Zum Studium des prophylaktischen Einflusses ausgewählter antibiotischer Leistungsförderer [Avilamycin (10 ppm), Avoparcin (15 ppm), Virginiamycin (20 ppm)] und ionophorer Antikokzidia [Monensin (100 ppm), Narasin (70 ppm)] sowie des metaphylaktischen bzw. therapeutischen Einsatzes von Tylosin [Tylan 0,5 g/l H2O] auf das Auftreten und die Ausprägung der Clostridium (Cl.) perfringens-Enterotoxämie (CPE) wurden Untersuchungen an insgesamt 33 Versuchsgruppen mit 825 Broilerküken durchgeführt. Die Erkrankung konnte mittels intraduodenaler Inokulation einer Vollkultur Cl. perfringens Typ A (ATCC 3624) sicher reproduziert werden. Die Morbiditätsrate betrug in allen infizierten Gruppen 100 %. An klinischer Symptomatik zeigte sich hauptsächlich profuser wässriger Durchfall. Schwerere Störungen, Apathie und Anorexie, waren selten und in allen beobachteten Fällen vom schnellen Tod des betreffenden Tieres begleitet. Allgemein fiel auf, daß die infizierten und nicht medikamentierten Tiere schneller und länger erkrankten. Bei infizierten und unmedikamentierten Tieren ergab sich eine Mortalitätsrate von 16 bis 36 %, in den medikamentierten Gruppen maximal 8 %. Tylosin zeigte eine sehr gute metaphylaktischen bzw. therapeutische Wirkung. Die Lebendmasseentwicklung betrachtend, konnte Avoparcin unter den Leistungsförderern beste Ergebnisse erzielen. Ähnliche Resultate wurden in den Kombinationsgruppen [Avilamycin plus Monensin oder Narasin] bzw. mittels Narasin erreicht. In absteigender Reihenfolge zeigten Avilamycin, Virginiamycin und Monensin eine geringere leistungsfördernde Wirkung. Die Bestimmung fäkaler bzw. ileozäkaler Clostridienkonzentrationen lebender, respektive verendeter Hühner erbrachte nur wenige und relativ unbedeutende statistisch gesicherte Korrelationen zu anderen Ergebnissen. Es konnten keine Zusammenhänge zwischen Erregerzahl und Lebendmassezunahme, bzw. Todesursache, aufgedeckt werden. Die Resultate aus allen Versuchen zusammenfassend, müssen den Kombinationen von Avilamycin mit Narasin bzw. Monensin beste Effekte hinsichtlich einer positiven Beeinflussung CPE-bedingter Morbidität, Mortalität und Lebendmasseverluste bescheinigt werden. Tylosin war in der Lage, die Verlustzahlen durch CPE rasch zu senken. Für die Ausprägung kompensatorischer Effekte hinsichtlich der Lebendmasseverluste unter der Infektion muß mit einer größeren Zeitspanne gerechnet werden. Die Polyether und auch Avilamycin sind als Futtermittelzusatzstoffe für die europäische Geflügelhaltung zugelassen. Durch die ständige Kokzidiosebedrohung in den Hühnerbeständen kann auf einen prophylaktischen Einsatz antikokzidieller Futtermittelzusatzstoffe momentan nicht verzichtet werden. Es ist zu vermuten, daß es durch den simultanen Einsatz von Polyether und Leistungsförderer zu einer positiven Beeinflussung der schädigenden Wechselwirkungen von Kokzidien und Cl. perfringens im Darm kommt. Bei vorhandener Empfindlichkeit der Eimerien sollte dies sowohl die Bekämpfung von CPE als auch von Kokzidiosen begünstigen. Der positive Eindruck von Avoparcin spielt, bedingt durch das europaweite Verbot, momentan für die Praxis keine Rolle. Die Entwicklungstendenzen auf dem Sektor antibiotisch wirksamer Futtermittelzusatzstoffe, eng verknüpft mit der bakteriellen Resistenzproblematik, werden in der Arbeit ausführlich diskutiert. / Investigations with 825 chickens in 33 trials were performed in order to find out the prophylactic effect of selected antibiotic growth promoters [avilamycin (10 ppm), avoparcin (15 ppm) virginiamycin (20 ppm)] and polyether ionophore antibiotics [monensin (100 ppm), narasin (70 ppm)] on the incidence of Clostridium (Cl.) perfringens enterotoxemia (CPE) in chickens as well as the therapeutic resp. metaphylactic influence of tylosin [Tylan 0,5 g/l H20]. The enterotoxemia could be reproduced regularly by intraduodenal infection with high numbers of vegetative cells of Cl. perfringens type A (ATCC 3624). The morbidity rate always reached 100 %. In spite of a profuse and watery diarrhoea the chickens normally showed no further considerable disturbances of the general status. Apathy or anorexia were rather rare and immediately followed by Exitus letalis of the related chickens. It was striking that the infected and non-medicated broilers contracted the disease more quickly and for a longer time. The mortality rate among the infected and non-medicated animals was 16 to 36 %, among the medicated groups max. 8 %. Tylosin showed a considerable metaphylactic effect in decreasing CPE mortality. The avoparcin group showed the best weight gain among the growth promoters, comparable to the results by means of the combinations [avilamycin + monensin or narasin] or narasin only. Decreasingly avilamycin, virginiamycin and monensin were less successful. Analysing the faecal resp. ileocecal quantities of Cl. perfringens adduced only a few statistically guaranteed correlation with other results. There was no causal