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Breyer GM, De Carli S, Muterle Varela AP, Mann MB, Frazzon J, Quoos Mayer F, Siqueira FM. Carrier state of enterotoxigenic Escherichia coli virulence markers in pigs: Effects on gut microbiota modulation and immune markers transcription. Microb Pathog 2024; 191:106662. [PMID: 38663640 DOI: 10.1016/j.micpath.2024.106662] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 12/08/2023] [Revised: 04/01/2024] [Accepted: 04/20/2024] [Indexed: 05/24/2024]
Abstract
Enterotoxigenic Escherichia coli (ETEC) causes diarrhea in pigs at early age, leading to high mortality rates and significant economic losses in the swine industry. ETEC effect on gut microbiota and immune system is mostly studied in diarrheic model under controlled laboratory conditions, however its impact on asymptomatic carriers remains unknown. Thus, we investigated whether ETEC can modulate gut microbiota or regulate the transcription of immune markers in asymptomatic pigs in farm environment. Stool samples from newborn piglets, nursery and growing pigs, and sows were screened for ETEC markers, then submitted to 16S-rDNA sequencing to explore gut microbiota composition in carriers (ETEC+) and non-carriers (ETEC-) animals. We observed a reduced α-diversity in ETEC+ animals (p < 0.05), while bacterial compositions were mostly driven by ageing (p > 0.05). Prevotella marked ETEC-carrier group, while Rikenellaceae RC9 gut group was a marker for a healthy gut microbiota, suggesting that they might be biomarker candidates for surveillance and supplementation purposes. Furthermore, we observed transcription regulation of il6 and tff2 genes in ETEC+ in newborn and nursery stages, respectively. Our findings indicate that ETEC presence modulate gut microbiota and the immune response in asymptomatic pigs; nevertheless, further studies using a probabilistic design must be performed to assess the effect of ETEC presence on gut imbalance in pigs despite the age bias.
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Affiliation(s)
- Gabriela Merker Breyer
- Laboratório de Bacteriologia Veterinária (LaBacVet), Universidade Federal Do Rio Grande Do Sul, Departamento de Patologia Veterinária, Porto Alegre, Brazil; Programa de Pós-Graduação Em Ciências Veterinárias, Universidade Federal Do Rio Grande Do Sul, Porto Alegre, Brazil
| | - Silvia De Carli
- Laboratório de Bacteriologia Veterinária (LaBacVet), Universidade Federal Do Rio Grande Do Sul, Departamento de Patologia Veterinária, Porto Alegre, Brazil; Programa de Pós-Graduação Em Ciências Veterinárias, Universidade Federal Do Rio Grande Do Sul, Porto Alegre, Brazil
| | - Ana Paula Muterle Varela
- Programa de Pós-Graduação Em Biociências, Universidade Federal de Ciências da Saúde de Porto Alegre, Porto Alegre, Brazil
| | - Michele Bertoni Mann
- Programa de Pós-Graduação Em Microbiologia Agrícola e Do Ambiente, Universidade Federal Do Rio Grande Do Sul, Porto Alegre, Brazil
| | - Jeverson Frazzon
- Programa de Pós-Graduação Em Microbiologia Agrícola e Do Ambiente, Universidade Federal Do Rio Grande Do Sul, Porto Alegre, Brazil; Laboratório de Bioquímica e Biologia Molecular de Microrganismos, Departamento de Ciência de Alimentos, Universidade Federal Do Rio Grande Do Sul, Porto Alegre, Brazil
| | - Fabiana Quoos Mayer
- Centro de Pesquisa Em Saúde Animal, Instituto de Pesquisas Veterinárias Desidério Finamor, Departamento de Diagnóstico e Pesquisa Agropecuária, Secretaria da Agricultura, Pecuária e Desenvolvimento Rural, Eldorado Do Sul, Brazil; Departamento de Biologia Molecular e Biotecnologia, Instituto de Biociências, Universidade Federal Do Rio Grande Do Sul, Porto Alegre, Brazil
| | - Franciele Maboni Siqueira
- Laboratório de Bacteriologia Veterinária (LaBacVet), Universidade Federal Do Rio Grande Do Sul, Departamento de Patologia Veterinária, Porto Alegre, Brazil; Programa de Pós-Graduação Em Ciências Veterinárias, Universidade Federal Do Rio Grande Do Sul, Porto Alegre, Brazil.
