Laser Capture Microdissection, Culture Analysis, and Bacterial Sequencing to Evaluate the Microbiota of Focal Duodenal Necrosis in Egg Layers.

Focal duodenal necrosis (FDN) is a common intestinal disease of table egg layers. In this research we aimed to identify the bacteria commonly found in FDN lesions as seen with histopathological analysis. Fifty-nine ethanol-fixed duodenum samples were collected from egg layers on eight FDN-affected farms, and 42 samples had typical FDN lesions. Excision of bacteria-containing lesions using laser capture microdissection was performed, followed by 16S rRNA gene sequencing of extracted DNA for bacterial identification. Bacterial sequencing analysis revealed no consistent bacterial species identified from samples with FDN. However, analysis of the relative phylum abundance revealed differences in the duodenal microbiota between layers with FDN and healthy birds. There were differences in the abundance of Proteobacteria, Firmicutes, and Actinobacteria between FDN-positive and FDN-negative control samples compatible with intestinal dysbiosis. In addition, 10 duodenal samples with FDN lesions were collected for bacteriological analysis, yielding 47 colonies on tryptone soy agar, MacConkey agar, and blood agar plates. Using 16S rRNA gene PCR, 39/47 (53.8%) colonies were identified as Escherichia coli. PCR for E. coli virulence genes identified 21/39 (53.8%) E. coli isolates as avian pathogenic E. coli-like. PCR analysis for 19 E. coli virulence genes associated with intestinal disease strains including inflammatory bowel disease found 11/39 (28.2%) isolates containing more than 10 of these virulence genes. In conclusion, FDN appears to be a multifactorial inflammatory intestinal disease associated with intestinal dysbiosis, and Gram-negative bacteria including E. coli may contribute to the pathogenesis of this disease.

Microdisección por captura láser, análisis de cultivos y secuenciación bacteriana para evaluar la microbiota de la necrosis duodenal focal en aves de postura de huevo comercial. La necrosis duodenal focal (FDN) es una enfermedad intestinal común en las gallinas de postura de huevo comercial. En esta investigación, el objetivo fue identificar las bacterias que se encuentran comúnmente en las lesiones provocadas por la necrosis duodenal focal tal como se aprecian con el análisis histopatológico. Se recolectaron 59 muestras de duodeno fijadas con etanol de gallinas de postura de ocho granjas afectadas por necrosis duodenal focal, y 42 muestras tenían lesiones típicas de dicha enfermedad. Se realizó la escisión de las lesiones que contenían bacterias mediante microdisección por captura láser, seguida de la secuenciación del gene 16S rRNA del ADN extraído para la identificación bacteriana. El análisis de secuenciación bacteriana no reveló especies bacterianas consistentes identificadas a partir de muestras con necrosis duodenal focal. Sin embargo, el análisis de la abundancia relativa del phylum reveló diferencias en el microbiota duodenal entre gallinas de postura con necrosis duodenal focal y aves sanas. Hubo diferencias en la abundancia de Proteobacteria, Firmicutes y Actinobacteria entre las muestras controles positivas y negativas para la necrosis duodenal focal compatibles con disbiosis intestinal. Además, se recolectaron 10 muestras duodenales con lesiones de la necrosis duodenal focal para análisis bacteriológico, lo que produjo 47 colonias en placas de agar triptona soya, agar MacConkey y agar sangre. Utilizando un método de PCR para el gene 16S rRNA, 39/47 (53.8 %) colonias se identificaron como Escherichia coli. El método de PCR para genes de virulencia de E. coli identificó 21/39 (53.8 %) aislados de E. coli como similares a E. coli patogénica aviar. El análisis de PCR para 19 genes de virulencia de E. coli asociados con cepas que provocan enfermedades intestinales, incluida la enfermedad inflamatoria intestinal, detectó 11/39 (28.2 %) aislados que contenían más de 10 de estos genes de virulencia. En conclusión, la necrosis duodenal focal parece ser una enfermedad intestinal inflamatoria multifactorial asociada con disbiosis intestinal, y las bacterias Gramnegativas, incluida E. coli, pueden contribuir a la patogenia de esta enfermedad.

The Contribution of Eimeria Coinfection and Intestinal Inflammation to Cecal Colonization and Systemic Spread of Salmonella Typhimurium Deficient in Tetrathionate Reductase or Type III Secretion Systems Salmonella Pathogenicity Island 1 or 2.

