Nutztierwissenschaften (Fach) / 6) (Lektion)

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• Was und wo ist das Mikrobiom? Bakterien, Archaeen, Viren/Phagen, Hefen/Pilze, Protisten, Würmer, Parasiten etc... am ganzen Körper: wo man auch sucht, findet man Mikroorganismen...
• Vergleichen Sie Genom vs Mikrobiom. Genom       vs.     Mikrobiom 23.000 Gene       5 Mio Gene Verhältnis Wirt:Bakterien Zellen 1:1
• Welche Vorteile bietet das Mikrobiom des Verdauungstraktes für den Wirt? Metabolismus:-  Nährstoffaufnahme und Umwandlung-  Vitamine-  Detoxifizierung- Unterstützung der Darmmotilität Schutz:-  Aktivierung des Immunsystems-  Antimikrobielle Effekte-  Barriere geLgymephnocyte pathogener Spezies
• Was ist die Hauptfunktion d. Mikrobioms? -> Energiegewinnung aus Nahrungsbestandteilen durch Fermentation, welche unverdaulich für den Wirt sind:Kohlenhydrate, Proteine, sekundäre Pflanzenmetabolite, Xenobiotika Bacteroides, Ruminococcus, Butyrovibrio, Eubacterium, Clostridium, Bifidobacterium
• Welche mikrobielle metabolischen Funktionen kennen Sie? Hauptfunktion:-> Energiegewinnung aus Nahrungsbestandteilen durch Fermentation, welche unverdaulich für den Wirt sind:Kohlenhydrate, Proteine, sekundäre Pflanzenmetabolite, Xenobiotika Zellulolytische Bakterien besitzen extrazelluläre Enzyme (Cellulosome) zum Abbau von Polysacchariden. ‘Carbohydrate active enzymes‘ (CAZY): z.B Glykosyl-Hydrolasen (GH; 96 Enzymfamilien). In zellulolytischen Bakterien vorwiegend GH44, GH45 und GH48 (Endoglucanasen mit verschiedenen Substratspezifitäten):
• Wie sieht das Mikrobiom des Geflügels aus? -  Mehr als 200 Spezies aus Huhn isoliert, meist strikt anaerob-  Höchste Diverstät und Quantität im Caecum vom Huhn-  Anaerobe Aktivitäten: Bildung von kurzkettigen Fettsäuren (SCFA) und CH4 (in Abhängigkeit von der Diät)
• Welche Funktionen hat das Mikrobiom des Huhns? Hydrolyse und Fermentation von Polysacchariden (Fasern) in Oligosaccharide und andere einfache Kohlenwasserstoffverbindungen-> vorallem Bifidobacteria und Lactobacillus -> Produktion von kurzkettigen Fettsäuren (SCFA) und Laktat (Säure)-> Verdrängung von Pathogenen wie Salmonella Mikrobielle Funktionen im Caecum: Abbau von Polysacchariden
• Wozu werden Präbiotika und Probiotika bei dem Huhn eingesetzt? Biomoleküle und Mikroorganismen für die Darmgesundheit Verdrängung bzw. Verhinderung der Ansiedlung von pathogenen MO’s wie Campylobacter, Salmonella, Escherichia coli
• Wozu werden Präbiotika im Huhn eingesetzt? -> Effekte: erhöhte KotproduktionModulation von Mikroorganismen im Caecum durch Stimulation !Nicht verdaubar durch Verdauungsenzyme im oberen GIT (Magen, Dünndarm), aber durch Bifidobacteria und Lactobacillus im Caecum und Colon - Oft Oligosaccharide: (Frukto-Oligos. (FOS), Galakto-Oligos. (GOS), Mannan-Oligos. (MOS) Im Huhn: FOS (ß-Verbindungen; resistent gegen Adsorption und enzymatische Verdauung) - außerdem: Peptide, Proteine, Lipide
• Was wissen Sie allgemein über das Mikrobiom des Huhn? Unterschiede des Mikrobioms entlang des Verdauungstraktes in Abhängigkeit von der Physiologie/Metabolismus des Tieres Dünndarm: Verdauung und Absorption von Proteinen und Kohlenhydraten, Dominanz von Lactobacillus spp. Blinddarm: Fermentation von Kohlenhydraten und Proteinen, Produktion von SCFA, mikrobielle Vielfalt
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• Welche Stoffe sind vom Mikrobiom des Schweins verdaubar und welche nicht? Verdauung und Absorption: - Proteine- Fette- Kohlenhydrate Nicht-verdaute & absorbierte Nährstoffe:- Fermentierbare Kohlenhydrate - Proteine
• Durch welche Methode kann das Mikrobiom des Schweins untersucht werden? 16s rDNA Sequenzierung
• Wie sieht das Mikrobiom bei Schweinen aus und wie wird dieses beeinflusst? Konzentration von Laktose: positive Korrelation mit ‘nützlichen’ Bakterien, wie Lactobacillus, Ruminococcus und Faecalibacterium  Fütterung der MuttersauenFettsäuremuster der Ration beeinflussen Darmfunktionen im FerkelPositive Wirkung zur Vorbereitung auf Absetzphase, z.B. durch Fischöl Erhöhung der Permeabilität des Darms durch Leinsamenöl, pos./neg. Wirkung?
