Alternatives to antibiotics in feed for pigs

Literaturrecherche
Alternatives to antibiotics in feed for pigs (Übersichtsartikel)
C. H. Stahl
Pig News and Information 26, 1, 2005, 9N-15N
Die positiven Effekte von antibiotischen Leistungsförderern und/oder prophylaktischem
Antibiotikaeinsatz auf das Tierwachstum und die ökonomischen Vorteile sind zu einem grossen Teil
bedingt durch den Einfluss auf die Mikroflora des Gastro-Intestinal-Traktes (GIT). Keime der GITMikroflora können angesehen werden als nützlich oder schädlich für die Gesundheit und Leistung des
Tieres. Zu den nützlichen Funktionen der Mikroflora gehören der Schutz vor Pathogenen und die
Verbesserung der Nährstoffverwertung. Die schädliche Komponente umfasst die Konkurrenz um
Nährstoffe und die Produktion von Toxinen oder Abbauprodukten, die zu entzündlichen Reaktionen
des Darmes führen können. Die Verbesserung von Wachstum und Futterverwertung durch den
Einsatz von Antibiotika konnte bei allen Nutztieren nachgewiesen werden. Als Gründe für diesen
Effekt werden mehrere genannt: Unterdrückung von subklinischen Infektionen, Suppression von
Bakterien, die mit dem Wirt um Nährstoffe konkurrenzieren, Stärkung des Immunsystems und eine
Veränderung in der Zusammensetzung der GIT-Flora. In der Entwicklung von Alternativen für AB in
Futtermitteln wurde deshalb auf die vorher erwähnten Punkte fokussiert. Die am meisten zusagenden
Ergebnisse zeigten Versuche mit Probiotika, Prebiotika, Bakteriophagen und Bacteriocinen.
Prebiotika: Prebiotika sind nicht-verdauliche Futterbestandteile, die selektiv das Wachstum von
nützlichen Bakterien im Kolon fördern. Bisher beschäftigten sich die meisten Arbeiten mit dem Einsatz
von Kohlenhydraten, welcher die Vermehrung von Bifidobakterien und Lakrobazillen fördert. Viele
verschiedene nicht-verdauliche Oligosaccharide (NOS) wurden getestet. Fruktooligosaccharide
(FOS), Glukooligosaccharide (GluOS), Galaktooligosaccharide (GalOS) und andere Oligosaccharide
wurden mit unterschiedlichem Erfolg ausprobiert. Es konnte gezeigt werden, dass Bifidobakterien
Inulin (FOS) besser fermentieren als Stärke, Fruktose oder Pektin. Obwohl ein Anstieg von nützlichen
Kulturen wie Bifidusbakterien und Laktobazillen durch den Einsatz von NOS im Darm nachgewiesen
werden konnte, konnten keine klaren positiven Auswirkungen auf die Gesundheit und das
Leistungsvermögen von Masttieren erkannt werden. Ausserdem ist es fraglich in welchen Mengen die
Prebiotika im Futter eingesetzt werden können, ohne dass sich die Zusammensetzung des Futters
negativ auf die Tiere auswirkt.
Mannan-Oligosaccharide sind in der Lage potentiell pathogene Bakterien wie E. coli und Salmonellen
zu binden. In Zellkulturen konnte gezeigt werden, dass MOS und FOS die Bindung von E. coli im
Jejunum hemmen können. Es wird vermutet, dass dieser Effekt bedingt ist durch die Hemmung der
Bakterien-Bindung an die Mukosa oder durch die Veränderungen in der intestinalen Morphologie
bedingt durch die erhöhte Produktion von kurzkettigen Fettsäuren durch komensale Organismen.
Andere Autoren beschrieben eine Verbesserung der Immunabwehr. Die laufenden Untersuchungen
können bisher jedoch nicht bestätigen, dass der Einsatz von Prebiotika die bisherige
Antibiotikaanwendung im Schweinefutter ersetzen kann.
Probiotika: Probiotika sind lebende Mikroorganismen, die durch die Verbesserung der
Zusammensetzung der intestinalen Flora die Leistung der Tiere steigern sollen. Die Wirkung von
Probiotika kann kompetitiv oder nicht-kompetitiv sein. Die Wirkungen umfassen die direkte Konkurrenz
um Ressourcen (Nährstoffe, Bindungsstellen) mit pathogenen oder weniger vorteilhaften Bakterien,
sowie die Produktion von Komponenten, die Keime unterstützen, die über unvorteilhafte Bakterien
dominieren. Weiters wurde ein Einfluss auf die Modulation der Immunantwort, Verstärkung der
Mukosareparatur und anti-mutagene/karzinogene Effekte beschrieben.
