Published October 15, 2019 | Version v1
Publication Open

Lactic Acid Treatment of Cereals and Dietary Phytase Modified Fecal Microbiome Composition Without Affecting Expression of Virulence Factor Genes in Growing Pigs

Creators

  • 1. Kasetsart University
  • 2. University of Veterinary Medicine Vienna

Description

Besides the major nutrients, phosphorus (P) is an essential mineral for both the host animal and the porcine gut microbiota. Different strategies including phytase supplementation and more recently lactic acid (LA) are used to enhance the P availability from cereals in pig diets; however, their impact on the gut microbiota has been rarely related to fecal shedding of opportunistic pathogens. The present study investigated the effect of phytase supplementation and the treatment of dietary cereals with 2.5% LA on the fecal microbiome composition of metabolic active bacteria and expression of virulence factor genes of enterotoxigenic Escherichia coli and Clostridium perfringens in growing pigs. Phytase supplementation reduced the fecal abundance of the most abundant Lactobacillaceae family, whereas the LA-treatment of cereals had a stronger impact on the bacterial community, reducing amylolytic, pullulanolytic and hemicellulolytic Lactobacillaceae, Lachnospiraceae and Ruminococcaceae as well as the fecal bacterial species richness (Chao1) and diversity (Shannon index). Mainly the family Clostridiaceae benefited from the decline in the aforementioned families, being enriched by both dietary treatments. Multigroup data integration using sparse partial least squares-discriminant analysis showed that among the most discriminative operational taxonomic units (OTU) especially two unclassified Clostridiaceae-OTUs, one Prevotella copri-like OTU and one OTU within the vadinCA11 group were associated with calcium and P levels but were negatively linked with complex carbohydrates in feces. Heat-stable toxin A (Sta) of enterotoxigenic E. coli and Stx2e of Shiga-toxin producing E. coli were expressed in feces but were similar among feeding groups. Without modifying the total bacterial gene copies and virulence factor expression of E. coli, both dietary phytase supplementation and LA-treatment of cereals drastically altered the bacterial community composition in pig feces. Results thereby allowed for the characterization of bacterial nutrient dependencies, indicating a link between fecal P availability, complex carbohydrate composition and alterations in the predominant genera.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

إلى جانب العناصر الغذائية الرئيسية، يعد الفوسفور (P) معدنًا أساسيًا لكل من الحيوانات المضيفة والميكروبات المعوية للخنازير. تُستخدم استراتيجيات مختلفة بما في ذلك مكملات الفيتاز وحمض اللاكتيك (LA) مؤخرًا لتعزيز توافر P من الحبوب في وجبات الخنازير ؛ ومع ذلك، نادرًا ما كان تأثيرها على ميكروبات الأمعاء مرتبطًا بالتخلص من البراز لمسببات الأمراض الانتهازية. بحثت الدراسة الحالية في تأثير مكملات الفيتاز وعلاج الحبوب الغذائية مع 2.5 ٪ LA على تكوين الميكروبيوم البرازي للبكتيريا النشطة الأيضية والتعبير عن جينات عامل الفوعة من الإشريكية القولونية المسببة للسموم المعوية و Clostridium perfringens في الخنازير المتنامية. قللت مكملات الفيتاز من الوفرة البرازية لعائلة العصيات اللبنية الأكثر وفرة، في حين أن علاج LA للحبوب كان له تأثير أقوى على المجتمع البكتيري، مما قلل من انحلال الأميل، انحلال الشد، انحلال شقي العصيات اللبنية، Lachnospiraceae و Ruminococcaceae بالإضافة إلى ثراء الأنواع البكتيرية البرازية (Chao1) والتنوع (مؤشر شانون). استفادت عائلة Clostridiaceae بشكل أساسي من الانخفاض في العائلات المذكورة أعلاه، حيث تم إثرائها بكلا العلاجين الغذائيين. أظهر تكامل البيانات متعددة المجموعات باستخدام المربعات الصغرى الجزئية المتناثرة - التحليل التمييزي أنه من بين وحدات التصنيف التشغيلية الأكثر تمييزًا (OTU) خاصة وحدتين غير مصنفتين من Clostridiaceae - OTUs، وواحدة من Prevotella copri - like OTU وواحدة من OTU داخل مجموعة vadinCA11 كانت مرتبطة بمستويات الكالسيوم و P ولكنها كانت مرتبطة سلبًا بالكربوهيدرات المعقدة في البراز. تم التعبير عن السم A (Sta) المستقر للحرارة للإشريكية القولونية المسببة للتسمم المعوي و Stx2e للإشريكية القولونية المنتجة لسم الشيغا في البراز ولكنهما كانا متشابهين بين مجموعات التغذية. دون تعديل إجمالي نسخ الجينات البكتيرية والتعبير عن عامل الفوعة للإشريكية القولونية، غيرت كل من مكملات الفيتاز الغذائية ومعالجة LA للحبوب بشكل جذري تكوين المجتمع البكتيري في براز الخنازير. وبالتالي سمحت النتائج بتوصيف الاعتماد على المغذيات البكتيرية، مما يشير إلى وجود صلة بين توافر البراز وتكوين الكربوهيدرات المعقدة والتغيرات في الأجناس السائدة.