• Was passiert beim Absetzen mit dem Ferkel? Innerhalb der 2 Wochen nach Absetzen: viele Veränderungen der Darmphysiologie -  Reduktion des Gewichtes der Dünndarmschleimhaut um 20-30% -  Rückgang der Darmvilli, Beeinträchtigung der Barrierefunktion -  Reduzierung der Verdauungs- und Absorptionskapazität (Beeinflussung des Corticotropin-freisetzenden Hormons und der mukosalen Mastzellen) -  Stimulierte Sekretionsaktivität -> Durchfall -  Herunterregulierte Gene von Antioxidativen und Verdauungsenzymen, Anstieg von Enzymen zur Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) -> reduzierte Redoxbalance (mehr oxidative Bedingungen)
• Wie sieht das Mikrobiom beim Schwein während der Säugung aus? - Rückgang von Enterobacteriaceae (innerhalb des 1. Tages) und Clostridiaceae (C. perfringens) von Tag 1 zu 5 - Anstieg von Lactobacillaceae ab Tag 1 bis 5
• Wie sieht das Mikrobiom des Schweins nach dem Absetzen aus? - Anstieg von Prevotellaceae, Lactobacillaceae, Ruminococcaceae, Veillonellaceae -> Anstieg der Diversität
• Welche Funktionen hat das Mikrobiom des Schweins? -  Säugende Tiere: Gene passend zu Laktose-Metabolismus, N- Acetylglucosamin, Galactose/Galactonat und Sialsäure Katabolismus sind besonders häufig -  Abgesetzte Tiere: Gene für Stärke, β-Glucan, Xylose abbauende Enzyme
• Was sind die wichtigsten Aspekte des Mikrobioms vom Schwein? Unterschiede des Mikrobioms entlang des Verdauungstraktes in Abhängigkeit von der Physiologie/Metabolismus des Tieres Dünndarm: Verdauung und Absorption von Proteinen, Fetten und Kohlenhydraten Dickdarm/Blinddarm: Fermentation von Kohlenhydraten und Proteinen
• Welche Bedingungen sind für die mikrob. Verdauung im Pansen vorausgesetzt? • kontinuierliche Futteraufnahme • 38-40°C • dunkel • anaerob (-250-450 mV) • konstante Pufferung (pH 5,5-7,0) • Abtransport von Metaboliten (Absorption, Eruktation, Passage) • Zerlegung, Zerkleinerung und Mischung des Futters
• Wie bezeichnet man das Mikrobiom des Pansens? Ruminales Mikrobiom
• Wie ist das ruminale Mikrobiom zusammengesetzt? Bakterien (Zellulolytische, amylolytische und proteolytische Bakterien) Archaeen Protozoen Pilze
• Nennen Sie Beispiele für zellulolytische Bakterien und beschreiben sie deren Aufgabe. Fibrobacter succinogenes (Fibrobacter) Ruminococcus sp. (Firmicutes) Abbau von Cellulose etc, Bildung von Acetat, Succinat
• Nennen Sie Beispiele für amylolytische Bakterien und beschreiben sie deren Aufgabe. Ruminobacter amylophilus (Gammaproteobacteria) Streptococcus bovis (Firmicutes) Abbau von Stärke etc., Bildung von kurzkettigen Fettsäuren
• Nennen Sie Beispiele für proteolytische Bakterien und beschreiben sie deren Aufgabe. Ruminobacter amylophilus (Gammaproteobacteria) Prevotella sp. (Bacteroidetes) Produkte: Aminosäuren, Peptide, NH3
• Nennen Sie Beispiele für Archaeen im Pansen und beschreiben Sie deren Aufgabe. Methanobrevibacter ruminantium Methanomicrobium mobile Bildung von CH4 unter Nutzung von H2, CO2, Formiat
• Wie bezeichnet man die mikrobielle Diversität? Phyla
• Beschreiben Sie das ruminale Mikrobiom im Laufe der ersten 2 Lebensjahre. Proteobakteria: reduziert sich konstant und sehr stark (i.d. ersten 3 Tagen dominant, nach 2 Jahren kaum mehr relevant) Firmicutes: nach Geburt recht viel, reduziert sich stark nach 2 Monaten, steigt danach wieder an Bacteriodetes: Anfangs relativ viel, steigt bis zum 6. Monat an und reduziert sich danach wieder etwas (nach 2 Jahren dominant)
• Welcher Mikroorganismus ist im 1. Monat bei Wk dominant? Bifidobacterium sp.
