferde signifikant in der fäkalen bakteriellen Diversität im Shannon-Index. Die beobachteten Unterschiede nach der Impfung deuten darauf hin, dass eine SCFP-Fütterung zu modulierten frühen Immunreaktionen nach einer Influenzaimpfung führt, was auch die Gedächtnisreaktionen nach der Auffrischungsimpfung beeinflussen kann.
Die weitestgehend unbeeinflusste fäkale Mikrobiota spricht gegen eine starke präbiotische Wirkung von SCFP. Die Modulation von impf- und wirtsinduzierten Veränderungen der Mikrobiota deutet darauf hin, dass die Hauptwirkungen von SCFP auf die enthaltenen oder induzierten postbiotischen Komponenten zurückzuführen sind.

Saccharomyces cerevisiae fermentation products (SCFP) are used in animal
husbandry as pre- and postbiotic feed additives, aiming at the promotion of general
health and protecting against diseases. One possible mechanism of feed additives is the modulation of distinct immune mechanisms. Hypothetically, SCFP may interact through prebiotic mechanisms with the microbial community of the intestinal
microbiome which indirectly modulates immune functions, or they act through
postbiotic effects directly on resident intestinal epithelial and immune cells and, after resorption, on immune cells in the periphery. To address these issues, the first study analyzed the influence of a commercially available SCFP on the numbers of leukocyte subpopulations in racehorses. In addition, it was tested whether the SCFP feeding alters the response of the animals towards a vaccination. Here, the focus was on early events (innate immune mechanisms) after vaccination) that lead to antibody production and induction of specific T cells. The second study, based on the analysis of the fecal microbiome, aimed at the question whether SCFP feeding leads to a changed gut microbiome. For both studies, a feeding trial was conducted. Six horses received the SCFP for 43 days and five horses received a placebo. Blood samples were collected on day -3 before supplementation, day 10, day 24, day 36 (day of vaccination), day 37 (24 hours after vaccination), day 52, and day 66 (after the end of supplementation). The number and function of circulating immune cell subpopulations were analyzed by flow cytometry. Fecal samples were collected between days -3 and 36 (before the start of  supplementation, supplementation until day of vaccination), day 37 (24 hours after
vaccination), day 39 (3 days after vaccination), and between day 43 and day 66 (after supplementation). The fecal microbiome was determined by 16S rRNA gene
sequencing. Vaccination on day 36 was a booster vaccination against equine influenza with a carbomer-adjuvanted modified viral vector vaccine. During feeding, SCFP and placebo animals did not differ in the composition and number of leukocyte subpopulations and the reticulocyte fractions. Twenty-four hours after vaccination the total number of leukocytes and the number of CD4+ T cells significantly increased in both groups. In the placebo group, the number of neutrophilic granulocytes increased significantly and the number of CD8+ T cells decreased, whereas the number of these cell types remained unchanged in the SCFP group. Reticulocyte fractions raised significantly only in the SCFP group. Numbers of lymphocytes, monocytes, CD21+ B cells, and SAA levels remained unchanged in both groups after vaccination. Sixteen days after vaccination, the Placebo and SCFP horses differed significantly in their ELISA IgG titers against the Newmarket and Florida Clade 1 influenza strains. SCFP feeding had a negligible effect on the composition of fecal microbiota and their diversity. Repeatedly, on several days, the genus Fibrobacter showed a higher abundance in the placebo group. Overall, the individual animal had the greatest impact on fecal microbiota composition. Immediately after influenza vaccination, SCFP and placebo horses differed significantly in fecal bacterial diversity on the Shannon Index. The observed differences after vaccination suggest that SCFP feeding leads to modulated early immune responses after influenza vaccination, which may also influence memory responses after booster vaccination. The largely unaffected fecal microbiome argues against a strong prebiotic SCFP effect. The modulation of vaccine- and host-induced changes in the microbiome suggests that the main effects of SCFP are due to included or induced postbiotic components.

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