connection between numbers of Cl. perfringens and life weight development. It was impossible to discover a numerical threshold of germs responsible for the death of the chickens. Summarising all the results of the entire attempts the combinations of avilamycin and narasin resp. monensin were the most effective concerning the reduction of morbidity, mortality and life weight losses by CPE. By application of tylosin it was possible to stop the mortality rate quickly. But it needs more time to achieve reductions of the CPE related weight losses. The two polyethers and also avilamycin are still admitted in the European Union. Currently an abandonment of anticoccidial feed supplements seems to be impossible due to the present danger of coccidiosis in poultry. By means of monensin/narasin plus avilamycin the adverse health effects of interactions of both pathogens should be reduced. Presupposing susceptibility of the coccida this should be a notable contribution to a better controlling and to the prevention of CPE and coccidiosis, too.

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Bakterielle Toxine stellen eine wirkungsvolle und effektive Alternative zur Therapie von Tumorerkrankungen dar. Das vom Clostridium perfringens Typ A produzierte Clostridium perfringens enterotoxin (CPE) gehört zu der Gruppe der porenbildenden Toxine und weist eine rezeptorspezifische zytotoxische Wirkung auf, welche über die Membranrezeptoren Cldn3 und Cldn4 entfaltet wird. Diese liegen vor allem in Epithelialkarzinomen wie dem Brust-, Prostata-, oder Kolon-, sowie dem Pankreaskarzinom (PK) stark hochreguliert vor. Ziel dieser Arbeit war die Anwendung des neuen selektiven und effizienten „Onkoleaking“ Suizid-Gentherapie Konzepts für die Behandlung von Cldn3 / 4 überexprimierender PK unter Verwendung eines nicht-viralen translations-optimierten CPE exprimierenden Vektors (optCPE). Weiterhin sollte in dieser Arbeit der genaue molekulare Mechanismus der CPE-vermittelten Zytotoxizität in vitro und auch in vivo analysiert werden. Für die in vitro Analysen wurden verschiedene humane PK Zelllinien, Patienten abgeleitete Xenotransplantate (PDX) und deren abgeleiteten Zellen bezüglich ihrer Cldn3 / 4 Expression und Sensitivität sowohl gegenüber rekombinantem CPE (rekCPE) als auch nach optCPE Gentransfer untersucht. Es konnte eine positive Korrelation zwischen der Effizienz CPE vermittelter Zytotoxizität und der Höhe der Cldn3 / 4 Überexpression gezeigt werden. Des Weiteren wurde die Verfügbarkeit und Zugänglichkeit der CPE Rezeptoren für die Toxinbindung als kritischer Faktor für die durch Porenbildung induzierte Zytotoxizität beschrieben. Auch eine detaillierte Analyse verschiedener apoptotischer und nekrotischer Signalwege und deren Schlüsselmoleküle waren vom besonderen Interesse. Von noch größerer Wichtigkeit war jedoch die Anwendbarkeit und der Nachweis der antitumoralen Wirksamkeit der optCPE-basierten Suizid-Gentherapie mit Hilfe des intratumoralen Jet-Injektion Gentransfers in verschiedenen Luziferase-exprimierenden CDX und PDX Modellen des PK. Alle in vivo Studien zeigten eine selektive optCPE vermittelte Verminderung der Tumorvitalität in Verbindung mit Nekrose, die in fast allen Fällen mit einer Reduktion des Tumorvolumens einher ging. Die tierexperimentellen Studien belegen damit die Effektivität der CPE-basierten Gentherapie im Pankreaskarzinom. Mit diesen neu gewonnenen Erkenntnissen zum „Onkoleaking“ Konzept der CPE Suizid-Gentherapie und deren Wirkungsmechanismen sind Kombinationen mit konventionellen Therapien möglich. / Bacterial toxins have evolved to an effective therapeutic option for cancer therapy and numerous studies demonstrated their antitumoral potential. The Clostridium perfringens enterotoxin (CPE), produced by the anaerobic Clostridium perfringes bacteria, is a pore-forming (oncoleaking) toxin, which binds to its receptors claudin-3 and -4 (Cldn3 / 4) and exerts a selective, receptor-dependent cytotoxicity. The transmembrane tight junction proteins Cldn3 and Cldn4 are known CPE receptors and are highly upregulated in several human epithelial cancers such as breast, colon, ovarian and pancreatic cancer. This study aimed at the evaluation of the potential of oncoleaking gene therapy using a non-viral translation optimized CPE vector (optCPE) as a new suicide approach for the treatment of Cldn3  /  4 overexpressing pancreatic cancer (PC) in vitro and in vivo. We demonstrated the successful in vitro use of optCPE gene transfer in a panel of human PC cells and more importantly patient derived PC xenograft (PDX) derived cells. We showed significant reduction of cell viability in all Cldn3 / 4 overexpressing PC cells after optCPE transfection. Furthermore a positive correlation between CPE cytotoxicity and level of claudin expression was shown. We revealed accessibility of CPE receptors for toxin binding as determining for optCPE mediated cytotoxicity. Since investigation of optCPE