Evaluation of the synbiotic strategy as prevention and treatment of swine digestive pathologies

L'objectiu d'aquesta Tesi va ser avaluar l'eficàcia de compostos simbiòtics per a millorar la salut i productivitat del bestiar porcí després del deslletament i la seva capacitat per a enfrontar patògens digestius. Per a complir-ho, es van realitzar quatre proves experimentals. En les proves 1 i 2, es van avaluar els efectes d'un simbiòtic format per Bifidobacterium longum subsp. infantis CECT 7210 i inulina enriquida amb oligofructosa en porcs desafiats o no amb Salmonel·la Typhimurium o E. coli enterotoxigènic (ETEC) F4, respectivament. La prova 3 va valorar l'eficàcia d'un probiòtic multisoca compost per la soca anterior i Lactobacillus rhamnosus HN001, barrejats o no amb inulina enriquida amb oligofructosa front a Salmonel·la Typhimurium. La prova 4 va avaluar el mateix probiòtic, administrat o no amb galacto-oligosacàrids en garrins desafiats amb ETEC F4. En les proves 1 i 2 es va seguir un disseny factorial 2x2; tractats o no amb el simbiòtic i desafiats o no amb el patogen. En les proves 3 i 4 es va usar un disseny totalment aleatoritzat constant de cinc grups: un no desafiat (CTR+) i quatre desafiats: la mateixa dieta (CTR-), suplementada amb el probiòtic (PRO), el prebiòtic (PRE) o la combinació dels dos (SYN). Després d'una setmana d'adaptació, els animals van ser desafiats oralment i es va eutanasiar un per corral els dies 4 i 8 (prova 2: 3 i 7) postinfecció. Les principals variables avaluades van ser productivitat, signes clínics, excreció de patogen, perfil fermentatiu, resposta immunitària i morfologia intestinal. El simbiòtic format per Bifidobacterium longum subsp. infantis CECT 7210 i inulina enriquida amb oligofructosa va reduir el número de enterobacteris enganxats i va augmentar la presència de limfòcits intraepitelials en ili de garrins sans. Enfront d'un desafiament, aquest simbiòtic no va poder contrarestar la càrrega de patogen en animals desafiats amb ETEC F4 (prova 2); no obstant, va tendir a accelerar l'eliminació de Salmonel·la (trial 1). Curiosament, en ambdues proves (proves 1 i 2), el simbiòtic va tenir un impacte significatiu en la fermentació colònica, però amb efectes diferents en funció de si els animals havien estat o no desafiats. En la prova 3, la combinació de Bifidobacterium longum subsp. infantis CECT 7210, Lactobacillus rhamnosus HN001 i inulina enriquida amb oligofructosa no va mostrar cap impacte en garrins una setmana després del deslletament. Posteriorment al desafiament, el probiòtic va promoure una eliminació fecal accelerada de Salmonel·la i va millorar la recuperació de l'alteració intestinal. El prebiòtic va portar associat un major nombre de limfòcits intraepitelials. La combinació simbiòtica no va mostrar cap activitat sinèrgica enfront del patogen, perdent la majoria dels efectes esmentats. El simbiòtic avaluat en la prova 4, format per Bifidobacterium longum subsp. infantis CECT 7210, Lactobacillus rhamnosus HN001 i galacto-oligosacàrids, va reduir el número de enterobacteris i coliforms fecals una setmana després del deslletament, en comparació a PRE i PRO. No obstant, després del desafiament amb ETEC F4, el tractament SYN es va associar amb una major càrrega de ETEC F4 en contingut de còlon. Així mateix, les concentracions elevades de TNF-F-α i Pig-MAP van suggerir la presència d'un estat pro-inflamatori sobreestimulat. Per tant, aquesta combinació no va ser capaç de demostrar cap benefici sinèrgic enfront del patogen, perdent alguns dels efectes observats per al probiòtic o el prebiòtic. Els resultats d'aquesta Tesi assenyalen que la combinació de probiòtics i prebiòtics no necessàriament té un efecte additiu o sinèrgic. El seu impacte en la microbiota intestinal i la resposta de l'individu depenen dels desafiaments als quals els animals han d'enfrontar-se. Són necessaris més estudis per a entendre les complexes interaccions que es produeixen en el tracte gastrointestinal