Proiectul PN 2 - Parteneriate 102
Proiect PN 2 - 102
Impactul co-contaminarii furajelor si solutii de ameliorare care sa creasca securitatea furajelor, sanatatea animalelor si calitatea alimentelor.
Sursa finantare: UEFISCDI
Cod proiect: PN-II-PT-PCCA-2011-3.1-0616
Nr. contract: 102
Rezumat proiect:
Este cunoscut faptul ca hrana poate fi un purtator al diferitilor patogeni pentru animale si om. La animalele de ferma, cum este de exemplu porcul, bolile infectioase sunt cauza majora a morbiditatii si mortalitatii. Cele mai comune specii de bacterii patogene frecvent intalnite in hrana suinelor care compromit sanatatea animalelor in special a celor tinere crescand considerabil pierderile economice si utilizarea profilactica si terapeutica a antibioticelor sunt Salmonella enterica serotypes, E. coli spp, si Clostridium perfringen. Purceii tineri sunt foarte sensibili in perioada de intarcare cand scahimbarile de mediu (separarea de mama), nutritie (trecerea de la lapte matern care le confera protectie imuna la hrana solida) sunt semnificative si stresante. Purceii refuza sa manance in primele zile dupa intarcare ceea ce ii face mai sensibili la infectiile cu coli. Diareea postintarcare este cel ami adesea produsa de tulpini enterotoxigenice de Escherichia coli (ETEC) cum ar fi E. coli K88.
Interzicerea din 2006 in UE a utilizarii antibioticelor ca factori de crestere a facut ca problema bolilor infectioase sa fie in continuare acuta si actuala. In plus hrana animalelor este de obicei supusa nu doar unei singure contaminari, ci unei contaminari multiple din mai multe surse. Una dintre cele mai des intalnite si raportate co-contaminari include contaminare bacteriana (Echerichia coli, Salmonella etc) plus contaminare fungica cu micotoxine (aflatoxine, fumonizine, deoxinivalenol, zearalenona, etc) unele dintre cei mai frecventi contaminanti naturali ai cerealelor (peste 25% din productia mondiala de cereale).
Co-contaminarea produce importante efecte adverse la nivelul apararii imune locale (mucoasa intestinala) pe langa efectele adverse la nivel sistemic. Intradevar primul organ expus si afectat de ingerarea hranei contaminate este tractusul gastrointestinal. In conditii morfo-functionale normale, epiteliul intestinal formeaza o bariera fizica si imuna care previne accesul patogenilor si toxinelor in organism. Celulele epiteliale sunt considerate santinele ale sistemului imun care trimit semnale catre celulele imune pe care le stimuleaza in producerea de citokine si chemokine (proteine de talie mica, mediatori solubili) cu rol cheie in reglarea inflamatiei si raspunsului imun specific; un proces inflamator exacerbat la nivel intestinal cauzat de un raspuns exacerbat stimuelaza resinteza si eliberarea altor molecule pro-inflamatoare care includ specii reactive de oxigen, azot, etc care pot avea consecinte grave pentru intregul organism.
Unul dintre principalele obiective ale proiectului PN102 este analiza in vitro si in vivo a efectelor co-contaminarii (contaminanti bacterieni, E.coli si fuzariotoxine, zearalenona) asupra raspunsului imun sistemic (celule sangvine) si local (epiteliul intestinal).
Consortiu proiectului (Parteneri implicati):
-
Coordonator proiect (CO): INCDBNA, Balotesti; director de proiect: Dr. Ionelia TARANU
-
Partener 1 (P1): Institutul Ocologic I. Chiricuta, Cluj-Napoca; responsabil proiect: Dr. Cornelia BRAICU
-
Partener 2 (P2): INCD V. Babes, Bucuresti; responsabil proiect: Dr. Gina MANDA
-
Partener 3 (P3): Centrul Biothenol Bucuresti si USAMV, Bucuresti; responsabil proiect: Dr. Florentina ISRAEL, Dr. Petruta CORNEA
Reference of 5 relevant publications.
Coordonator:
-
Gina Cecilia PISTOL, Mihail Alexandru GRAS, Daniela Eliza MARIN, Florentina ISRAEL-ROMING, Mariana STANCU and Ionelia TARANU. 2014. Natural feed contaminant zearalenone decreases the expression of important pro-and anti-inflammatory related mediators and MAPKs/NFkB signaling molecules in pig. British J. Nutr., 111: 452-464.
-
Daniela E. Marin, Gina C. Pistol, Ionela V. Neagoe, Loredana Calin, Ionelia Taranu. 2013. Effects of zearalenone on oxidative stress and inflammation in weanling piglets. Food and Chemical Toxicology, 58: 408-415.
