Natural sources against veterinary pathogens: evaluation of the anti-adhesive and anti-biofilm activity of wheat bran

Autor: González Ortiz, Gemma
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2013
Předmět:
Zdroj: TDX (Tesis Doctorals en Xarxa).
Druh dokumentu: Doctoral Thesis
Popis: La búsqueda de fuentes naturales podría ser una alternativa viable para prevenir o tratar infecciones bacterianas, así mejorando la salud de los animales y obteniendo productos de origen animal más seguros. Esta Tesis se elaboró con el objetivo de evaluar la capacidad de reducir la adhesión bacteriana, en concreto de Escherichia coli enterotoxigénica (ETEC) K88 por parte de diferentes fuentes naturales, para prevenir colibacilosis en lechones. Las fuentes naturales seleccionadas consistieron en productos de origen vegetal (salvado de trigo, cascarilla de soja, pulpa de remolacha, algarroba (vaina+semilla, semilla), goma guar, arándanos, inulina, fructooligosacáridos y champiñones), de origen lácteo (casein glicomacropéptido) y subproductos de origen microbiano (mananoligosacáridos, el extracto de la fermentación de Aspergillus oryzae y exopolisacáridos), los cuales podrían ser considerados como candidatos para ser incluidos en las dietas de los lechones. La hipótesis sobre el papel anti-adhesivo del salvado de trigo (WB) en contra de enteropatógenos derivó de resultados previos de nuestro grupo y ha sido confirmado en los primeros dos ensayos de la presente Tesis. Por esta razón, consideramos que el WB merecía un fraccionamiento adicional para elucidar las moléculas anti-adhesivas involucradas en el reconocimiento de ETEC K88. Además, esta Tesis pretendió explorar la actividad anti-biofilm del WB en un modelo in vitro bien conocido de Staphylococcus aureus, pero también en su posible interferencia con los sistemas de comunicación bacteriana o, también conocidos como sistemas quorum sensing (QS). Con el fin de alcanzar estos objetivos principales, una serie de cuatro ensayos fueron diseñados. Los resultados expuestos en esta Tesis indican que los extractos solubles de casein glicomacropeptido, exopolisacáridos, algarroba (vaina+semilla) y WB podrían considerarse como posibles fuentes naturales para el desarrollo de nuevos aditivos para ser incorporados en las dietas de los lechones al destete y prevenir la colibacilosis post-destete. El interés particular fijado en las propiedades anti-adhesivas del WB llevó al fraccionamiento para comprender mejor el reconocimiento molecular (MW) del proceso de bloqueo que tiene lugar. El fraccionamiento del WB por peso molecular y cromatografía de exclusión molecular reveló que la actividad de bloqueo se mantiene en la fracción >300 kDa. La identificación por espectrometría de masas de algunas de las bandas más relevantes de bajo MW en esta fracción, reveló la presencia de varios inhibidores de proteasa que podrían estar implicados en los efectos de bloqueo presentados en contra de ETEC K88. Finalmente, se encontró que el extracto soluble de WB y la fracción >300 kDa fueron capaces de inhibir la formación de biofilm y también de destruir el biofilm previamente formado por parte de S. aureus. En ese mismo ensayo se demostró que el WB así como la fracciones >300 kDa y
Looking for natural sources may be a feasible alternative to prevent or treat bacterial infections, thus enhancing animal health and obtaining safer animal products. This Thesis was devised with the aim of screening among natural sources their ability to reduce bacterial adhesion, in particular against enterotoxigenic Eschericha coli (ETEC) K88, to prevent colibacillosis in young pigs. The selected natural sources consisted of products of vegetable origin (wheat bran, soybean hulls, sugar beep pulp, locust bean and gum, guar gum. cranberry, inulin, fructooligosaccharides and mushrooms), dairy (casein glycomacropeptide) and microbial by-products (mannan-oligosaccharides, the fermented extract of Aspergillus oryzae and exopolysaccharides), which could be considered as candidates to be included in a piglet’s diet. The hypothesis on the anti-adhesive role of wheat bran (WB) against enteropathogens derived from previous results from our group and was subsequently confirmed in the first two trials of the current Thesis. For this reason we considered that WB deserved further fractionation to elucidate the putative anti-adhesive molecules involved in the ETEC K88 recognition. Moreover, this Thesis professed into exploring the anti-biofilm activity of WB in an in vitro well-known biofilm model of Staphylococcus aureus, but also in its possible interference with bacterial quorum-sensing (QS) systems. In order to achieve these main objectives a set of four trials were designed. Results exposed in this Thesis indicate that soluble extract of casein glycomacropeptide, exopolysaccharides, locust bean and WB should be considered as possible natural sources for the development of new additives to be included in weaned piglet’s diets and prevent post-weaning collibacillosis. The particular interest set on WB anti-adhesive properties led to the fractionation to gain understanding of the molecular recognition of the blocking process that takes place. The fractionation of WB by molecular weight (MW) and size-exclusion chromatography revealed that blocking activity is retained in the >300-kDa fraction. The identification of some relevant bands of low MW in this fraction by mass spectrometry revealed the presence of various protease inhibitors that could be implicated in the reported blocking effects against ETEC K88. Finally, it was found that the soluble extract of WB and the >300-kDa fraction were able to inhibit the biofilm formation and also the destruction the biofilm previously formed by S. aureus. In the same trials was demonstrated that WB as well as the >300 kDa and the
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