induced cell death mechanism was of particular interest, detailed analyses of apoptotic and necrotic key players were performed. By this, caspase dependent- and independent apoptosis and necrosis activation after gene transfer was demonstrated, which was dependent on amount of expressed optCPE and accessibility of Cldn. More importantly, this study demonstrated the applicability and antitumoral efficacy of optCPE gene therapy by the non-viral intratumoral jet-injection gene transfer in vivo in different luciferase-expressing CDX and PDX pancreatic cancer models. The animal experiments demonstrated the selective CPE mediated tumor growth inhibition, associated with reduced tumor viability and effective induction of tumor necrosis. This further corroborated the advantages of this novel oncoleaking strategy. With this gain of knowledge about our new oncoleaking concept of suicidal gene therapy and its mechanism of action, novel combinations with conventional therapies are possible to further improve therapeutic efficacy and to overcome resistance in pancreas carcinoma.

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Le problème croissant de l’antibiorésistance fait en sorte que l'utilisation systématique des antibiotiques en production animale n'est plus considérée comme une pratique raisonnable et viable. De plus, la préservation de l'efficacité des antibiotiques représente un enjeu majeur pour la santé publique et la santé animale. Les Producteurs de poulet du Canada ont élaboré et mis en place une stratégie de réduction de l'utilisation des antibiotiques ayant comme objectif ultime d'éliminer l'utilisation préventive des antibiotiques d’importance en médecine humaine dans les productions de poulets à griller et de dindons. Alors que l’on sait que la réduction des antibiotiques en élevage de poulets de chair est associée à une augmentation de l’incidence d’entérite nécrotique causée par Clostridium perfringens, dont une proportion de cette population bactérienne produit l’entérotoxine qui peut engendrer des conséquences sur la santé humaine, il est difficile de prédire les impacts réels d’une telle stratégie sur les écosystèmes complexes que sont l’intestin des oiseaux et les élevages commerciaux de poulets de chair. Les principaux objectifs de la présente étude étaient donc de quantifier l'abondance des gènes de résistance aux antibiotiques, d'évaluer la présence de C. perfringens et de son entérotoxine et de caractériser la composition du microbiote cæcal dans les bâtiments de six fermes commerciales de poulets de chair, au Québec. À court terme (15 mois), les bâtiments de ces fermes ont été soumis à un régime conventionnel ou à un régime sans antibiotiques. Puis, à long terme (6 ans), les bâtiments ont utilisé un régime promouvant une utilisation judicieuse des antibiotiques ou un régime conventionnel. La mise en place d'un régime sans antibiotiques pendant une période de 15 mois n'a pas permis d’observer une réduction de l'abondance de plusieurs gènes de résistance aux antibiotiques, contrairement à l'utilisation judicieuse des antibiotiques pendant 6 ans. Le retrait des antibiotiques à court terme et l’utilisation judicieuse à long terme ont modifié la composition du microbiote cæcal, les familles de Ruminococcaceae et de Lachnospiraceae étant influencées négativement, en plus de diminuer les performances zootechniques et d’augmenter les populations de C. perfringens à court terme. Le régime conventionnel à long terme dans les élevages commerciaux de poulets de chair a été associé à une augmentation de plusieurs gènes de résistance aux antibiotiques dans de nombreuses fermes. Cette étude met en évidence les impacts potentiels des différents régimes d'élevage en production avicole et aidera à orienter les futures politiques afin de réduire l'utilisation des antibiotiques et ultimement contrer le phénomène de la résistance aux antibiotiques. / The ever-increasing problem of antibiotic resistance makes routine use of antibiotics in animal production no longer considered as a reasonable and viable practice. Preserving the effectiveness of antibiotics represents a major challenge for public and animal health. The Chicken Farmers of Canada have developed and are implementing an Antimicrobial Use Reduction Strategy which ultimate goal is eliminating the preventive use of medically-important antibiotics in broiler chicken and turkey productions. While it is known that the reduction of antibiotics in broiler chicken farms is associated with an increase in the incidence of necrotic enteritis caused by Clostridium perfringens, to which a proportion of this bacterial population produces the enterotoxin who can also generates consequences for human health, very little is known about the real overall impact of an antibiotic use reduction strategy in complex ecosystems such as the bird intestine or the commercial broiler chicken farm. The main objectives of the present study were