Topinambur

Wirkung auf Magen-Darm-Flora

und Immunsystem

Monika Krüger und Wieland Schrödl

Institut für Bakteriologie und

Mykologie

ZIM

Funktionen des Magen-

Darm-Traktes

Verdauungsorgan

größtes Immunorgan

größtes autonomes Nervensystem

- Plexus mesentericus

- Plexus submucosus

endokrines Organ

Ausscheidungsorgan

Der Magen-Darm-Trakt ist Brennpunkt der

Auseinandersetzung mit der Aussenwelt

ZIM

MDT

nach außen offenes Multifunktionsorgan

Aufnahme und Verdauung der Nahrung

Absorption von Nährstoffen, Ionen und Wasser

Sekretion von Verdauungsenzymen, Hormonen,

Ionen und Wasser

Transport des Lumeninhaltes

Modulation der Mikrozirkulation

Ausscheidung von Reststoffen und toxischen

Substanzen. ZIM

Anforderungen an MDT-Besiedler

1. Enzymausstattung passend zur Nahrung

2. Zelloberfläche zum Anheften an jeweilige

Habitate und zum Entweichen vor Bacterio-

phagen

3. Befriedung eines immer bereiten Immun-

systems

4. Hohe Mutabilität

5. Schnelles Wachstum um Wash out zu

verhindern

6. Stressresistenz ZIM

ZIM

MDT

Microbiota A

nti

bio

tik

a

an

de

re W

irk

sto

ffe

Genetischer

Bakground

Wirtsfaktoren

nach Bourlioux et al. 2002

Einflussfaktoren auf die MDT-Mikrobiota

MDT- Mikrobiota und innere Umwelt

Nahrung moduliert Mikrobiota

Mikrobiota beeinflusst Wirt

Wirt passt sich den Stoffwechselprodukten

seiner Mikrobiota im Guten wie im

Schlechten an.

ZIM

Homöostase (Eubiose)

MDT- Mikrobiota und innere Umwelt

ZIM

Homöostasen brechen zusammen, durch:

Unvermögen zur Neutralisation schädigender

bakterieller Produkte (Toxine, NH3, Polyamine, etc)

Krankheit (Dysbiose)

Wiederherstellung der Eubiose

• Prebiotika (Oligo- bzw. Polysaccharide

wie Inulin, Frukto-, Galakto-, Isomalto-,

Sojabohnen- und Xylo-Oligosaccharide

sowie Lactulose.)

• Probiotika

ZIM

Topinambur

ZIM

Topinambur Sirup

Inulin 6,3%

Fructooligosaccharide 30,9%

Oligofructose 25,5%

Saccharose 10,9%

Fructose 5,8%

Glucose 1,1%

Mineralstoffe 6,8%

Vitamine 0,03%

Grad der

Polymerisierung

(DP)

> 10

5 - 10

2 - 4

Hersteller:

LIVEN GmbH, Dabendorf, Deutschland

Helianthus tuberosus

Wirkung von Prebiotika

• Stärkung des spezifischen und unspezifischen Abwehrsystems

• Hemmung potenziell pathogener Mikroorga-nismen (z. B. infolge pH-Absenkung im Darm-inhalt des Dickdarms),

• verkürzte Durchfalldauer bei Darminfektionen

• Senkung der Konzentration von gesundheits-schädlichen Stoffwechselprodukten der Darm-flora.

ZIM

Wirkung von Prebiotika

• Vermehrte bakterielle Bildung kurz-

kettiger Fettsäuren wie Acetat, Propi-

onat und Butyrat.

ZIM

Beispiele zur Wirkung von Topinambur-

sirup oder - pulver auf die MDT-Mikro-

biota und das Immunsystem

ZIM

Broiler

ZIM

Experimentelle Strategie

Kontrolle: Trinkwasser - Topinambur

Versuchsgruppe: Trinkwasser + Topinambur

7 14 7 21 28 35 1 Alter

Tötung:

[Tage]

je 10 Tiere pro Gruppe

Zäkum, Bursa fabricii, Pankreas, Blut (Serum)

Futter: 40% Mais, 27,5% Sojaschrot, 15% Weizen, 7% Futterfett, 6% Rapsextraktionsschrot,

2% Erbsen, 0,75% Futterkalk, 0,75% Dicalciumphosphat, 1% Vitamin-Spurenelementmischung

Feldversuch: 5000 Broilerküken (Ross 308)

Enterobacteriaceae

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

7 14 21 28 35

Kontrolle Topinambur

Keimzahl [log10 KbE/g Feuchtmasse]