-
Taranu I., D. Marin, G. Manda, M. Motiu, I. Neagoe, C. Tabuc, M. Stancu, M. Olteanu. 2011. Assessment of the potential of a boron-fructose additive in counteracting the toxic effect of fusarium mycotoxins. British J. Nutr., 14:1-11.
-
Marin DE, Taranu I, Burlacu R, Manda G, Motiu M, Neagoe I, Dragomir C, Stancu M, Calin L. 2011. Effect of zearalenone and itis derivatives on porcine immune response. Toxicol In Vitro. 25:1981-8.
-
Taranu I., D. Marin, R. Burlacu, P. Pinton, V. Damian, and I Oswald. 2010. Comparative aspects of in vitro proliferation of human and porcine lymphocytes exposed to mycotoxins. Arch. Anim. Nutrition, 64: 383-393.
Partener 1:
-
Braicu C., Puia C., Bodoki E., Socaciu C. 2008. Aflatoxins and ochratoxin A screening and quantification in different cereals cultivated in Romania using thin-layer chromatography coupled with densitometry. Journal of Food Quality 31: 108 120.
-
Tudoran O,Soritau O, Balacescu O, Balacescu L, Braicu C, Rus M, Gherman C, Virag P, Irimie F, Berindan-Neagoe I. 2011. Early transcriptional pattern of angiogenesis induced by EGCG treatment in cervical tumor cells. Journal of Cellular and Molecular Medicine, DOI: 10.1111/j.1582-4934.2011.01346.
-
Braicu, Cornelia; Rugina, Dumitrita; Chedea, Veronica Sanda; Tudoran, Oana; Balacescu, Ovidiu; Neagoe, Ioana; Socaciu, Carmen. 2010. Protective action of different natural flavan-3-ols against aflatoxin b-1-related cytotoxicity. Journal of Food Biochemistry, 34:595-610.
-
Braicu C, Berindan-Neagoe I, Chedea VS, Balacescu L, Brie I, Soritau O, Socaciu C, Irimie A. 2010. Individual and combined cytotoxic effects of the major four aflatoxins in different invitro stabilized systems. Journal of Food Biochemistry. 34: 1079 1090.
-
Philippe Pinton, Cornelia Braicu, Jean-Philippe Nougayrede, Jolle Laffitte, Ionelia Taranu, and Isabelle P. Oswald. 2010. Deoxynivalenol Impairs Porcine Intestinal Barrier Function and Decreases the Protein Expression of Claudin-4 through a Mitogen-Activated Protein Kinase-Dependent Mechanism, J. Nutr. 140: 1956-1962.
Partener 2:
-
Alexandra Livescu, Gina Manda, Carolina Constantin, Monica Neagu, Dana Iordachescu. 2003. Plasma membrane potential interferes with the respiratory burst of peripheral granulocytes. Journal of Cellular and Molecular Medicine, 7: 73-78.
-
Manda G, Neagu M, Livescu A, Constantin C, Codreanu C, Radulescu A. 2003. Imbalance of peripheral B lymphocytes and NK cells in rheumatoid arthritis. J Cell Mol Med., 7:79-88.
-
Manda G, Neagu M, Constantin C, Neagoe I, Codreanu C. 2009. Preliminary study on the immunologic background of good clinical outcome in rheumatoid arthritis patients after one month therapy with leflunomide. Rheumatol Int., 29:937-46.
-
Manda, Gina; Nechifor, Marina T.; Neagu, Teodora-Monica. 2009. Reactive Oxygen Species, Cancer and Anti-Cancer Therapies. Curent Chemical Biology, 3: 22-46.
-
Boscencu R, Ilie M, Socoteanu R, Oliveira AS, Constantin C, Neagu M, Manda G, Ferreira LF. 2010. Microwave synthesis, basic spectral and biological evaluation of some copper (II) mesoporphyrinic complexes. Molecules, 15: 3731-43.
Partener 3:
-
Dinu Diana, Bodea Gabriela, Ceapa Corina, Munteanu Cristina, Israel-Roming Florentina, Serban Andeea, Hernemean Anca, Costache Marieta, Otilia Zarnescu, Dinischiotu Anca. 2011. Adapted response of antioxidant defense system to oxidative stress induced by deoxynivalenol in Hek-293 cells, Toxicon, vol 57:1023-32.
-
Calina Petruta CORNEA, Catalina VOAIDES, Matilda CIUCA, Vasilica STAN, Eugenia GAMENT, Iosif RAZEC, Mirela DUSA. 2011. Molecular Methods for Assessement the Bacterial Communities from Different Type of Soils in Romania. Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca, Vol 39:64-70.
-
Calina Petruta CORNEA, Catalina VOAIDES, Matilda CIUCA, Vasilica STAN, Eugenia GAMENT, Iosif RAZEC, Mirela DUSA. 2011. Molecular Methods for Assessement the Bacterial Communities from Different Type of Soils in Romania. Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca, Vol 39:64-70.