Es konnte gezeigt werden, dass probiotische Bakterien im Intestinaltrakt binden können und
persistieren und somit die Bindung von pathogenen Keimen verhindern können. Auch eine
Verdrängung von bereits gebundenen Pathogenen wurde nachgewiesen. Viele probiotische Keime
bilden Fettsäuren, die für pathogene oder unnützliche Keime giftig sein können. Zusätzlich können
auch antimikrobielle Stoffe produziert werden.
Ersteller : Riccarda Ursprung
Datum : 30.05.2005
Seite 1 von 3
Die Verfütterung von probiotischen Hefen führte zu Veränderungen in der Neurochemie und
Morphologie des Dünndarms. Einen Einfluss von Bifidobakterien auf die zellvermittelte oder humorale
Immunabwehr im Darm konnte nicht festgestellt werden.
Verschiedene Studien sprechen für eine Reduktion von Durchfall und Todesfällen beim Einsatz von
Probiotika bei jungen Schweinen. In anderen Arbeiten konnte jedoch kein positiver Einfluss auf
Infektionen mit E. coli gesehen werden. Auch die Veränderungen in der Zusammensetzung der GITMikroflora nach dem Einsatz von Probiotika konnte nicht bei allen Arbeiten bestätigt werden. Eine
Erklärung für diese Diskrepanzen konnte bisher nicht gefunden werden. Es wird aber erwähnt, dass
die meisten Informationen zum Zusammenspiel der Mirkroflora im GIT auf der Methode der
Bakterienkultivierung basieren. Neuere durch molekulare Methoden erhaltene Resultate haben
gezeigt, dass ca. 60% der GIT-Flora bisher nicht kultiviert werden konnten. Das mangelhafte Wissen
um diese Organismen und ihre Relevanz in der Homöostase des intestinalen Ökosystems limitiert die
Möglichkeiten die Tiergesundheit über die Verfütterung von Pro- und Prebiotika zu optimieren.
Bakteriophagen: Bakteriophagen sind Viren welche Bakterien infizieren und den Metabolismus des
Wirts stören und zur Bakterienlyse führen können. Bakteriophagen werden als gute Alternative zu
Antibiotika gesehen, da sie sehr spezifisch sind und somit die nützliche Flora nicht beeinflussen.
Bisher wurden vier verschiedene Bakteriophagen gegen verschiedene pathogene E. coli getestet.
Jeder Phage lysierte verschiedene E. coli Stränge, jedoch war kein Phage in der Lage alle ColiStämme zu lysieren. 64% aller Coli-Stämme waren resistent gegen alle Phagen. In diesem Fall ist die
hohe Spezifität ein Nachteil gegenüber den üblicherweise eingesetzten Breitspektrum-AB, da die
Pathogene vor der Behandlung klar identifiziert werden müssten.
Bei jungen Schweinen, die experimentell mit pathogenen E. coli infiziert wurden und Durchfall zeigten,
konnte eine gute Wirkung mittels Bakteriophagen erzielt werden.
Die Vermehrung der Bakteriophagen in den infizierten Bakterien wird als Vorteil bei der Dosierung
angesehen. Im Moment sind die Auswirkungen einer möglichen Bakteriophagen-Ausscheidung in die
Umwelt jedoch noch nicht geklärt.
Obwohl noch sehr viel über die Wirkung von Bakteriophagen im GIT erforscht werden muss, hat diese
Technologie grosses Potenzial für die Zukunft.
Bakteriocine: Bakteriocine sind antimikrobielle Proteine die von Bakterien produziert werden und
gegen gleiche Bakterientypen wirksam sind. Durch die hohe Spezifität der Wirksamkeit wird durch den
Einsatz von Bakteriocinen die nützliche Darmflora nicht angegriffen. Weiters gibt es keine Rückstände
im Fleisch oder der Milch, weil es sich um Proteine handelt, die nicht intakt resorbiert werden. Durch
den Abbau während der GIT-Passage stellen sie bei einer Ausscheidung auch keine Gefahr für die
Umwelt dar. Aus diesen Gründen stellen Bakteriocine eine interessante Alternative für AB dar.