*

Alter in Tagen

***

Topinambur vs. Kontrolle: * P<0.05; KbE - Koloniebildende Einheiten

Einfluss von 0,5% Topinambur im Trinkwasser auf die

zäkale Enterobacteriaceae – Keimzahl von Broilern

Clostridium perfringens

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

7 14 21 28 35

Kontrolle Topinambur

Keimzahl [log10 KbE/g Feuchtmasse]

*

Alter in Tagen

**

Topinambur vs. Kontrolle: * P<0.05; KbE - Koloniebildende Einheiten

Einfluss von 0,5% Topinambur im Trinkwasser auf die zäkale

Clostridium perfringens – Keimzahl von Broilern

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

7 14 21 28 35

Kontrolle Topinambur

Endotoxin [EU/ml]

*

*

Alter in Tagen

Topinambur vs. Kontrolle: *P<0.05

Einfluss von 0,5% Topinambur im Trinkwasser auf

mikrobielle Endotoxine im Serum von Broilern

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

7 14 21 28 35

Kontrolle Topinambur

Körpergewicht [g]

*

Alter in Tagen

Topinambur vs. Kontrolle: *P<0.05

Einfluss von 0,5% Topinambur im Trinkwasser auf die

Körpermasseentwicklung von Broilern

0,000

0,100

0,200

0,300

7 14 21 28 35

Kontrolle Topinambur

BF [g/100g Körpergewicht]

*

Alter in Tagen

Topinambur vs. Kontrolle: *P<0.05

**

*

Einfluss von 0,5% Topinambur im Trinkwasser auf das

Bursa fabricii (BF) – Gewicht von Broilern

Schlussfolgerungen

• Signifikante Reduktion der Enterobak-

terien und des bakteriellen Endotoxins

im Blutserum vs. Kontrolltiere

• Signifikante Reduktion von Clostridium

perfingens vs. Kontrolltiere.

Schlussfolgerungen

• Signifikante Steigerung der Körper-

masse vs. Kontrollgruppe

• Signifikante Steigerung des Gewichtes

der Bursa fabricii

Ferkel

ZIM

Versuchsdesign

• 6 Versuchsferkel (Absetzer 21 d)

• 6 Kontrollferkel (Absetzer 21 d)

• 43 d Versuchszeit

• 1% Topinamburpulver in pellettiertem

Futter

•

ZIM

ZIM

GKZ Gram- Lact. Enteroc.

ZIM

GKZ Gram- Lact. Enteroc.

Ergebnisse

• Signifikanter Anstieg von Bakterien der

Eubacterium rectale-Gruppe, der

Bacteroides-Gruppe vs. Kontrollgruppe

nach 29d.

• Signifikanter Anstieg der Eubacterium

rectale-Gruppe und Lactobazillen nach

vs. Kontrollegruppe nach 43 d

Kühe

Einfluss von Topinambur auf die

Toxinbildung von C. botulinum

ZIM

ZIM

BotNt-Anreicherung (Zusatz von C.botulinum B - Sporen)

Einfluss von Topinambur

Rinderkot, erhitzt 10min bei 80°C (RCM)

0 0 0 0 0 0

48

0 0

107

0 4

58

0 0

94

8

82

0

20

40

60

80

100

120

140

160

ohne

Zusatz

0,05% 0,50% ohne

Zusatz

0,05% 0,50%

3d 7d 10d

BotNt-B (REE)

Topinambur

1,6 x 103

Sporenzusatz 1,15 x 104

Einfluss von Topinambur auf BoNT-Bildung von

C. botulinum Typ B

ZIM

BotNt-Anreicherung (Zusatz von C.botulinum C - Sporen)

Einfluss von Topinambur

Rinderkot, erhitzt 10min bei 80°C (RCM)

7

0 0

912

00 0 0

73

7

0 0 0 14

8

0

20

40

60

80

100

ohne

Zusatz

0,05% 0,50% ohne

Zusatz

0,05% 0,50%

3d 7d 10d

BotNt-C (REE)

Topinambur

1,4 x 103

Sporenzusatz 1,78 x 104

Einfluss von Topinambur auf BoNT-Bildung von

C. botulinum Typ C

Einfluss von 250 ml/d Topinambursirup über 4 Wochen

auf die Nachweishäufigkeit von C. botulinum

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

d C iC dD iD

vor Topi.

nach Topi.

d =direkter Toxinnachweis, i = indirekter Erregernachweis

%

ZIM

Kühe

0

2

4

6

8

10

12

14

d C ind.C d D ind. D

vor Topi.

nach Topi.

d =direkter Toxinnachweis, i = indirekter Erregernachweis

%

ZIM

Einfluss von 250 ml/d Topinambursirup über 4

Wochen auf die Nachweishäufigkeit von C.

botulinum

Färsen

Enterococcus-Nachweise im Kot von Kühen

mit Nachweis von C. botulinum

ZIM

0

10

20

30

40

50

60

70

1. Entn 2. Entn. 3. Entn. 4. Entn.

0-e0

e1-e2

e3-e4

e5-e6

e7-e8

%

07.09.10 05.10.10 14.12.10 07.03.11

Probiose E.faecalis

Kraftfutter abgesetzt

Ergebnisse

• Topinambur beeinflusst in der gewähl-

ten Konzentration und Applikations-

dauer die BoNT-Bildung von C. botu-

linum Typ C.