• Welcher Mikroorganismus ist im 2.,3.,4. Monat bei Wk dominant? Bacteroides sp.
• Welche Folgen kann ein schlechtes Mikrobiom für den Wk haben? Subakute Pansenazidose (SARA) Absinken des pH-Wertes im Pansen für längere Phasen über mehrere Tage: pH < 5,6 für >3 h/Tag Ursache: Umstellung von Faser-reichen auf Stärke-reiche (mehr Energie) Rationen bei Start der Laktation
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• Wie entsteht eine Pansenazidose? Umstellung von Faser-reichen auf Stärke-reiche (mehr Energie) Rationen bei Start der Laktation 1. Schneller Abbau von Stärke, Anstig kurzkettiger FS -> pH <6 2. mehr Milchsäure prod. Bakterien (S. bovis) -> subakute Pansenazidose (SARA) 3. Senkung: Faserabbau, Wiederkauen, Speichelprod., Pufferkapazität -> Anstieg Milchsäure -> pH <5,5 4. Senkung Milchsäure nutzende und fibriolytische Bakterien -> pH sinkt weiter -> akute Pansenazidose
• Welche Folgen hat die subakute Pansenazidose? Wie wird das Futter darauf angepasst (Mikrobiom)? Verursacht: Diarrhöe, Beschädigung der epimuralen Schicht, Laminitis, Entzündungen und Abszesse in der Leber in Milchkühen → erhebliche Beeinträchtigung der Tiergesundheit und der Milchleistung (Milchfettsynthese)! Futterration: starker Anstieg: Firmicutes starker Rückgang: Bacterioidetes
• Wie wird Stickstoff im Futter bei Wk rationiert und warum? Komplexe Umsetzung des Futterrohproteins im Pansen Schwierigkeiten bei der Bilanzierung des Bedarfs und der einzusetzenden Mengen Ruminale N-Bilanz:Mangel an verfügbarem N verlangsamt die mikrobielle Proteinsynthese Zu hohe verfügbare Mengen: Belastung für Tier und Umwelt
• Fassen Sie zusammen, was Sie über die Mikrobiologie d. Verdauungstraktes wissen? -  Wichtige Phyla: Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria, Actinobacteria -  Vorteile für den Wirt (Metabolismus-, Schutzfunktionen) -  Extrazelluläre Enzyme zum Abbau von Polysacchariden (CAZy) -  Fermentationsvorgänge wichtig für die Verfügbarkeit von einfach zugänglichen Substraten für das Tier -  Fütterungsmanagement entscheidend für Aufrechterhaltung von Verdauungsvorgängen (Bsp. Ferkel) -  Ruminales Mikrobiom (Eigenschaften und charakterist. Vertreter) -  Einfluss des Mikrobioms auf die Tiergesundheit (z.B. SARA)
• Was sind die Produkte der Fermentation? Acetat, Propionat, Butyrat
• Wo befinden sich die Proteasen bei welchen Bakterien? zell-gebundene Protease: Bacteroides extrazelluär: Clostridium, Propionibacterium, Bacillus beides: Streptococcus, Staphylococcus
• Mit welchen Hilfsmitteln werden Ferkel auf das Absetzen eingestellt? Fischöl -> Vorbereitung auf Absetzen Leinsamenöl -> Erhöhung der Permeabilität

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