-
Israel Roming Florentina, Avram Mihaela. 2010. Deoxynivalenol stability during wheat processing. Roum. Biotechnol. Lett, 14: 4349 4359.
-
Csutak,O., Vassu,T., Cornea,C.P., Grebenisan,I., 2007. Genetic characterization of two new Metschnikowia strains with antifungal activity, Roum. Biotechnol. Letts., 12:3175-3182.
Etapele proiectului:
Etapa no.
|
Titlu etapa
|
Parteneri implicati
|
Demarare luna
(1 ... n-1) |
Finalizare luna
(2 ... n) |
1
|
Interactii intre contaminanti (modele celulare in vitro) |
CO, P1, P2, P3
|
1
|
6
|
2
|
Efectul contaminantilor asupra expresei globale a genelor (microarray, qPCR) ; modele celulare in vitro |
P1, CO, P2
|
7
|
18
|
3
|
Diminuarea efectelor contaminantilor prin utilizarea unor produse probiotice in dezvoltare in IBNA (modele in vitro si in vivo) |
CO, P1, P2, P3
|
19
|
36
|
4
|
Management si diseminare |
CO, P1, P2, P3
|
1
|
36
|
Rezultate obtinute in studiile in vitro (etapa 1 si 2):
In studiile in vitro (etapa 1 si 2) au fost realizate activitati in care au fost implicati toti partenerii la proiect si in care au fost investigate efectele co-contaminarii microbiene si micotoxice a doi contaminanti foarte frecventi in hrana umana si a animalelor de ferma, Escherichia coli (E.coli) si Zearalenona (ZEA). Investigatiile au fost realizate pe doua modele celulare in vitro:
-
un model celular care a folosit doua linii celulare epiteliale de porc IPEC-1 si umane Caco-2 in care au fost analizate efectele co-contaminarii asupra raspunsului la nivel local;
-
un model celular care a folosit celule sanguine in care au fost analizate efectele co-contaminarii asupra raspunsului la nivel sistemic;
Rezultatele obtinute in cele doua modele au pus in evidenta faptul ca atat actiunea individuala cat si actiunea inhibata a celor cei doi contaminanti a afectat in vitro importanti parametri ai fiziologiei celulare:
- inhibarea proliferarii celulare atat a celulelor de porc (IPEC-1 si polimorfonucleare) cat si umane (Caco-2) care reflecta senzitivitatea celulara si capacitatea de a raspunde rapid la stimuli expterni. Intensitatea efectului a fost mai mare cand cei doi contaminanti au actionat impreuna:
- inhibarea sintezei unor proteine solubile, markeri importanti ai raspunsului pro- si anti-inflamator:
In celulele epiteliale de porc IPEC-1:
- cresterea sintezei de interleukina -8 (IL-8) dupa expunerea de scurta durata (2h) si scaderea sintezei dupa expunerea de lunga durata (24h);
- efect contrar asupra sintezei factorului de necroza tumorala alfa (TNF-a): scaderea sintezei de TNF-a dupa expunerea de scurta durata (1, 2h) si cresterea dupa expunerea de lunga durata (24h);
- cresterea sintezei de interlukina -10 (IL-10) atat dupa expunerea de scurta durata cat si dupa cea de lunga durata.
In celulele epiteliale umane Caco-2:
- scaderea sintezei de interleukina -8 (IL-8) si interleukina -6 (IL-6) atat dupa expunerea de mai scurta durata (24h) cat si dupa cea de mai lunga durata (48h);
- Analiza proteomica din testele preliminare nu a pus in evidenta modificari semnificative ale proteinelor totale; o crestere a concetratiei proteice a fost determinata de E. Coli dupa expunerea de scurta durata (2h);
- Investigatiile preliminare necesare studiilor transcriptomice (microarray) au pus in evidenta conditiile optime pentru cultivarea celulelor IPEC-1, cel mai bun mediu de cultura fiind DMEM/HAMF-12 suplimentat cu EGF (factor de crestere epidermic), insulina, trasferina si seleniu si conditiile de extractie pentru ARN, cea mai buna extractie fiind in TRI-Reagent urmat de purificare cu RNeasy Micro Kit Qiagen;
- Rezultatele obtinute au pus in evidenta faptul ca ZEA este repede (1, 2h) aborbita in celulele epiteliale si concentratia creste dupa 24h; adaugarea in celule si a E. Coli duce la o crestere a concentratie de ZEA. Este posibil ca E. Coli sa slabeasca jonctiunile dintre celulele epiteliale ceea ce explica acumularea mai mare de toxina in celulele care au fost supuse co-contamainarii;
- Identificarea prin metode moleculare a speciilor de microorganisme din biopreparatul produs in IBNA care va fi utilizat in urmatoarele etape ale proiectelor a condus la concluzia ca, la nivelul izolatelor analizate, doar doua specii au putut fi detectate: Enterococcus faecium si Lb.plantarum, desi, in biopreparatul initial au fost introduse si alte tulpini de lactobacili (Lb.acidophilus si Lb.casei). La acestea se adauga un numar relativ ridicat de drojdii. Este posibil ca in conditiile in care a fost obtinut si apoi pastrat biopreparatul, cele mai active din punct de vedere al multiplicarii sa fii fost Lb.plantarum si enterococii, in timp ce restul speciilor de lactobacili sa se regaseasca cu o freceventa mai redusa.