• C. botulinum Typ D war durch Topi-

nambur unter den gewählten Bedin-

gungen nicht zu beeinflussen.

ZIM

Ergebnisse

• Die Enterokokkenkeimzahlen (Antago-

nisten für C. bot.) waren durch Topi-

nambur nicht zu beeinflussen.

ZIM

Pferde

ZIM

Einfluss von Topinambur auf bakterio-

logische und immunologische Parameter

von Klinikpferden

Versuchsdesign

• Klinikpferde (Chirurgie, Innere Medizin,

Vet. Fak., Universität Leipzig

• 0, 3 und 10 d Klinikaufenthalt

• 100 g PK1/100 Kg Körpergewicht

PK1 = Prebiotischer Komplex

ZIM

Bakteriologische Parameter

E. coli-Keimzahl

ZIM

0 d 10 d 3 d

ZIM

Bakteriologische Parameter

anaerobe Gesamtkeimzahl

0 d 10 d 3 d

ZIM

Bakteriologische Parameter

Laktobazillenkeimzahl

0 d 10 d 3 d

ZIM

Bakteriologische Parameter

Enterokokkenkeimzahl

0 d 10 d 3 d

Immunologische Parameter

Anti-IgG-LPS-Antikörper

ZIM * p< 0,05

0 d 10 d 3 d

Immunologische Parameter

Anti-IgG-Candida-Antikörper

ZIM * p< 0,05

0 d 10 d 3 d

Ergebnisse

• Innerhalb von 10 Tagen Klinikaufenthalt

konnten keine signifikanten Effekte der

Topinamburapplikation auf die geprüf-

ten bakteriologischen Parameter in der

Versuchsgruppe im Vergleich zur

Kontrollgruppe festgestellt werden.

ZIM

• 3 Tage nach Topinamburapplikation

waren bei den Versuchspferden höhere

IgG-Antikörperspiegel gegen LPS und

Candida-Antigen festzustellen.

ZIM

Ergebnisse

Schlussfolgerungen

• Durch Topinambur werden positive

Effekte auf die enterale Mikrobiota

ausgeübt.

• Gesundheitsfördernde Bakterien wie

die Eubacterium rectale –Gruppe und

Laktobazillen werden signifikant erhöht

(43. d, Ferkelversuch)

ZIM

Schlussfolgerungen

• Die signifikanten Effekte auf die Magen-

Darm-Flora werden erst jenseits von 14

d Applikation sichtbar.

• Potentiell pathogene Bakterien wie

Clostridium perfringens werden im Kot

von Broiler bis um drei Zehnerpo-

tenzen (21. d) reduziert.

ZIM

Schlussfolgerungen

• Die Clostridien-Ergebnisse wurden von

Marien (2011) bei Schweinen bestätigt.

• Enterobakterien werden im Kot von

Klinikpferden (10. d) und Broiler (14. d)

um wenigsten eine Zehnerpotenz

reduziert .

ZIM

Schlussfolgerungen

• Die Reduktion der Enterobakterienkeim-zahlen geht mit einer Reduktion der Endo-toxinkonzentration im Blut von Broilern konform.

• Beim Pferd bleiben Anti-LPS- IgG-Antikörper nach Topinamburapplikation vs. Kontrolltiere 3 d p.a. signifikant auf hohem Niveau stabil, was für eine geringere LPS-Belastung über den MDT spricht.

ZIM

Schlussfolgerungen

• Candida –IgG –Antikörper waren bei

Klinikpferden nach 3 d in der Verum-

gruppe in signifikant größerer Menge

festzustellen, was für eine geringere

Translokation von Candida-Antigenen

in die Zirkulation spricht .

ZIM

Schlussfolgerungen

• Die Enterokokkenkeimzahlen waren

von Topinambur unbeeinflusst.

ZIM

Schlussfolgerungen

• Unter in vitro- und in vivo-Bedingungen

konnte ein hemmender Effekt auf die

BoNT-Bildung bei C. botulinum Typ B

und C festgestellt werden.

• Dieser Effekt war unter in vivo-Beding-

ungen für den Typ Dn nicht nachzu-

weisen.

ZIM

Danke für die Aufmerksamkeit

ZIM