Translated Description (French)

Outre les principaux nutriments, le phosphore (P) est un minéral essentiel à la fois pour l'animal hôte et pour le microbiote intestinal porcin. Différentes stratégies, y compris la supplémentation en phytase et plus récemment l'acide lactique (AL), sont utilisées pour améliorer la disponibilité de P à partir de céréales dans l'alimentation des porcs ; cependant, leur impact sur le microbiote intestinal a rarement été lié à l'excrétion fécale d'agents pathogènes opportunistes. La présente étude a étudié l'effet de la supplémentation en phytase et du traitement des céréales diététiques avec 2,5% de LA sur la composition du microbiome fécal des bactéries métaboliquement actives et l'expression des gènes du facteur de virulence d'Escherichia coli et Clostridium perfringens entérotoxiques chez les porcs en croissance. La supplémentation en phytase a réduit l'abondance fécale de la famille des Lactobacillaceae la plus abondante, tandis que le traitement à LA des céréales a eu un impact plus fort sur la communauté bactérienne, réduisant les Lactobacillaceae, Lachnospiraceae et Ruminococcaceae amylolytiques, pullulanolytiques et hémicellulolytiques, ainsi que la richesse en espèces bactériennes fécales (Chao1) et la diversité (indice de Shannon). Principalement, la famille des Clostridiaceae a bénéficié du déclin des familles susmentionnées, enrichie par les deux traitements diététiques. L'intégration de données multigroupes en utilisant une analyse parcimonieuse des moindres carrés partiels-discriminants a montré que parmi les unités taxonomiques opérationnelles (OTU) les plus discriminantes, en particulier deux Clostridiaceae-OTU non classifiées, une OTU de type Prevotella copri et une OTU dans le groupe vadinCA11 étaient associées aux niveaux de calcium et de P mais étaient négativement liées aux glucides complexes dans les selles. La toxine stable à la chaleur A (Sta) d'E. coli entérotoxinogène et Stx2e d'E. coli producteur de shigatoxine étaient exprimées dans les fèces mais étaient similaires entre les groupes d'alimentation. Sans modifier les copies de gènes bactériens totaux et l'expression du facteur de virulence d'E. coli, la supplémentation alimentaire en phytase et le traitement à la LA des céréales ont radicalement modifié la composition de la communauté bactérienne dans les excréments de porc. Les résultats ont ainsi permis de caractériser les dépendances aux nutriments bactériens, indiquant un lien entre la disponibilité du P fécal, la composition complexe en glucides et les altérations des genres prédominants.

Translated Description (Spanish)

Además de los principales nutrientes, el fósforo (P) es un mineral esencial tanto para el animal huésped como para la microbiota intestinal porcina. Se utilizan diferentes estrategias, incluida la suplementación con fitasa y, más recientemente, el ácido láctico (LA), para mejorar la disponibilidad de P de los cereales en las dietas porcinas; sin embargo, su impacto en la microbiota intestinal rara vez se ha relacionado con la eliminación fecal de patógenos oportunistas. El presente estudio investigó el efecto de la suplementación con fitasa y el tratamiento de cereales dietéticos con 2.5% de LA en la composición del microbioma fecal de bacterias metabólicas activas y la expresión de genes del factor de virulencia de Escherichia coli enterotoxigénica y Clostridium perfringens en cerdos en crecimiento. La suplementación con fitasa redujo la abundancia fecal de la familia Lactobacillaceae más abundante, mientras que el tratamiento con LA de los cereales tuvo un mayor impacto en la comunidad bacteriana, reduciendo las Lactobacillaceae, Lachnospiraceae y Ruminococcaceae amilolíticas, pululanolíticas y hemicelulolíticas, así como la riqueza y diversidad de especies bacterianas fecales (Chao1) (índice de Shannon). Principalmente la familia Clostridiaceae se benefició de la disminución en las familias mencionadas, enriqueciéndose con ambos tratamientos dietéticos. La integración de datos multigrupo utilizando un análisis discriminante de mínimos cuadrados parciales dispersos mostró que entre las unidades taxonómicas operativas (OTU) más discriminatorias, especialmente dos Clostridiaceae-OTU no clasificadas, una OTU similar a Prevotella copri y una OTU dentro del grupo vadinCA11 se asociaron con niveles de calcio y P, pero se relacionaron negativamente con carbohidratos complejos en las heces. La toxina A termoestable (sta) de E. coli enterotoxigénica y Stx2e de E. coli productora de toxina Shiga se expresaron en las heces, pero fueron similares entre los grupos de alimentación. Sin modificar las copias totales de genes bacterianos y la expresión del factor de virulencia de E. coli, tanto la suplementación dietética con fitasa como el tratamiento con LA de los cereales alteraron drásticamente la composición de la comunidad bacteriana en las heces de cerdo. Los resultados permitieron así la caracterización de las dependencias bacterianas de nutrientes, lo que indica un vínculo entre la disponibilidad fecal de P, la composición compleja de carbohidratos y las alteraciones en los géneros predominantes.