Rezultate obtinute in studiile in vivo (etapa 3):
Primul experiment in vivo al proiectului efectuat in etapa a 3 a si a avut ca scop evaluarea in vivo a efectelor co-contaminarii dintre E.coli K88 si zearalenona asupra performantelor, statusului general de sanatate, raspunsului imun si profilului genomic global la tineret porcin. Experimentul a fost efectuat pe purcei dupa intarcare pe o durata de 30 de zile. Purceii cu o greutate initala de 9,88kg au fost grupati in patru loturi experimentale si au fost hraniti cu: furaj necontaminat control (lot martor) sau furaj contaminat cu E. coli k88 (lot E. coli), zearalenona (lot ZEA) si E. coli k88 +ZEA (lot E. coli+ ZEA).
Efectul contaminarii si co- contaminarii asupra performantelor. Combinatia celor doi contaminanti, la concentratiile experimentale utilizate (E.coli, 1x107CFU/ml si ZEA, 100 ppb) nu a afectat performantele animalelor: spor in greutate, morfologia si greutatea organelor, consum de hrana mediu zilnic, eficienta de conversie a hranei.
Efectul contaminarii si co- contaminarii asupra starii generale de sanatate (parametrii biochimici sanguini). Co-contaminarea E.coli plus ZEA nu au afectat markeri (transaminaze, proteine, minerale etc) ai statusul de sanatate al animalelor care au primit hrana contaminata. Totusi, o tendinta de scadere (fara diferente semnficative) a concentratiei de glucoza, colesterol, uree, fier si o crestere a concentratei de fosfataza alcalina a fost identificata in plasma sanguina a purceilor care au consumat hrana contaminata cu E. coli+ZEA.
Efectul contaminarii si co- contaminarii asupra raspunsului imun prin anticorpi (raspuns umoral). Raspunsul imun umoral realizat de animalele intoxicate evaluat prin efectul contaminarii si co-contaminarii asupra nivelului plasmatic de anticorpi nespecifici (subclasele de imunoglobuline A, M si G) nu a fost semnificativ influentat de hrana contaminata cu ZEA, E.coli sau ZEA +E.coli la concentratiile experimentale de E. coli si ZEA utilizate. Dar, o tendinta de scadere a concentratiei de Ig G (-26,41% pentru lotul E. coli, -21,87% pentru lotul ZEA si -20,18% in cazul co-contaminarii (ZEA +E.coli) a fost obtinuta, fapt deosebit de important daca se ia in considerare rolul important al IgG in raspunsul imun de lunga durata.
Efectul contaminarii si co- contaminarii asupra raspunsului inflamator (raspuns imun cellular). Efectul contaminarii si co-contaminarii asupra raspunsului imun celular a fost masurat in ficat, (organ cu rol cheie in reactiile metabolice din organism, primul afectat de toxinele din hrana) prin evaluarea nivelului unor citokine pro- si anti- inflamatoare ca markeri ai raspunsul imun celular; rezultatele au pus in evidenta ca hrana contaminata cu ZEA sau E.coli a produs in ficatul purceilor din lotul ZEA sau lotul E.coli o scadere a nivelului de cytokine pro-inflamatoare (IFN-g, IL-8, IL-6, IL-1) si anti-inflamatoare (IL-4). In contrast, co-contaminarea (ZEA+E.coli) a produs o tendinta de crestere atat a citokinelor pro- cat si a celor anti-inflamatoare, fara ca aceasta sa fie semnificativa. In schimb, contaminarea sau co-contaminarea a afectat semnificativ un alti markeri ai raspunsului imun celular, proliferarea celulara. Expunerea animalelor la hrana contaminata cu E.coli, ZEA sau E.coli +ZEA a redus nivelul de proliferare al limfocitelor din sangele periferic al purceilor care au consumat hrana contaminata precum si activitatea oxidativa intracelulara a granulocitelor sanguine ceea ce sugereaza un efect mai pronuntat la nivel sistemic (in sange) decat la nivel local (in ficat).