Intestinal inflammation may provide a growth advantage for Salmonella and enhance its systemic spread in chickens. Salmonella triggers intestinal inflammation in the host by using type III secretion systems (T3SS) and produces the inflammatory end product tetrathionate. In mice, tetrathionate respiration confers a growth advantage for Salmonella Typhimurium over the competitive microbiome in the inflamed intestine. Coccidia also promote intestinal inflammation and enhance Salmonella intestinal growth and systemic spread in chickens. The objective of this study was to evaluate the contribution of inflammation, induced by Eimeria spp. or Salmonella Typhimurium, to Salmonella colonization and dissemination in chickens. In addition, the fitness costs associated with defects in tetrathionate reductase and T3SS associated with Salmonella Pathogenicity Island 1 or 2 (SPI-1 or SPI-2) were evaluated in in vivo competition experiments with wild-type Salmonella strain, with or without Eimeria coinfection. One-day-old specific-pathogen-free chickens were orally inoculated with a sham inoculum or with 4 × 102Eimeria oocysts cocktail of Eimeria tenella, Eimeria acervulina, Eimeria maxima, and Eimeria mitis. At 6 days of age, birds were orally administered a 1:1 ratio of Salmonella Typhimurium wild-type and mutant deficient in tetrathionate reductase, SPI-1, or SPI-2 (108 colony forming units/bird). Ceca, livers, and drumsticks were collected at 3, 7, 14, and 42 days after Salmonella infection, for bacteriology. Intestinal inflammation was scored by histology. Significantly higher intestinal inflammation was observed in challenge groups compared with the control. However, there were no significant differences in intestinal inflammation scores between groups coinfected with both Eimeria spp. and Salmonella Typhimurium and birds infected with Salmonella alone, and Eimeria coinfection did not increase Salmonella prevalence or abundance. Contrary to mouse studies, tetrathionate reductase did not enhance Salmonella Typhimurium cecal colonization or systemic spread in chickens. SPI-1 and SPI-2 played a significant role in Salmonella dissemination and cecal colonization in chickens, respectively.

Contribución de la coinfección por Eimeria y de la inflamación intestinal a la colonización cecal y a la propagación sistémica de Salmonella Typhimurium deficiente en tetrationato reductasa o de sistemas de secreción de tipo III de islas de patogenicidad 1 o 2 de Salmonella. La inflamación intestinal puede proporcionar una ventaja para el crecimiento de Salmonella y aumentar su propagación sistémica en pollos. Salmonella desencadena la inflamación intestinal en el huésped mediante el uso de sistemas de secreción tipo III (T3SS) y produce el producto final inflamatorio, tetrationato. En ratones, la respiración con tetrationato confiere una ventaja de crecimiento para Salmonella Typhimurium sobre el microbioma competitivo en el intestino inflamado. Coccidia también promueve la inflamación intestinal y mejora el crecimiento intestinal de Salmonella y la propagación sistémica en pollos. El objetivo de este estudio fue evaluar la contribución de la inflamación, inducida por Eimeria spp. o Salmonella Typhimurium, en la colonización y diseminación de Salmonella en pollos. Además, se evaluaron los costos de aptitud asociados con defectos en la tetrationato reductasa y T3SS asociados con las islas de patogenicidad 1 o 2 de Salmonella (SPI-1 o SPI-2) mediante experimentos de competencia in vivo con cepas de Salmonella de tipo silvestre, con o sin coinfección con Eimeria. Pollos libres de patógenos específicos de un día de edad se inocularon por vía oral con un inóculo falso o con 4 × 102 de un coctel de ooquistes de Eimeria que incluyó Eimeria tenella, Eimeria acervulina, Eimeria maxima y Eimeria mitis. A los seis días de edad, se les administró a las aves administró por vía oral una proporción 1: 1 de Salmonella Typhimurium de tipo silvestre o tipo mutante que es deficiente de tetrationato reductasa, SPI-1 o SPI-2 (108 unidades formadoras de colonias/ave). Se recolectaron ciegos, hígados y pernas a los tres, siete, catorce y 42 días después de la infección por Salmonella, para bacteriología. La inflamación intestinal se calificó por histología. Se observó inflamación intestinal significativamente mayor en los grupos de desafío en comparación con el control. Sin embargo, no hubo diferencias significativas en las puntuaciones de inflamación intestinal entre los grupos coinfectados con Eimeria spp. y Salmonella Typhimurium y las aves infectadas con Salmonella por si sola y la coinfección con Eimeria no aumentó la prevalencia o abundancia de Salmonella. A diferencia de los estudios en ratones, la tetrationato reductasa no mejoró la colonización cecal de Salmonella Typhimurium o la diseminación sistémica en pollos. Las islas de patogenicidad SPI-1 y SPI-2 jugaron un papel importante en la diseminación de Salmonella y en la colonización cecal en pollos, respectivamente.