to quantify the abundance of antibiotic resistance genes, to assess the presence of Clostridium perfringens and his enterotoxin and to characterize the composition of the cæcal microbiota in broiler chicken flocks from six commercial farms located in Québec and submitted to either a short-term conventional or drug-free program (15 months) or a long-term conventional or judicious antibiotic use program (six years). Implementing an antibiotic-free program over a 15-month period did not reduce the abundance of many antibiotic resistance-encoding genes, whereas a judicious use of antibiotics over six years did. The short-term antibiotic withdrawal and the long-term judicious use strategy altered the cæcal microbiota composition, with Ruminococcaceae and Lachnospiraceae families being negatively impacted, in agreement with the lower production performance and with the increased C. perfringens populations observed for farms phasing out the use of antibiotics in a short-term antibiotic withdrawal. Adopting a long-term conventional rearing program on commercial broiler chicken farms selected for specific antibiotic resistance-encoding genes in many barns. This study highlights the potential impacts of different rearing programs in poultry production and will help guide future policies in order to reduce the use of antibiotics and ultimately reduce the phenomenon of antibiotic resistance.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

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Clostridium perfringens entérotoxinogène figure parmi les principales causes de toxi-infection alimentaire dans le monde. L’utilisation d’une approche par culture bactérienne classique pour isoler C. perfringens entérotoxinogène dans la viande de volailles est courante. Cependant, cette méthode d’isolement de ce microorganisme s’appuie sur le phénotype d’une double hémolyse attribuable, alors que peu des souches entérotoxinogènes de C. perfringens n’en produisent. Cet aspect complique ainsi l’étude des réservoirs de cet important pathogène. Les objectifs de cette étude étaient de valider la capacité d’une sonde marquée à la digoxigénine à détecter le gène cpe codant pour l’entérotoxine de C. perfringens et de valider l’utilisation d'une approche d'isolement combinée à l'hybridation sur colonie pour détecter C. perfringens entérotoxinogène. Des échantillons de liquides de rinçage de carcasses de poulets de chair ont été utilisés pour la réalisation de la présente étude. L’ADN et colonies lysées de souches entérotoxingènes de C. perfringens, et des échantillons de liquides de rinçage de carcasses de poulets de chair ont été soumis à la méthode d'hybridation sur colonie afin d'identifier la présence du gène cpe de C. perfringens. Les résultats de cette étude ont montré que la sonde d’ADN synthétisée est spécifique et sensible, permettant ainsi la détection du gène cpe de C. perfringens à partir de séquences d’ADN et de colonies lysées d’une souche contrôle de C. perfringens positifs au gène cpe, mais aussi à partir de colonies isolées des échantillons de liquides de rinçage de carcasses de poulets de chair contaminés artificiellement par C. perfringens entérotoxinogène. Notre étude suggère que cette méthode d’isolement combinée à l’hybridation sur colonie permet de récupérer C. perfringens entérotoxinogène à partir d’échantillons de liquides de rinçage de carcasses de poulets de chair. / Enterotoxigenic Clostridium perfringens is one of the main causes of foodborne illness worldwide. The use of a conventional bacterial culture approach to isolate enterotoxigenic C. perfringens from poultry meat is common. However, this method relies on the phenotype of attributable double hemolysis, whereas few enterotoxigenic strains of C. perfringens produce it. This aspect complicates the study of the reservoirs of this important pathogen. The objectives of this study were to validate the ability of a digoxigenin-labeled probe to detect the cpe gene encoding C. perfringens enterotoxin and to validate the use of an isolation approach combined with hybridization on colony to detect enterotoxigenic C. perfringens. DNA and pure colonies of enterotoxigenic strains of C. perfringens, and samples of broiler carcass rinses were subjected to the colony hybridization method to identify the presence of the cpe gene encoding the C. perfringens enterotoxin. The results of the present study revealed that the synthesized DNA probe is sensitive, thus allowing the detection of the cpe gene of C. perfringens from DNA sequences and from lysed colonies of a control strain of C. perfringens positive for the cpe gene. The probe also hybridized to the DNA of lyzed colonies isolated from carcass rinsates artificially contaminated with cpe-positive C. perfringens. Our study suggests that this isolation method combined with colony hybridization allows the recovery of enterotoxigenic C. perfringens from broiler carcass rinse fluid samples.