Efectul contaminarii si co- contaminarii asupra expresiei globale a genelor intestinale. Studiile de microarray si analiza transcriptomica au dovedit ca atat E.coli cat si ZEA sunt doi contaminanti cu efecte genotoxice la nivelul intestinului subtire, situs cheie al absorbtiei si bariera fizica si imuna. 155 de gene au fost supra-exprimate si 141 sub-exprimate sub efectul contaminarii cu E.coli, 182 gene supra-exprimate si 114 sub-exprimate sub actiunea contaminarii cu ZEA in timp ce 152 gene au fost sub-exprimate si 143 supra-exprimate de actiunea combinata a celor 2 contaminanti.
Publicatii:
Articole (ISI):
1. Gina Cecilia PISTOL, Mihail Alexandru GRAS, Daniela Eliza MARIN, Florentina ISRAEL-ROMING, Mariana STANCU and Ionelia TARANU. 2014. Natural feed contaminant zearalenone decreases the expression of important pro-and anti-inflammatory related mediators and MAPKs/NFkB signaling molecules in pig. British J. Nutr., 111: 452-464.
2. Gina Cecilia PISTOL, Cornelia Braicu, Monica MOTIU, Mihail Alexandru GRAS, Daniela Eliza MARIN, Florentina ISRAEL-ROMING, Mariana STANCU and Ionelia TARANU. 2014. Zearalenone mycotoxin affects immune mediators, MAPK signalling molecules, nuclear receptors and genome-wide gene expression in pig spleen. Toxicol. Sci., under review.
3. Ionelia TARANU, Daniela Eliza MARIN, Gina Cecilia PISTOL, Monica MOTIU, Diana PELINESCU. 2014. Escherichia coli and mycotoxin zearalenone co-contamination induced mRNA of the genes expression related to inflammation in porcine intestinal epithelial cells; evaluation of the potential protection of a lactobacilli probiotic mixture. Toxicon, under review.
4. Gina MANDA, Andreea Mihaela MOCANU, Ionelia TARANU, Daniela Eliza MARIN. 2014. Dual effects exerted in vitro by a Fusarium mycotoxin on undifferentiated Caco-2 cells. Toxins, under review.
5. Florentina ISRAEL-ROMING, Ionelia TARANU, Daniela Eliza MARIN, Mihai CURTASU. 2014. Assessment of the permeability of intestinal epithelial barrier in the presence of zearalenone. Rom. Biotechnol. Lett., under review.
Manifestari stiintifice:
Title communications | Scientific Events | Authors |
Effects of zearalenone and its metabolites on the swine epithelial intestinal cell line: IPEC 1. | 6th Immunonutrition Workshop, 15-17 oct, Palma de Mallorca, Spania, 2012. | Marin, D.E., Taranu, I. Pistol G., Stancu M. |
Mycotoxins and metabolites, toxicity and implications. | Mycotoxin Workshop, Second FoodSeg Conference. 14-15 June, Bucarest, Romania 2013. | Daniela Marin, Ionelia Taranu, Gina Manda. |
Solution for mittigating mycotoxin effects in swine. | Mycotoxin Workshop, Second FoodSeg Conference. 14-15 June, Bucarest, Romania, 2013. | Ionelia Taranu, Daniela Marin, Cristina Tabuc, Gina Manda, Ionela Neagoe, Monica Motiu. |
Effects of microorganism-mycotoxins co-contamination in the pig intestinal innate immune response: an in vitro study. | The 35th Mycotoxin Workshop, University of Ghent, May, 22-24 May, Ghent, Belgium, 2013. | Ionelia Taranu, Daniela Eliza Marin, Cornelia Braicu |
Influence of zearalenone exposure on intestinal epithelial cells. | International Conference USAMV, Fac. Biotechnology, Bucarest, Romania, June, 2013. | Florentina ISRAEL-ROMING, Ionelia TARANU, Daniela MARIN, Petruta CORNEA, Mihai CURTASU |
Ecsherichia coli-Zearalenone co-contamination effects on porcine innate immune response and associated signalling pathways | 7th Immunonutrition Workshop, 1-4 May, Carovigno, Italy, 2014. | Gina PISTOL, Mihail A. GRAS, Daniela E. MARIN, Ionelia TARANU |
Bunastarea animala, siguranta alimentelor si poluarea mediului inconjurator factori majori in toate evaluarile cantitative si calitative privind productia obtinuta | IBNA, Masa rotunda, 12-14 June, 2014. | Ionelia TARANU Daniela E. MARIN Gina PISTOL, Mihail A. GRAS |
The effects of Zearalenone on inflammatory responses in swine liver and spleen a comparative study | 12th International Symposium of Biology and Animal Nutrition, IBNA, 14 nov., 2014. | Gina PISTOL, Monica MOTIU, Daniela E. MARIN, Mihail A. GRAS, Ionelia TARANU |
Evaluation of micoarray gene expression profiling as response to zearalenone exposure on normal intestinal epithelial cell. | European Jurnal of Human Genetics, May, Milan, Italy, 2014. | C. Braicu, V. Pileczki, O. Virtic, O. Balacescu, I. Taranu, I. Berindan-Neagoe |
Rezultate obtinute in studiile in vivo (etapa 4):
Scopul etapei a IV-a a proiectului PN-102 a constat in investigarea in vivo a potentialului unui probiotic acido-lactic (policultura de lactobacili: L. plantarum, L. acidofilus si L. paracasei) de a contracara efectele co-contaminarii experimentale dintre E. coli, una dintre bacteriile patogene cele mai frecvante in fermele zootehnice responsabila pentru diareea post intarcare la porc si zearalenona, o micotoxina produsa de specii de Fusarium cu efecte estrogenice, cancerigene si imunotoxice in scopul realizarii unei strategii nutritionale care sa reduca interventiile terapeutice cu antibiotice. In acest scop au fost evaluate performantele de crestere, statusul general de sanatate, raspunsul imun inflamator, humoral si celular, precum si profilul genomic global la nivel intestinal.
