Variabilita bifidobakterií ve střevní mikrobiotě Sus scrofa

Bc. Adéla Uherková

Master's thesis

Bifidobacterial variability in the gut microbiota of Sus scrofa

Abstract:

Bifidobakterie běžně obývají gastrointestinální trakt savců a jsou spojovány s pozitivními účinky na zdraví svého hostitele. Přispívají také ke vstřebávání živin a zlepšují odolnost jedince vůči chorobám. Některé druhy bifidobakterií jsou multihostitelské, zatímco jiné se specializují na konkrétní hostitele. U prasat (Sus scrofa) se bifidobakterie vyskytují jako součást jejich střevní mikrobioty a některé druhy jsou dokonce pro prasečího hostitele specifické. U divokých prasat se bifidobakterie nachází ve vyšším počtu než u prasat domácích, nicméně ta vykazují jejich vyšší druhovou diverzitu, patrně díky domestikovanému způsobu života či interakcím s lidmi. Zastoupení a druhová variabilita bifidobakterií mohou být u prasat ovlivněny mnoha faktory, jako je způsob chovu, prostředí, domestikace, strava, genetika a další. Cílem praktické části této diplomové práce bylo zidentifikovat kmeny bifidobakterií izolované ze střevní mikrobioty divokých a domácích prasat metodou MALDI-TOF hmotnostní spektrometrie s rozšířenou databází pro identifikaci bifidobakterií a vybrané izoláty dále charakterizovat fingerprintovou metodou REP-PCR. Detekováno bylo celkem 9 různých druhů bifidobakterií. Nejčastěji detekovanými druhy u prasečího hostitele byly B. thermophilum, B. apri a B. boum. Zastoupení některých druhů se u divokých a domácích prasat lišilo. Pro divoká prasata byla typická přítomnost druhu B. apri, zatímco pro prasata domácí B. animalis. Naopak druhy B. thermophilum, B. boum a B. porcinum byly běžně detekovány u obou dvou skupin. Pravděpodobně tedy představují hostitelsky specifické druhy pro prasata, druh B.apri dokonce jenom pro divoká. Tyto výsledky byly potvrzeny i z pohledu lokalit. Některé druhy byly typické pouze pro určitou oblast (B. apri), zatímco jiné byly široce rozšířené mezi téměř všemi sledovanými lokalitami (B.thermophilum). Detekován byl i vliv pohlaví hostitele, kdy samice obou skupin vykazovaly vyšší druhovou variabilitu než samci. Zároveň byla taktéž zjištěna vysoká kmenová variabilita u druhů B. thermophilum a B. apri při hodnocení fingerprintových profilů. Tyto variabilní kmeny by mohly představovat fylogeneticky příbuzné druhy či ještě neobjevené poddruhy. Naopak v rámci druhu B. animalis byly odhaleny geneticky podobné kmeny napříč lokalitami. MALDI-TOF MS s rozšířenou databází se osvědčila jako vhodný nástroj pro určení velkého množství variabilních druhů bifidobakterií u izolátů prasečího původu, stejně tak fingerprintová metoda REP-PCR s primerem GTG5 pro hodnocení jejich kmenové variability. Do budoucna je nicméně nezbytné další testování se zapojením různých metod pro ověření výstupů a získání komplexnějších informací. Znalost bifidobakterií přítomných ve střevě divokých a domácích prasat je důležitá nejen z hlediska ekologické distribuce těchto bakterií, ale i z praktických důvodů. Některé bifidobakterie by mohly jako probiotika zlepšit produkční parametry v chovu prasat či přispět k následnému zisku kvalitnějších masných produktů. Proto je hledání hostitelsky specifických kmenů pro prasata s tímto potenciálem žádoucí.

Abstract:

Bifidobacteria are commonly found in the gastrointestinal tract of mammals and have been associated with positive health effects in their hosts. They also aid in nutrient absorption and can improve resistance to diseases. Some bifidobacterial species are multihost, while others are host-specific. In pigs (Sus scrofa), bifidobacteria are a part of their gut microbiota, and some species are even specific for this host. Wild pigs have a higher number of bifidobacteria compared to domestic ones. However, domestic pigs exhibit greater species diversity, which is likely due to their domesticated lifestyle or interactions with humans. The abundance and species variability of bifidobacteria in pigs can be influenced by many factors, including farming methods, environment, domestication, diet, genetics, and others. The practical section of this thesis aimed to identify bifidobacterial strains isolated from the gut microbiota of wild and domestic pigs using MALDI-TOF mass spectrometry with an extended database for bifidobacterial identification. Then, the selected isolates were characterized using REP-PCR fingerprint method. A total of 9 different bifidobacterial species were detected, with B. thermophilum, B. apri, and B. boum being the most frequently detected species in porcine hosts. The presence of some species differed between wild and domestic pigs. B. apri was typical in wild pigs, while B. animalis was typical in domestic pigs. In contrast, B. thermophilum, B. boum, and B. porcinum were commonly found in both groups and likely represent host-specific species for pigs, with B. apri being exclusive for wild pigs. The results were also confirmed in terms of localities, where certain species were specific to particular areas (B. apri), while others were distributed widely among almost all areas (B. thermophilum). The effect of host sex was also observed, with females from both groups showing higher species variation than males. Additionally, high strain variability was detected in B. thermophilum and B. apri species when assessing fingerprint profiles. These variable strains could potentially represent phylogenetically related species or undiscovered subspecies. In contrast, B. animalis strains were genetically similar across different locations. The use of MALDI-TOF MS with an extended database proved to be a suitable tool for identifying a large number of variable bifidobacterial species of porcine origin. The REP-PCR fingerprint method with the GTG5 primer was also effective in evaluating their strain variability. However, further testing involving different methods is necessary for the future to validate the results and obtain more comprehensive information. The knowledge of bifidobacteria present in the intestine of wild and domestic pigs is important not only for understanding the ecological distribution of these bacteria but also for practical reasons. As probiotics, certain bifidobacteria could improve production parameters in pig production or contribute to the subsequent production of better-quality meat products. Therefore, the search for host-specific strains for pigs with this potential is desirable.

Keywords

Střevní mikrobiom, Prase divoké, Prase domácí, Bifidobacterium, MALDI-TOF MS, REP-PCR

Keywords

Gut microbiome, Wild boar, Domestic pig, Bifidobacterium, MALDI-TOF MS, REP-PCR

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 4. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 18. 5. 2023
• Supervisor: Ing. Nikol Modráčková, Ph.D.
• Reader: Monika Štroblová, Bc., externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme:
Food Quality and Processing of Agricultural Products