Efecte dels β-galactomannans sobre la funció intestinal de barrera en les infeccions per Salmonella

Abstract

L’administració d’antibiòtics a dosis subterapèutiques va ser una estratègia extensament utilitzada a partir dels anys 50 en la producció animal per a la prevenció d’infeccions i com a promotors del creixement. Tanmateix, la creixent aparició de bacteris resistents als antibiòtics va comportar que l’any 2006, la Unió Europea (UE) prohibís l’ús dels antibiòtics com a promotors del creixement (AGP) en la nutrició animal (CE n. 1831/2003). Aquesta prohibició, però, va fer repuntar el nombre de casos d’infeccions en animals i toxiinfeccions alimentàries en humans que fins aleshores havien estat controlades. La salmonel·losi, segona causa d’infeccions alimentàries a la UE, és causada per diferents serotips del bacteri gramnegatiu Salmonella que contaminen ous i carn d’au de corral (Salmonella Enteritidis) i carn de porc i de boví (Salmonella Typhimurium). En humans, aquests dos serotips causen gastroenteritis mentre que en animals de granja, les infeccions subclíniques són molt comunes. Per aquesta raó, actualment, la indústria avícola destina molts esforços a la recerca d’estratègies nutricionals alternatives als AGP per a la seva inclusió en els programes de control de Salmonella.

Així, el principal objectiu d’aquesta tesi ha estat determinar l’efecte del Salmosan® (S- βGM), un producte ric en mannan oligosacàrids (MOS), sobre la funció intestinal de barrera a l’intestí de pollastres d’engreix infectats amb S. Enteritidis, i en cultius de cèl·lules intestinals Caco-2 colonitzades per diferents serotips de Salmonella i en dos models d’inflamació intestinal amb cèl·lules Caco-2.

En el pollastre, els resultats revelen que el S-βGM redueix la presència de bacteris adherits a l’epiteli i incrementa la producció de moc. Aquest moc constitueix una superfície d’adhesió i una barrera física per a l'accés dels bacteris a l'epiteli. En els cultius de cèl·lules intestinals Caco-2, el S-bGM té un efecte protector sobre la funció epitelial de barrera malmesa per la infecció amb S. Enteritidis, S. Dublin i S. Thyphimurium. En el cas de S. Enteritidis, aquest efecte es pot atribuir a una reducció de la invasió del cultiu i a la modulació de la permeabilitat paracel·lular. En els models d’inflamació intestinal, es va estudiar la capacitat del S-bGM per a protegir la funció epitelial de barrera independentment de la seva capacitat per a interaccionar amb Salmonella. Per aquesta raó, es varen utilitzar co-cultius de cèl·lules Caco-2 amb macròfags (cèl·lules dTHP1) estimulats amb LPS de S. Enteritidis i cultius de cèl·lules Caco-2 estimulats amb TNFa. En aquests models, es va estudiar l’efecte del S-bGM i el d’un probiòtic, Lactobacillus plantarum. Els resultats posen de manifest que en cap dels models estudiats, ni el S-

bGM ni el probiòtic protegeix la funció epitelial de barrera. En canvi, la combinació d’ambdós reverteix els efectes sobre la funció epitelial de barrera. A més a més, també es va observar que el S-βGM estimula el creixement del L. plantarum. Aquests resultats permeten atribuir al S-βGM la capacitat per a interaccionar amb l’epiteli i que té com a resultat la modulació de la secreció de citocines.

Així doncs, el S-βGM, un MOS ric en βGM, té propietats prebiòtiques i exerceix efectes beneficiosos sobre la funció intestinal de barrera que permeten considerar-lo un bon candidat com a alternativa als AGP, ja sigui sol o en combinació amb un probiòtic.

Antibiotics were widely used in the 50s in animal production for the prevention of infections and as growth promoters (AGPs). However, the increasing emergence of antibiotic-resistant bacteria meant that in 2006 the European Union banned the use of AGP in animal nutrition (EC No 1831/2003). Currently, the poultry industry devotes much effort finding nutritional strategies as alternatives to AGP to be included in Salmonella control programs. Thus, the aim of the thesis was to study the use of Salmosan® (S-βGM), a mannan oligosaccharide (MOS) rich product, in broilers and in in vitro (in intestinal Caco-2 cell cultures and in two models of intestinal inflammation).

In chickens infected with Salmonella Enteritidis, the use of β-galactomannans (βGM) showed more presence of mucus associated with greater number of goblet cells, less M cells and longer villus in animals fed a diet supplemented with Cassia or Duraió gum. In intestinal cell cultures infected with Salmonella, S-βGM recovered the effects caused on paracellular permeability. This effect was associated with the reduction on reactive oxygen species production, the modulation of tight junction permeability and the capacity of S-βGM to agglutinate the bacteria.

In the models of inflammation, in co-cultures of Caco-2 cells and macrophages stimulated with lipopolysaccharide (LPS) of S. Enteritidis and in Caco-2 cells stimulated with tumor necrosis factor α (TNFα), S-βGM or Lactobacillus plantarum did not prevent the disruption of paracellular pathway. However, the combination of both restored the values of non-stimulated cells. In stimulated co-cultures, S-βGM significantly increased interleukin (IL)-10 production whereas L. plantarum, significantly increased IL-6 production and the combination of both produced a significant reduction in TNFα and a significant increase in IL-10 and IL-6 levels. In addition, the S-βGM promoted L. plantarum growth.

Thus, the results demonstrate that S-bGM has beneficial effects on intestinal morphology and protects epithelial barrier function by reducing Salmonella invasion, increasing probiotic growth, modulating the immune response and tight junction permeability. In conclusion, our data provide evidence of the positive effects of this product in animal nutrition as an alternative of AGP, alone or as a symbiotic.