Al doilea experiment in vivo al proiectului a fost efectuat pe purcei dupa intarcare pe o durata de 14 zile. Purceii cu o greutate initala de 8,41kg au fost grupati in patru loturi experimentale :
-lot 1 (control)
-experimental 1: co-contamainare (contaminare cu E. coli + furaj contaminat cu 250ppb ZEA)
-experimental 2: co-contamainare +probiotic 1 (E. coli + ZEA+policultura de lactobacili pe support de maltodextrina)
-experimental 3: co-contamainare + probiotic 2 (E. coli + ZEA+preparat commercial: policultura de trei tulpini de lactobacilli, doua de bifidobacterium si una de streptoccocus pe suport de faina de orez si celuloza vegetala). Acest preparat a servit drept control pozitiv pentru probioticul 1.
Efectul co- contaminarii si al probioticelor asupra performantelor. Contaminarea cu E. coli a provocat diaree din a 2 a zi dupa infectie (fecale lichide, scor 2) la toate cele trei loturi experimentale. Purceii din lotul experimental 1 care au consumat hrana contaminata cu ZEA si care au fost infectati cu E. coli K88 ETEC (1x1010cfu/porc) si nu au primit probiotic au inregistrat performantele cele mai slabe, greutatea lor scazand cu 15,91 %, iar sporul mediu zilnic cu 36% comparativ cu controlul. Tratamentul cu probiotice a produs o ameliorare a performantelor din loturile 2 si 3 experimentale (scaderea greutatii fiind mai mica: 13,07% lot 2 si 13,30% lot 3).
Efectul co- contaminarii si al probioticelor asupra starii generale de sanatate (parametrii biochimici sanguini). Desi valorile markerilor biochimici sanguini s-au incadrat in valorile normale pentru aceasta categorie, atat co-contaminarea (E.coli + ZEA) cat si probioticele (1 si 2) au dus la cresterea concentratiei plasmatice de glucoza; tratamentul cu probioticul 2 a determinat de asemenea o crestere a concentratiei de colesterol si trigliceride, precum si un nivel mai mare al transaminazei hepatice aspartataminotransferaza (ASAT).
Efectul co- contaminarii si al probioticelor asupra raspunsului imun prin anticorpi (raspuns umoral). Raspunsul imun umoral realizat de animalele intoxicate a fost evaluat prin analiza concetratiei de anticorpi nespecifici (subclasele de imunoglobuline A, M si G) din plasma sanguina. Co-contaminarea sau tratamentul cu probiotice nu a produs efecte notabil semnificative asupra concentratiei de IgM, anticor de faza 1 a raspunsului imun; in schimb, atat ZEA plus E. coli cat si probioticele au produs o crestere a nivelului de IgG, + 5.11% in cazul co-contaminarii, si semnificativ mai mare in cazul tratamentelor +33.20% pentru probioticul 1 si respectiv +28,48 pentru probioticul 2, fapt deosebit de important daca se ia in considerare rolul important al IgG in raspunsul imun de lunga durata.
Tratamentul cu probiotice a condus la o crestere a concentratiei de imunoglobulina A (+79.56% in cazul probioticului 1 si +12.90% in cazul probioticului 2) in plasma purceilor tratati, fapt de asemenea important avand in vedere rolul acestei imunoglobuline in apararea locala de la nivelul mucoaselor.
Efectul co- contaminarii si al probioticelor asupra raspunsului imun celular. Este cunoscut ca bacteriile acido lactice si bifidobacteria au un efect stimulator asupra activitatii macrofagelor conducand la o crestere a abilitatii lor de a produce NO. tratamentul cu probiotice a stimulat de asemenea raspunsul imun celular, o concentratie semnificativ crescuta de NO a fost inregistrata in plasma purceilor care au primit probiotice (1 si 2).