Files

pdf.pdf

Files (3.5 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:39158561991e62678525d7d347048ba8
3.5 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
معالجة حمض اللاكتيك للحبوب وتكوين الميكروبيوم البرازي المعدل بالأنزيم النباتي الغذائي دون التأثير على التعبير عن جينات عامل الفوعة في الخنازير المتنامية
Translated title (French)
Traitement à l'acide lactique des céréales et de la composition du microbiome fécal modifié par la phytase alimentaire sans affecter l'expression des gènes du facteur de virulence chez les porcs en croissance
Translated title (Spanish)
Tratamiento con ácido láctico de cereales y composición del microbioma fecal modificado con fitasa dietética sin afectar la expresión de genes del factor de virulencia en cerdos en crecimiento

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2980750078
DOI
10.3389/fmicb.2019.02345

Is supplement to
https://openalex.org/W4306790220 (Other)
https://openalex.org/W2972075875 (Other)
https://openalex.org/W2903478169 (Other)
https://openalex.org/W2899302310 (Other)
https://openalex.org/W2897500625 (Other)
https://openalex.org/W2800591868 (Other)
https://openalex.org/W2354125117 (Other)
https://openalex.org/W2168142568 (Other)
https://openalex.org/W2021071648 (Other)
https://openalex.org/W2004180933 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Thailand

References

  • https://openalex.org/W1616145464
  • https://openalex.org/W1816554830
  • https://openalex.org/W1895442556
  • https://openalex.org/W1900217738
  • https://openalex.org/W1976484855
  • https://openalex.org/W1979092370
  • https://openalex.org/W1980881924
  • https://openalex.org/W1982228624
  • https://openalex.org/W1988925586
  • https://openalex.org/W1996003609
  • https://openalex.org/W2007616401
  • https://openalex.org/W2007791392
  • https://openalex.org/W2014905839
  • https://openalex.org/W2025495186
  • https://openalex.org/W2052297861
  • https://openalex.org/W2057090852
  • https://openalex.org/W2069471694
  • https://openalex.org/W2070998540
  • https://openalex.org/W2072970694
  • https://openalex.org/W2074918701
  • https://openalex.org/W2079166934
  • https://openalex.org/W2080679002
  • https://openalex.org/W2082807443
  • https://openalex.org/W2093229186
  • https://openalex.org/W2111858111
  • https://openalex.org/W2117438911
  • https://openalex.org/W2124351063
  • https://openalex.org/W2125683533
  • https://openalex.org/W2136879569
  • https://openalex.org/W2141162669
  • https://openalex.org/W2143554608
  • https://openalex.org/W2144324631
  • https://openalex.org/W2144327012
  • https://openalex.org/W2154078428
  • https://openalex.org/W2157480883
  • https://openalex.org/W2158221427
  • https://openalex.org/W2159924324
  • https://openalex.org/W2271910498
  • https://openalex.org/W2318934648
  • https://openalex.org/W2508173729
  • https://openalex.org/W2550912662
  • https://openalex.org/W2560453481
  • https://openalex.org/W2579065749
  • https://openalex.org/W2583590098
  • https://openalex.org/W2625009028
  • https://openalex.org/W2738036151
  • https://openalex.org/W2767949486
  • https://openalex.org/W2768645206
  • https://openalex.org/W2802952248
  • https://openalex.org/W2940047638
  • https://openalex.org/W2941376709
  • https://openalex.org/W2950985821
  • https://openalex.org/W98845081