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Merker Breyer G, De Carli S, Rocha Jacques Da Silva ME, Dias ME, Muterle Varela AP, Bertoni Mann M, Frazzon J, Quoos Mayer F, Góes Neto A, Maboni Siqueira F. Alternative amplicon-PCR protocol for maximizing bacterial and fungal sequencing in low-biomass samples. Anal Biochem 2024; 687:115449. [PMID: 38145697 DOI: 10.1016/j.ab.2023.115449] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 08/23/2023] [Revised: 12/20/2023] [Accepted: 12/22/2023] [Indexed: 12/27/2023]
Abstract
Determining bacterial and fungal communities from low-biomass samples remains a challenge for high-throughput sequencing. Due to the low microbial load and host contamination, some sites, including the female upper reproductive tract and the lower respiratory tract, were even considered sterile until recent years. Despite efforts to improve sampling and DNA isolation protocols, some samples provide insufficient microbial DNA input for library preparation and sequencing. Herein, we propose an alternative amplicon-PCR protocol to be used in bacterial and fungal sequencing in low-biomass samples, targeting 16S-rDNA and the internal transcribed spacer region (ITS), respectively. Similar to a nested-PCR, we performed two sequential PCR reactions to maximise the target amplicon. We compared metagenomic results from the original Illumina protocol (Protocol 1 - P1) and the alternative one (Protocol 2 - P2), using a mock community and clinical samples with different microbial loads. Our findings showed no significant differences in data generated by P1 and P2, indicating that the second amplification round does not bias the microbiota diversity rates. Thus, the alternative protocol can be applied for low-biomass samples when the original protocol results in spurious output, preventing library preparation and sequencing.
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Affiliation(s)
- Gabriela Merker Breyer
- Laboratório de Bacteriologia Veterinária (LaBacVet), Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Departamento de Patologia Veterinária, Porto Alegre, Brazil; Programa de Pós-Graduação em Ciências Veterinárias, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil
| | - Silvia De Carli
- Laboratório de Bacteriologia Veterinária (LaBacVet), Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Departamento de Patologia Veterinária, Porto Alegre, Brazil; Programa de Pós-Graduação em Ciências Veterinárias, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil
| | - Maria Eduarda Rocha Jacques Da Silva
- Laboratório de Bacteriologia Veterinária (LaBacVet), Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Departamento de Patologia Veterinária, Porto Alegre, Brazil
| | - Maria Eduarda Dias
- Laboratório de Bacteriologia Veterinária (LaBacVet), Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Departamento de Patologia Veterinária, Porto Alegre, Brazil
| | - Ana Paula Muterle Varela
- Programa de Pós-Graduação em Biociências, Universidade Federal de Ciências da Saúde de Porto Alegre, Porto Alegre, Brazil
| | - Michele Bertoni Mann
- Programa de Pós-Graduação em Microbiologia Agrícola e do Ambiente, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil
| | - Jeverson Frazzon
- Programa de Pós-Graduação em Microbiologia Agrícola e do Ambiente, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil; Laboratório de Bioquímica e Biologia Molecular de Microrganismos, Departamento de Ciência de Alimentos, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil
| | - Fabiana Quoos Mayer
- Centro de Pesquisa em Saúde Animal, Instituto de Pesquisas Veterinárias Desidério Finamor, Departamento de Diagnóstico e Pesquisa Agropecuária, Secretaria da Agricultura, Pecuária e Desenvolvimento Rural, Eldorado do Sul, Brazil
| | - Aristóteles Góes Neto
- Instituto de Ciências Biológicas, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, Minas Gerais, Brazil
| | - Franciele Maboni Siqueira
- Laboratório de Bacteriologia Veterinária (LaBacVet), Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Departamento de Patologia Veterinária, Porto Alegre, Brazil; Programa de Pós-Graduação em Ciências Veterinárias, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil.
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