i els mecanismes implicats.El objetivo de esta Tesis fue evaluar la eficacia de compuestos simbióticos para mejorar la salud y productividad del ganado porcino después del destete y su capacidad para enfrentar patógenos digestivos. Para cumplirlo, se realizaron cuatro pruebas experimentales. En las pruebas 1 y 2, se evaluaron los efectos de un simbiótico formado por Bifidobacterium longum subsp. infantis CECT 7210 e inulina enriquecida con oligofructosa en cerdos desafiados o no con Salmonella Typhimurium o E. coli enterotoxigénica (ETEC) F4, respectivamente. La prueba 3 valoró la eficacia de un probiótico multicepa compuesto por la cepa anterior y Lactobacillus rhamnosus HN001, mezclados o no con inulina enriquecida con oligofructosa frente a Salmonella Typhimurium. La prueba 4 evaluó el mismo probiótico multicepa, administrado o no conjuntamente con galacto-oligosacáridos en lechones desafiados con ETEC F4. En las pruebas 1 y 2 se siguió un diseño factorial 2x2; tratados o no con el simbiótico y desafiados o no con el patógeno. En las pruebas 3 y 4 se usó un diseño totalmente aleatorizado constante de cinco grupos: uno no desafiado (CTR+) y cuatro desafiados: la misma dieta (CTR-), suplementada con el probiótico (PRO), el prebiótico (PRE) o la combinación de ambos (SYN). Después de una semana de adaptación, los animales fueron desafiados oralmente y se eutanasió uno por corral los días 4 y 8 (prueba 2: 3 y 7) posinfección. Las principales variables evaluadas fueron productividad, signos clínicos, excreción de patógeno, perfil fermentativo, respuesta inmunitaria y morfología intestinal. La combinación simbiótica formada por Bifidobacterium longum subsp. infantis CECT 7210 e inulina enriquecida con oligofructosa redujo el número de enterobacterias enganchadas y aumentó la presencia de linfocitos intraepiteliales en íleon de lechones sanos. Frente a un desafío, el simbiótico no pudo contrarrestar la carga de patógeno en animales desafiados con ETEC F4 (prueba 2); sin embargo, tendió a acelerar la eliminación de Salmonella (trial 1). Curiosamente, en ambas pruebas (pruebas 1 y 2), el simbiótico tuvo un impacto significativo en la fermentación colónica, pero con efectos diferentes en función de si los animales habían sido o no desafiados. En la prueba 3, la combinación de Bifidobacterium longum subsp. infantis CECT 7210, Lactobacillus rhamnosus HN001 e inulina enriquecida con oligofructosa no mostró ningún impacto en lechones una semana después del destete. Posteriormente al desafío oral, el probiótico promovió una eliminación fecal acelerada de Salmonella y mejoró la recuperación del daño intestinal. El prebiótico trajo asociado un mayor número de linfocitos intrapiteliales. La combinación simbiótica no mostró ninguna actividad sinérgica frente al patógeno, perdiendo la mayoría de los efectos mencionados. El simbiótico evaluado en la prueba 4, formado por Bifidobacterium longum subsp. infantis CECT 7210, Lactobacillus rhamnosus HN001 y galacto-oligosacáridos, redujo el número de enterobacterias y coliformes fecales una semana después del destete de los animales, en comparación a PRE y PRO. No obstante, tras el desafío con ETEC F4, el tratamiento SYN se asoció con una mayor carga de ETEC F4 en contenido de colon. Asimismo, las concentraciones elevadas de TNF-α; y Pig-MAP sugirieron la presencia de un estado proinflamatorio sobreestimulado. Por lo tanto, esta combinación no fue capaz de demostrar ningún beneficio sinérgico frente al patógeno, perdiendo algunos de los efectos observados para el probiótico o el prebiótico. Los resultados de esta Tesis señalan que la combinación de probióticos y prebióticos no necesariamente tiene un efecto aditivo o sinérgico. Su impacto en la microbiota intestinal y la respuesta del individuo dependen de los desafíos a los que los animales deben enfrentarse. Son necesarios más estudios para entender las complejas interacciones que se producen en el tracto gastrointestinal y los mecanismos implicados