Efectul contaminarii si co- contaminarii asupra expresiei globale a genelor intestinale. Studiile de microarray si analiza transcriptomica au dovedit ca atat E. coli cat si ZEA sunt doi contaminanti cu efecte genotoxice la nivelul intestinului subtire, situs cheie al absorbtiei si bariera fizica si imuna. Co-contaminarea a modulat expresia a 186 de gene, dintre care 67 gene supra-exprimate si 119 sub-exprimate; dintre acestea au fost extrapolate la uman (14 gene sub-exprimate si 16 de gene supra-exprimate). Tratamentele cu probotice au modulat de asemenea profilul global al genelor intestinale: 350 de gene cu un nivel de expresie modificat, din care 209 gene sub-exprimate si 141 supra-exprimate; au fost extrapolate la uman un numar de 123 de gene, dintrea acestea 45 de gene sub-exprimate si 34 de gene supra-exprimate.
Toate aceste rezultate sugereaza ca o strategie nutrtitionala privind utilizarea probioticelor in ameliorarea diareei provocate in criza de intarcare a purceilor este de luat in considerare, chair daca eficacitatea nu este de suta la suta. Studiile arata ca aceasta eficacitate depinde insa de foarte multi factori: specia bacteriei patogene, concentratia probioticului si patogenului, conditiile de mediu, compozitia hranei, nivelul de stres, etc. Ceea ce este relevant este faptul ca probioticele au capacitatea de a stimula raspunsul imun al animalelor.
Publicatii:
1. Petric RC, Braicu C, Bassi C, Pop L, Taranu I, Dragos N, Dumitrascu D, Negrini M, Berindan-Neagoe I. 2015. Interspecies Gene Name Extrapolation-A New Approach. PLOSone, 10(9):e0138751.
2. Gina Cecilia PISTOL, Cornelia BRAICU, Monica MOTIU, Mihail Alexandru GRAS, Daniela Eliza MARIN, Mariana STANCU, Loredana CALIN, Florentina ISRAEL-ROMING, Ioana BERINDAN-NEAGOE and Ionelia TARANU. 2015. Zearalenone mycotoxin affects immune mediators, MAPK signalling molecules, nuclear receptors and genome-wide gene expression in pig spleen. PLOSone, 10(5):e0127503
3. Ionelia Taranu, Daniela Eliza Marin, Gina Cecilia Pistol, Monica Motiu, Diana Pelinescu. 2015. Induction of pro-inflammatory gene expression by Escherichia coli and mycotoxin zearalenone contamination and protection by a Lactobacillus mixture in porcine IPEC-1 cells. Toxicon, 97, 53-63.
4. Gina Manda, Mihaela Andreea Mocanu, Daniela Eliza Marin and Ionelia Taranu. 2015. Dual Effects Exerted in Vitro by Micromolar Concentrations of Deoxynivalenol on Undifferentiated Caco-2 Cells. Toxins, 7, 593-603.
Title communications | Scientific Events | Authors |
Optimizing the use of animal models by improving interspecies translation of gene nomenclature | WIN symposium, Bio-informatica, Paris, France, 29-30 june, 2015. | Braicu Cornelia, Taranu Ionelia, Zanoaga Mihaela, Cojocneanu Petric Roxana, Berindan-Neagoe Ioana Cristian Bassi |
Experimentare in vivo
Rezultate obtinute in studiile in vivo (etapa 5):
In cadrul etapei a V-a a proiectului PN-102 au fost finalizate investigatiile de laborator pentru al doilea experiment in vivo al proiectului care a avut ca scop evaluarea potentialului unui probiotic acido-lactic de a contracara efectele co-contaminarii experimentale dintre E. coli, una dintre bacteriile patogene cele mai frecvante in fermele zootehnice responsabila pentru diareea post intarcare la porc si zearalenona, o micotoxina produsa de specii de Fusarium cu efecte estrogenice, cancerigene si imunotoxice in scopul realizarii unei strategii nutritionale care sa reduca interventiile terapeutice cu antibiotice. Probioticul testat este un produs aflat in dezvoltare in IBNA si consta intr-o policultura de lactobacili: L. plantarum, L. acidofilus si L. paracasei.
In aceasta etapa a fost de asemenea realizata o comparare a rezultatelor obtinute in cele doua modele experimentale: in vitro (culturi celulare) si in vivo (teste pe porc) utilizate in proiect pentru a analiza efectul co-contaminarii si posibilitatii de contracarare prin ultilizarea de probiotice.
