Animal physiology (Council of Complex Environmental Sciences)
100 %
Panel
Plant and animal breeding
Department or equivalent
Department of Pharmacology and Toxicology (Hungarian University of Agriculture and Life Sciences)
Starting date
2015-10-01
Closing date
2018-09-30
Funding (in million HUF)
0.577
FTE (full time equivalent)
2.40
state
closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. A bélhámréteg kettős szereppel rendelkezik: részt vesz a tápanyagok felvételében és fizikai gátat képez a káros hatásokkal szemben. Ennek következtében az általános egészségügyi állapot és a haszonállatok hozamának megőrzése érdekében kulcsfontosságú a bélhám integritásának fenntartása külső ártalmas anyagokkal szemben. A projekt fő célja azon kölcsönhatások felderítése, amelyek a sertés vékonybélhám és a választott xenobiotikumok mint a (i) feltételezhetően antivirális hatású 3-amidinofenilalanin alapvázú matriptáz/TMPRSS2 gátlók, (ii) a proliferatív enteropátiát okozó intracelluláris kórokozó, a Lawsonia intracellularis és a (iii) gabonaféléken valamint takarmányon gombanövekedés és szaporodás eredményeképpen jelenlévő mikotoxinok között alakulnak ki. Ezen xenobiotikumok bélbarrier funkcióra, többek között a transzepiteliális elektromos ellenállásra és paracelluláris áteresztő-képességre kifejtett hatásának felderítése mellett a káros hatások csökkentésére irányuló lehetőségek vizsgálatára is sor kerül. Ezzel összhangban probiotikus anyagcsere-termékek és bizonyos antioxidánsok tesztelését végzem, melyek feltételezhetően jótékony hatással rendelkeznek a bélhámréteg károsodásának megelőzésében és a sérült bélbarrier működésének helyreállításában.
Mi a kutatás alapkérdése? Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek. Megfelelően megválasztott sejtrendszer segítségével az in vivo zajló élettani és kóros folyamatok modellezhetőek, ami lehetővé teszi az állatkísérletek számának jelentős csökkentését. Korábbi munkámban igazoltam, hogy a membrán inzerten tenyésztett, nem daganatos eredetű sertésbélhám-sejtvonal, az IPEC-J2 rendszer alkalmas az oxidatív stressz és a bakteriális lipopoliszaccharid által indukált gyulladási folyamatok hatásainak tanulmányozására. Jelen kutatási projekt keretein belül a sertések esetében jelentős egészségügyi kockázatot hordozó xenobiotikumok hatását fogom vizsgálni. Azt a felvetést kívánom igazolni, hogy a választott xenobiotikummal történő kezelésnek kitett IPEC-J2 modell alkalmas a bélbarrier integritásra gyakorolt káros hatások nyomonkövetésére. A kutatási munkám során szeretném megválaszolni azt a kérdést, hogy az influenza elleni hatással rendelkező 3-amidinofenilalanin alapvázú matriptáz/TMPRSS2 inhibitorok, a proliferatív enteropátiát okozó intracelluláris baktérium, a Lawsonia intracellularis és a Fusarium fertőzött takarmányban jelenlévő mikotoxinok milyen mértékű bélhámkárosodást képesek előidézni. További kérdésként merül fel, hogy a probiotikus felülúszók és az antioxidáns hatással rendelkező vegyületek használatának milyen jótékony hatásai lehetnek a xenobiotikumok által kiváltott bélhám károsodásokban és milyen szerepet tölthetnek be ezek az anyagok a bélbarrier erősítésében hatásmechanizmusaik alapján.
