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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