Bisher wurden jedoch nur wenige Untersuchungen über Bakteriocine als AB-Ersatz in Futtermitteln
durchgeführt. Dies liegt vor allem an den hohen Produktionskosten. Um diese Kosten zu umgehen
wurden Bakteriocin-produzierende Bakterien als Probiotika dem Futter beigemengt. Die ProbiotikaStrategie schlug jedoch fehl. Zum einen, weil der Probiotika-Einsatz an sich limitierte Möglichkeiten
bietet und zum anderen, weil die Konditionen unter welchen Bakteriocine in vitro gebildet werden im
GIT-Trakt nicht erreicht werden konnten.
Colicine sind Bakteriocinen, die von E. coli und nah verwandten Keimen gebildet werden. Sie sind
effektiv gegen viele pathogene E. coli-Stämme inklusive denjenigen, die verantwortlich sind für
Absetzdurchfälle und Ödemkrankheit.
Die vier besprochen AB-Alternativen können in zwei Gruppen eingeteilt werden. Pre- und probiotische
Strategien könnten sehr erfolgreich und kostengünstig sein. Das aktuelle Wissen über das Ökosystem
des GIT ist jedoch noch zu rudimentär, um die genannten Strategien umsetzen zu können. In der
nahen Zukunft versprechen deshalb die Bakteriophagen und Bakteriocine die besseren Alternativen
zu sein. Mit dem bisherigen Wissen über Bakteriocine rücken diese immer mehr in den Vordergrund.
Fortschritte in der Gentechnik und der Protein-Expression können die Produktion dieser Proteine
verbilligen.
Ersteller : Riccarda Ursprung
Datum : 30.05.2005
Seite 2 von 3
-
-
-
-
-
-
In der Entwicklung von Alternativen für AB als Leistungsförderer oder den
prophylaktischen Einsatz in Futtermitteln wurden zusagenden Ergebnisse mit
Probiotika, Prebiotika, Bakteriophagen und Bakteriocinen erzielt.
Prebiotika: nicht-verdauliche Futterbestandteile, die selektiv das Wachstum von
nützlichen Bakterien im Kolon fördern. Obwohl ein Anstieg von nützlichen Kulturen
durch den Einsatz von Prebiotika im Darm nachgewiesen werden konnte, konnten
keine klaren positiven Auswirkungen auf die Gesundheit und das Leistungsvermögen
von Masttieren erkannt werden. Ausserdem ist es fraglich in welchen Mengen die
Prebiotika im Futter eingesetzt werden können, ohne dass sich die Zusammensetzung
des Futters negativ auf die Tiere auswirkt.
Probiotika: lebende Mikroorganismen, die durch die Verbesserung der
Zusammensetzung der intestinalen Flora die Leistung der Tiere steigern sollen. Eine
Bindung und Vermehrung von probiotischen Keimen im GIT sowie die Verdrängung
von pathogenen Keimen konnte nachgewiesen werden. Durch Probiotika gebildete
Fettsäuren können antimirkrobiell wirken.
Neuere durch molekulare Methoden erhaltene Resultate haben gezeigt, dass ca. 60%
der GIT-Flora bisher nicht kultiviert werden konnten. Das mangelhafte Wissen um diese
Organismen und ihre Relevanz in der Homöostase des intestinalen Ökosystems
limitieren die Möglichkeiten die Tiergesundheit über die Verfütterung von Pro- und
Prebiotika zu optimieren.
Bakteriophagen: Viren welche Bakterien infizieren und den Metabolismus des Wirts
stören und zur Bakterienlyse führen können. Ihre grosse Spezifität bringt sowohl Vorals auch Nachteile. Zum einen wird die nützliche Flora durch den Einsatz nicht negativ
beeinflusst. Zum anderen müssen die pathogenen Keime vor einem allfälligen Einsatz
klar identifiziert werden. Momentan sind die Auswirkungen einer möglichen
Bakteriophagen-Ausscheidung in die Umwelt noch nicht geklärt.
Bakteriocine: antimikrobielle Proteine die von Bakterien produziert werden und gegen
gleiche Bakterientypen wirksam sind. Für die Spezifität gelten die gleichen Aspekte wie
für Bakteriophagen. Da sie bei der GIT-Passage abgebaut werden, stellen sie keine
Gefahr für die Umwelt dar. Auch werden sie nicht intakt resorbiert und bilden somit
keine Rückstände im Fleisch. Momentan ist die Produktion noch sehr teuer,
Fortschritte in der Gentechnik und der Protein-Expression könnten jedoch die Kosten
senken.
Ersteller : Riccarda Ursprung
Datum : 30.05.2005
Seite 3 von 3