Mi a kutatás jelentősége? Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának! A kutatási projekt elvégzése egyes xenobiotikumok, mint a potenciális vírusellenes hatású vegyületek, a sertés proliferatív enteritis-t okozó mikroorganizmusok, és mikotoxinok károsító hatása ellen védő anyagok in vitro szűrési módszerének kifejlesztését és alkalmazását alapozza meg. A kis dózisú antibiotikumok hozamfokozóként való felhasználását az Európai Unió betiltotta, ezért a probiotikumok takarmány-kiegészítőként történő alkalmazása elengedhetetlen az európai agráripar verseny-képességének megtartásához azokkal az országokkal szemben, ahol az antimikrobiális szerek használata még engedélyezett. Az EFSA 2014-es felmérése szerint a kukoricában gyakran előforduló 3 mikotoxin maximum értéktől való pozitív eltérése a jelentős egészségügyi kockázat miatt európai szintű megfigyelést tesz szükségessé. Emellett az influenza fertőzés ellen feltételezhetően hatékony gyógyszerjelölt vegyületek mellékhatásainak monitorozása is lehetséges a bélhám és a TMPRSS2/matriptáz inhibitorok közötti interakció vizsgálatával. A projekt célja preventív vagy terápiás céllal alkalmazott probiotikumok és antioxidánsok bakteriális fertőzések- valamint az ehető növényeken jelenlévő mikotoxin terhelés által okozott bélgyulladások elleni hatékonyságának mélyebb szintű megértése, felmérése. Ezen jótékony hatású anyagok alkalmazása új alternatívákat biztosíthat az egészségügyi veszély csökkentéséhez és a kiegyensúlyozott haszonállat hozam biztosításához sertésekben. A várható eredmények tükrében a sertéstenyésztők az új egészségügyi, takarmányozási és állattartási ismeretek birtokában minimalizálhatják a külső ágensek által előidézett káros következményeket.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára. Fiatal sertésekben gyakran alakul ki bakteriális bélgyulladás, melyet gyakran kísér hasmenés, testsúlyvesztés, ami késleltetheti az átlagos napi testsúly-gyarapodást, a vágósúly elérését, és ezáltal befolyásolja a megfelelő minőségű sertéshús előállítását. Hazánk szántóföldjein a kukoricára alapozott sertéstenyésztés egyik igen jelentős problémája a penészgomba által termelt anyagcseretermékek, a mikotoxinok jelenléte, amelyek a sertésekben gyakran okoznak gyomor-bélrendszeri károsodásokat, hányást, szájnyálkahártya fekélyesedést, a fertőzésekkel szembeni nagyobb fogékonyságot. A mikotoxinok a szövetekben felhalmozódnak, és veszélyt jelentenek állat- és humán-egészségügyi szempontból egyaránt. Jelenleg mikotoxinok esetében nincs gyógyszer, a bakteriális eredetű fertőzéseket is csak súlyos esetekben kezelik antibiotikumokkal. Egyre nő az igény, hogy olyan, természetes eredetű anyagokat alkalmazzanak a takarmányozás során ezen betegségek megelőzésére vagy a gyógyszeres terápia kiegészítéseként, amelyek alkalmasak lehetnek a bélhám erősítésére, a fertőzésekkel szembeni ellenálló-képesség növelésére. A bélhám védő funkciójának fenntartásában szerepet játszó enzimek működésének megértése kulcsfontosságú a jótékony hatású anyagok kiválasztása során. Jelenleg is intenzív kutatás tárgya az antioxidánsok és a probiotikumok hatásának feltérképezése a bélgyulladások kivédésében, hiszen kedvező tulajdonságuk révén alkalmasak lehetnek takarmány-kiegészítőként a sertésállomány egészségének megőrzésére és hozzájárulhatnak az antibiotikum használat csökkenéséhez.
Summary
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. The dual role of intestinal epithelium is to absorb nutrients and to form a physical barrier against noxious stimuli. As a result, a key issue in preserving the general health condition and productivity of livestock is to maintain the integrity of the epithelium even under the effects of harmful exogenous agents. The main aim of the proposed work is to explore the possible ineractions between intestinal epithelia of swine hosts and selected xenobiotics such as (i) drug candidates including 3-amidinophenylalanine structure based matriptase/TMPRSS2 inhibitors with putative activities against spread of influenza infection, (ii) proliferative enteropathy-causing intracellular bacterium, Lawsonia intracellularis and (iii) mycotoxins as products of fungal growth and reproduction on grains and other feedstuffs. In addition to assessment of the effects of these xenobiotics on the epithelial barrier function such as on transepithelial electrical resistance and on paracellular permeability, possibilities for reducing their harmful influence are also considered. In this aspect metabolites of certain probiotics and antioxidants will be tested as potential agents for preventing epithelial layer damage or restoring the impaired barrier function.