Efectul co- contaminarii si al probioticelor asupra raspunsului imun inflamator
-la nivel hepatic, co-contaminarea nu a indus un efect inflamator; o usoara scadere a concentratiei interleukinelor pro-inflamatoare IL-1, IL-8 sau reglatoare IFN-? si IL-4 comparativ cu controlul a fost inregistrata. In schimb cele doua probiotice au stimulat sinteza de IL-1, IL-6 si IFN-? si au readus la nivleul controlului concentratia de IL-8;
-un efect diferit al contaminarii si probioticelor a fost observat la nivel hepatic in cazul factorului de necroza tumorala (TNF-a), citokina cu rol cheie in inflamatie. Co-contaminarea a indus un raspuns inflamator prin cresterea concentratiei de TNF-a peste cea a controlului, iar probioticul 1 (policultura de lacotbacili-lot E2) a contracarat acest efect readucand concentratia de TNF-a la nivleul controlului;
-la nivelul organelor imune secundare (splina, ganglioni mezenterici) raspunsul a fost diferit de cel din ficat: cei doi contaminanti ZEA si E. coli a crescut concentratia markerilor pro-inflamatori si a redus sinteza de IL-4, in timp ce tratamentul cu probiotice a restabilit nivelul acestora spre cel al controlului. Eficacitate mai mare a avut probioticul 2 (lactobcili plus enteroccocus);
Efectul co- contaminarii si al probioticelor asupra stresului oxidative:
-co-contaminarea si probioticelor au modulat markeri ai stresului oxidativ; la nivel hepatic, cei doi contaminanti au crescut semnificativ activitatea catalazei (CAT) si a glutation-peroxidazei (GPx) peste nivelul controlului; cele doua probiotice utilizate au contracarat efectul prin scaderea activitatii enzimatice aproape de control. Nici un efect asupra superoxid dismutazei (SOD) nu a fost produs de co-contaminare. O usoara scadere a activitatii SOD a fost inregistrata in ficatul purceilor care au primit probioticul 2; E.coli plus ZEA au redus capacitatea antioxidanta a plasmei, dar care a fost restabilita de cele doua probiotice;
-analiza completa de microarray realizata in experimentele in vitro pe celule intestinale expuse co-contaminarii au aratat ca:
E. coli este un contaminant mai puternic decat ZEA (25M) care a afectat un numar mult mai mare de gene comparativ cu cel provocat de micotoxina. 1061 gene (totalul genelor celor 9 clustere functionale identificate) au fost semnificativ differentiate, dintre care 936 supra-exprimate si 125 subexprimate; cele mai afectate gene au cele implicate in semnalizarea celulara;
-actiunea concomitenta a celor doi contaminanti a avut un efect antagonistic de tip 1 asa cum este definit de Grenier si Oswald (2011) potrivit caruia doi contaminanti produc un efect similar (crestere a numarului de gene modulate), iar combinatia dintre cei doi produce un efect mai mic decat cel mai puternic efect individual; in acest caz combinatia ZEA+E. coli produce un efect mai slab decat cel produs de E. coli.
-analiza de micorarray realizata pe celule intestinale de porc a demonstrat ca probioticele au un potential stimulator foarte mare la nivel genomic prin activarea unui numar foarte mare de gene implicate in cai de semnalizare celulara importante, proliferare, crestere si transcriere;
Publicatii:
1. Braicu C, Cojocneanu-Petric R, Jurj A, Gulei D, Taranu I, Gras AM, Marin DE, Berindan-Neagoe I. 2016. Microarray based gene expression analysis of Sus Scrofa duodenum exposed to zearalenone: significance to human health. BMC Genomics, 17-646.
2. Braicu C, Selicean S, Cojocneanu-Petric R, Lajos R, Balacescu O, Taranu I, Marin DE, Motiu M, Jurj A, Achimas-Cadariu P, Berindan-Neagoe I. 2016. Evaluation of cellular and molecular impact of zearalenone and Escherichia coli co-exposure on IPEC-1 cells using microarray technology. BMC Genomics, 17-576.
Title communications | Scientific Events | Authors |
Effect of Microbial and Myctoxin Co-contamination on Wide Genome Profile of Porcine Epithelial intestinal cells. | The 10th Congress of Nutrgenetic and Nutrigenomics, 22-26.5.2016, Tel Aviv, Israel | Ionelia TARANU, Cornelia BRAICU, Gina Cecilia PISTOL, Monica MOTIU and Daniela Eliza MARIN |
Alteration of Sus Scrofa duodenum gene expression profile as response to a low dose of ZEA: extrapolation and analysis in the context of human health. | 49th European Human Genetics Conference, 21-24. 5. 2016, Barcelona, Spain | C. Braicu, R. Cojocneanu-Petric, A. Jurj, D.E. Marin, I. Taranu, I. Berindan-Neagoe |