en ellas.The main objective of this Thesis was to evaluate the efficacy of different synbiotics to improve health and performance of pigs after weaning, as well as their capacity to fight digestive pathogens. To accomplish it, four experimental trials were performed. In trial 1 and trial 2, the effects of a synbiotic composed by Bifidobacterium longum subsp. infantis CECT 7210 and oligofructose-enriched inulin in pigs challenged or not with Salmonella Typhimurium or enterotoxigenic E. coli F4 (ETEC F4), respectively, were evaluated. Trial 3 assessed the efficacy of a multistrain probiotic composed by the former strain and Lactobacillus rhamnosus HN001, mixed or not with oligofructose-enriched inulin against Salmonella Typhimurium. Lastly, trial 4 evaluated the response of the same multistrain probiotic administered or not with galacto-oligosaccharides in weaned piglets challenged with ETEC F4. A 2x2 factorial design was followed for trials 1 and 2; treated or not with the synbiotic and challenged or not with the pathogen; and, for trials 3 and 4, a completely randomized one, composed by five treatment groups: one non-challenged (CTR+) and four challenged: same diet (CTR-), or supplemented with the probiotic (PRO), prebiotic (PRE) or their combination (SYN). After one week of adaptation, animals were orally challenged and one animal per pen was euthanized at day 4 and 8 (3 and 7 for trial 2) post-inoculation. Main variables assessed were animal performance, clinical signs, pathogen excretion, fermentation profile, immune response and intestinal morphology. The synbiotic combination consisting of Bifidobacterium longum subsp. infantis CECT 7210 and oligofructose-enriched inulin reduced the numbers of ileal attached enterobacteria (trial 2) and enhanced the presence of ileal intraepithelial lymphocytes of healthy weaned pigs. In a challenge, the synbiotic mixture could not counteract pathogen loads in animals challenged with ETEC F4 (trial 2); however, it tended to accelerate Salmonella clearance when it was tested against this pathogen (trial 1). Interestingly, in both trials (trial 1 and trial 2), the synbiotic had a significant impact on the colonic fermentation but with differential effects depending on if animals had been or not challenged. In trial 3, the combination of Bifidobacterium longum subsp. infantis CECT 7210, Lactobacillus rhamnosus HN001 and oligofructose-enriched inulin did not show to have any significant impact in pigs one week after weaning. After the oral challenge, the multistrain probiotic promoted a faster faecal clearance of Salmonella and improved recovery of intestinal damage. Prebiotic treatment increased number of ileal intraepithelial lymphocytes (IEL). The synbiotic combination did not reflect any synergistic activity against the pathogen, losing most of the previous mentioned effects. The synbiotic evaluated in trial 4, composed by Bifidobacterium longum subsp. infantis CECT 7210, Lactobacillus rhamnosus and galacto-oligosaccharides, decreased the number of faecal enterobacteria and coliforms one week after weaning compared to PRE or PRO. Nevertheless, after the ETEC F4 challenge, SYN treatment was associated to the greatest loads of ETEC F4 in colonic digesta. In addition, an enhanced pro-inflammatory status was suggested by the increased serum concentrations of TNF-α and Pig-MAP. This combination was not able, therefore, to demonstrate any synergistic benefits against the pathogen, losing some of the effects found for the probiotic blend or the prebiotic independently. The results exposed in this Thesis highlight that the combination of probiotics and prebiotics not necessarily result in an additive or synergistic effect. Their impact on the intestinal microbiota and the response of the individual probably depend on the challenges that the animals need to face. More studies are needed to understand the complex interactions roduced in the gastrointestinal tract and the involved mechanisms