What is the major research question? Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments. Appropriately introduced cell models can be used to mimic in vivo physiological and pathophysiological conditions thereby enabling the replacement of some animal experiments. In my previous work I demonstrated that a non-carcinogenic porcine jejunal epithelial IPEC-J2 cell line grown on membrane inserts is a useful model for studying the effects of oxidative stress or bacterial lipopolysaccharide-induced inflammation and epithelial barrier dysfunction. In the work proposed here the cell model will be challenged by xenobiotics represent specific health hazards in swine. The issues addressed are (i) To what extent will xenobiotics including 3-amidinophenylalanine derived matriptase/TMPRSS2 inhibitors with putative anti-influenza activity, proliferative enteropathy-causing intracellular bacterium, Lawsonia intracellularis and mycotoxins arising from Fusarium contamination of feedstuffs induce intestinal epithelial injury ? (ii) How can putative harmful effects followed on intestinal barrier integrity in vitro when the IPEC-J2 cell model is challenged with these xenobiotics? (iii) What is the merit of using supernatants of probiotics or antioxidants in prevention of intestinal epithelial damage caused by these xenobiotics and what epithelial barrier-strenghtening effect may obtain from their multifaceted modes of action.
What is the significance of the research? Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field. Completion of the research work proposed in this project will result in an effective in vitro screening tool for beneficial agents compensating the harmful effects of xenobiotics including potential antiviral compounds, enteropathogenic microorganisms causing porcine proliferative enteritis or fungal mycotoxins. As the use of low-dose dietary antibiotics has been banned in the European Union for growth promotion of livestock, introduction of novel probiotics as food additives is a prerequisite for maintaining the competitive advantage of the European agricultural industry over countries where in-feed antimicrobials are still allowed. Based on EFSA 2014 evaluation health risk is increased in correlation with derogation from maximum level of 3 mycotoxins for maize, and it was concluded that better assessment is necessary at the European level. The potential outcome of this study can be an in-depth understanding of interaction between mycotoxins, bacteria, drug candidates and host porcine epithelium at cellular level which can facilitate the application of protective agents in animal breeding and in veterinary medicine in the future, thereby minimizing economic impact of lowered productivity, decreased weight gain and reduced feed efficiency. In addition, potential side effects of drug candidates putatively efficient in influenza infection can be predicted due to the close monitoring of interaction between gut epithelium and TMPRSS2/matriptase inhibitors. The novel aspect of the proposed research project is that we could obtain deeper knowledge on the mechanism of action of probiotics and antioxidants in intestinal inflammatory processes, and if we can predict their efficacy against xenobiotics such as bacterial infection or mycotoxin overload present in edible plants, they could be used for both preventive and therapeutic purposes to decrease health hazards in swine and to maintain balanced livestock production. Based on expected results swine producers can utilize appropriate health, nutrition and management alternatives to minimize the negative effects of these exogenous agents.
Summary and aims of the research for the public Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others. In piglets bacterial intestinal inflammation is often accompanied by diarrhoea, body weight loss, which can decrease the daily weight gain, postpone the optimal slaughter time, and it can influence the production of the good quality pork meat. The mycotoxins produced by fungi can cause gastrointestinal problems, vomiting, ulceration of oral mucosa, increased susceptibility to infections in swine being on contaminated corn-based feed. Mycotoxins can accumulate in tissues and they can be harmful from both human and animal health point of views. Currently there are not any drugs available against mycotoxins and bacterial infections can be treated only in severe cases with antibiotics. However, there is an increasing demand that natural products- which can reinforce the intestinal barrier and increase defense mechanisms against infections- should be used in animal nutrition in order to prevent diseases or to supplement conventional drug therapy. The in-depth understanding of mode of action of enzymes resposible for protective function of intestinal epithelium is prerequisite for appropriate selection of beneficial substances. The mapping of effects of antioxidants and probiotics in prevention of intestinal inflammation is still in focus of intensive research. These compounds can be suitable due to their potential favorable properties for being used as feed supplements and their application can contribute to the health preservation of swine herd and to reduced administration of antibiotics.
