Analysis of in vitro and in vivo effects of probiotics against Campylobacter spp.

Analyse der In-vitro- und In-vivo-Effekte von Probiotika gegen Campylobacter spp.

Berliner und Münchener Tierärztliche Wochenschrift 128, 155-162

DOI: 10.2376/0005-9366-128-155

© Schlütersche Verlagsgesellschaft mbH & Co. KG. 2014

Publiziert: 12/2014

Summary

Campylobacter (C.) spp. are well recognised as the leading cause of bacterial foodborne diarrheal disease worldwide, with C. jejuni and C. coli as the most important species. C. coli is highly abundant in pigs and pork meat has often been implicated as a source for human infection. Intestinal colonisation of C. coli in pigs plays a role in carcass contamination during slaughter. Different pre-harvest intervention measures are proposed to reduce the C. coli burden in the porcine intestine. Among others, the use of probiotics to prevent or reduce the colonisation of intestinal pathogens is discussed. One aim of this study was to screen a variety of probiotics to evaluate their inhibitory activity against Campylobacter spp. in vitro. Therefore, cell-free culture supernatants of Lactobacillus spp., Bifidobacterium spp., Enterococcus (E.) faecium NCIMB 10415, and Escherichia coli Nissle 1917 were tested against C. jejuni and C. coli by a well-diffusion agar assay. Seven out of eleven Lactobacillus strains showed an inhibitory activity against at least one of the three tested Campylobacter strains. This antagonistic activity against Campylobacter spp. was caused by the production of organic acids that lowered the pH. Application with pH neutralised cell-free culture supernatants abolished this inhibitory effect. Other tested strains with probiotic properties showed no inhibitory activity against any Campylobacter spp. strain. The strain E. faecium NCIMB 10415 was chosen to test its inhibitory activity against C. coli in vivo. Twenty weaned piglets were allocated into two groups, a probiotic group and a control group. The diet of the probiotic group was supplemented with E. faecium NCIMB 10415 (109 cfu/kg feed, Cylactin) since weaning, whereas the control group received no probiotic treatment. All piglets were naturally colonised with C. coli. The excretion load of C. coli was monitored for 28 days. The results indicate that dietary supplementation of E. faecium NCIMB 10415 did not significantly affect C. coli excretion levels in pigs. In this study, E. faecium NCIMB 10415 showed no antagonistic activity against C. coli in vitro and in vivo and had no impact on the growth performance of weaned piglets.

Zusammenfassung

Campylobacter (C.) spp. sind eine der häufigsten Ursachen für bakterielle lebensmittelassoziierte Infektionen weltweit. Hierbei stellen die Spezies C. jejuni und C. coli die wichtigsten Vertreter dar. C. coli dominiert im Schwein, daher wird Schweinefleisch oft als Hauptquelle für C. coli-Infektionen beim Menschen angesehen. Die Besiedlung des Darms mit C. coli beim Schwein spielt bei der Kontamination des Schweinefleisches während der Schlachtung eine entscheidende Rolle. Der Einsatz verschiedener sogenannter Pre-harvest-Interventionsmaßnahmen zur Reduktion der C. coli-Belastung im Schwein wird diskutiert. Unter anderem wird die Anwendung probiotischer Bakterien zur Vermeidung oder Reduktion der Besiedlung intestinaler Pathogene im Schwein derzeit in Betracht gezogen. Ein Ziel dieser Studie war es, verschiedene Probiotika-Stämme auf ihre hemmende Wirkung gegenüber Campylobacter spp. in vitro zu testen. Dafür wurde die inhibierende Wirkung zellfreier Kultur-Überstände von Lactobacillus spp. Bifidobacterium spp., Enterococcus (E.) faecium NCIMB 10415 sowie Escherichia coli Nissle 1917 gegenüber C. jejuni und C. coli mittels Agar-Diffusionstest überprüft. Bei sieben von elf Lactobacillus-Stämmen konnte eine inhibierende Wirkung gegen mindestens einen der drei getesteten Campylobacter-Stämme nachgewiesen werden. Dieser antagonistische Effekt kann auf die Produktion von organischen Säuren und dem damit verminderten pH-Wert zurückgeführt werden. Der Einsatz eines pH neutralisierten zellfreien Kultur-Überstandes hob diesen inhibierenden Effekt auf. Andere getestete Stämme mit probiotischen Eigenschaften zeigten hingegen keine inhibierende Wirkung gegenüber Campylobacter spp. E. faecium NCIMB 10415 wurde zur Testung seiner inhibierenden Wirkung gegenüber C. coli für den Einsatz im Tierversuch ausgewählt. Dafür wurden 20 abgesetzte Ferkel auf zwei Gruppen aufgeteilt, einer probiotischen Gruppe und einer Kontrollgruppe. Der probiotischen Gruppe wurde bereits während der Saugphase das Probiotikum E. faecium NCIMB 10415 (109 cfu/kg Futter, Cylactin) im Futter angeboten, wohingegen bei der Kontrollgruppe keine probiotische Zugabe erfolgte. Alle Ferkel waren auf natürliche Weise mit C. coli besiedelt. Die Ausscheidung von C. coli wurde für 28 Tage kontrolliert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Verfütterung von E. faecium NCIMB 10415 keinen signifikanten Einfluss auf die ausgeschiedene C. coli-Zellzahl der Ferkel hat. In dieser Studie konnte keine antagonistische Wirkung von E. faecium NCIMB 10415 gegenüber C. coli in vitro und in vivo gezeigt werden. Die Wachstumsleistung entwöhnter Ferkel konnte durch das Probiotikum nicht gesteigert werden.