Effects of synbiotic-based feed supplements on intestinal microbiota, health and immune system of piglets

Abstract

La production de porc est une préoccupation économique mondiale car il s'agit de la viande la plus consommée au monde. En outre, le sevrage à un plus jeune âge (3 à 5 semaines) que dans des conditions naturelles est une pratique courante dans la filière porcine. Ce sevrage précoce provoque chez les porcelets des infections, des diarrhées, une perte de poids, une déshydratation, voire la mort. Afin d'atténuer ces effets néfastes, les porcelets sont traités de manière prophylactique avec des antibiotiques et d'autres substances telles que l'oxyde de zinc. Cependant, cette pratique suscite des inquiétudes dans le monde entier, car elle contribuerait à l’antibiorésistance et à la pollution de l'environnement. C'est pourquoi l'Union européenne est en train de restreindre et d'interdire l’utilisation d'antibiotiques et de ZnO, respectivement, dans la production animale. Dans ce contexte, des alternatives aux antibiotiques ont été - et sont encore - recherchées par les scientifiques. L'alternative proposée ici est basée sur l’immunodéficience des porcelets à la naissance et que la modulation intestinale de ceux-ci est la manière la plus efficace de contrer les problèmes intestinaux survenant au sevrage (infections, diarrhées, etc.). C’est possible en administrant des compléments alimentaires à base de pré, pro ou synbiotiques aux porcelets en pré-sevrage. En effet, de nombreuses recherches scientifiques ont montré que ce genre de compléments ont un effet positif sur la réduction des pathogènes, l'augmentation des microbes bénéfiques dans le tractus gastro-intestinal, l'amélioration de la réponse immunitaire ainsi que sur la stimulation des fonctions digestives. Dans cette étude, deux synbiotiques, Synbiotique1 et Synbiotique 2 ont été administrés aux porcelets de lait. Deux autres austres synbiotiques Synbiotique 3 et Synbiotique 4 ont été donnés aux truies en lactation et en gestation. Les effets des compléments ont été évalués sur la production de lactate et de SCFA dans l'iléon, côlon, cæcum et fèces des porcelets ainsi que sur l'abondance relative de certaines bactéries dans les fèces des porcelets. L'analyse HPLC réalisée a conduit à plusieurs observations principales. Tout d'abord, le traitement des porcelets avec Synbiotic 1 et Synbiotic 2 a eu un effet négatif significatif sur la concentration fécale d'acides gras ramifiés (AGR). Ensuite, il a été observé que le traitement des truies avec Synbiotic 3 et Synbiotic 4 a eu un impact significatif sur la concentration colique d'acides gras ramifiés chez les porcelets de 35 jours ainsi que sur la production de propionate et d'acides gras à chaîne courte dans le côlon des porcelets de 63 jours. L'analyse qPCR réalisée a confirmé la présence de probiotiques dans les fèces des sujets traités. De plus, les résultats ont également révélé l'existence d'un transfert de ces probiotiques, en particulier E. faecium, de la truie traitée vers les porcelets. Ceci prouve que le traitement avec des synbiotiques peut exercer des effets lorsque ceux-ci sont administrés aux porcelets directement après la naissance ou via un transfert maternel en administrant le traitement aux truies en fin de gestation et en période de lactation. D'autre part, l'analyse qPCR a également mis en évidence qu'aucun des synbiotiques administrés n'a influencé l'abondance relative de Lactobacilli, Bifidobacterium, Clostridium cluster IV, Clostridium cluster XIVa et BCO dans l'intestin des porcelets. Les futures recherches futures devraient maintenant se concentrer sur les effets spécifiques sur l'hôte, ce qui n'a malheureusement pas été terminé dans ce mémoire en raison des conséquences de la pandémie de Covid.

Pork production is a global economic concern as it is the most consumed meat in the world. Yet, weaning pigs at a significantly younger age (3-5 weeks) than in so-called natural conditions of growth is a common practice in the pork farming industry. This early weaning causes piglets to suffer from infections, diarrhoea, weight loss, dehydration, and even death. In order to alleviate harmful effects of this early weaning, piglets are treated with antibiotics and other substances such as zinc oxide, in a prophylactic manner. However, it has started to spark worldwide concern that it could contribute to antimicrobial resistance and environmental pollution. That is why the European Union is in the process of respectively restricting and banning this use of antibiotics and ZnO in livestock production. In this context, numerous alternatives to antibiotics were - and are still - sought out by scientists. The alternative proposed in this research is based on the knowledge that piglets are immunodeficient at birth and that the most efficient way to counter the primarily gut related problems occurring at weaning (infections, diarrhoea, etc) is through the modulation of the animal gut. It can be achieved by supplementing the diet of pre-weaning piglets with pre-, pro- or synbiotics. Indeed, numerous scientific research studies have shown that the supplementation with pre-, pro- and synbiotics has a positive effect on the reduction of pathogens, on the increase of beneficial microbes in the GIT, on the improvement of the immune response as well as on the stimulation of digestive functions. In the present study, two synbiotics, Synbiotic 1 and Synbiotic 2 were administered to the suckling piglets. Additionally, two other synbiotics, Synbiotic 3 and Synbiotic 4 were administered to the lactating and gestating sows. The effects of the supplementations were evaluated on the production of lactate and SCFA in the piglets’ gut (ileum, colon, caecum, faeces) as well as on the piglets’ faecal relative abundance of beneficial commensal bacteria. The HPLC analysis performed on intestinal digesta and faeces led to several main observations. First, the supplementation of piglets’ diet with Synbiotic 1 and Synbiotic 2 had a significantly negative effect on the faecal concentration of branched fatty acids (BCFA). Then, it has been observed that supplementing sows’ diet with Synbiotic3 and Synbiotics 4 significatively impacted the colonic concentration of BCFA in 35 days old piglet’s as well as the propionate and total short-chain fatty acids production in the colon of 63 days old piglets. The qPCR analysis performed on DNA extracted from sows’ and piglets’ faeces confirmed the presence of probiotics in the faeces of supplemented subjects. Furthermore, the results also revealed the existence of a transfer of those probiotics, E. faecium in particular, from the supplemented sow to the piglets. This proves that synbiotic supplementation can exert effects when supplemented to piglets directly after birth or via maternal transfer by supplementing sows during late gestation and lactation periods. On the other hand, the qPCR analysis also highlighted that none of the synbiotics applied influenced the relative abundance of Lactobacilli, Bifidobacterium, Clostridium cluster IV, Clostridium cluster XIVa and BCO in of piglets’ gut. Further research should now focus on the effects specifically on the host, which was unfortunately not finished in this Master thesis due to the consequences of the Covid pandemic.