<p>The objective of this thesis was to investigate the effect of dietary enzymatically treated yeast (ETY) in weanling pigs and evaluate the effect of ETY in broiler chickens during a coccidia challenge. Two studies were carried out to investigate this objective.</p> <p>The first experiment examined the effect of ETY on the growth performance, nutrient digestibility, immune response, and gut health of weanling pigs. A total of 192 weanling pigs (6.0 ± 1.04 kg) were allocated to 4 corn, soybean-based diets with increasing concentrations of ETY (0, 1, 2, or 4 g/kg) for a 43-d trial. There were 8 replicate pens (4 replicate pens per sex) and 6 pigs per replicate for each dietary treatment. The experiment was set up as a randomized complete block design. Dietary ETY supplementation did not affect the growth performance of weanling pigs. The ATTD of neutral detergent fiber (NDF) linearly increased (P < 0.05) at d 28. The concentrations of serum antioxidant and antibody markers increased (P < 0.05) from d 14 to d 43; a linear increase (P < 0.05) in catalase was observed on d 14 with increasing ETY supplementation in the diets. The inclusion of ETY in the diet did not affect the mRNA abundance of anti-inflammatory markers in the ileal mucosa of pigs but increased (P < 0.01) glutathione peroxidase 4. Ileal villus height (VH) and villus height to crypt depth (VH:CD) ratio were greater (P < 0.05) in pigs fed ETY supplemented diets relative to control pigs. However, jejunal VH and the VH:CD ratio was not affected by ETY inclusion in the diet. Pigs fed diets with increasing ETY levels had higher (P < 0.05) ileal digesta butyrate concentration relative to control pigs, but not propionate or acetate. </p> <p>The second experiment examined the effect of ETY on the growth performance, nutrient digestibility, and intestinal health of broiler chickens during a coccidia challenge. From d 1 to 14 post hatching, 480 broiler chickens (49.9 ± 3.95 g) were allocated to 3 corn-soybean meal-based diets with increasing concentrations of ETY (0, 1, or 2 g/kg). There were 16 replicate cages and 10 birds per cage. The experiment was designed as a randomized complete block design with body weight (BW) used as a blocking factor. On d 14 post hatching, the birds were combined and re-randomized within each of the 0, 1, or 2 ETY g/kg experimental diets. Following this, the number of birds was reduced to 8 birds per cage with 8 replicate cages. Each of the 3 diet groups was split into a challenge or no-challenge group. This resulted in a 3 × 2 factorial arrangement of treatments with 3 experimental diets and 2 challenge states. The BW ratio before re-randomization was maintained across all treatments during the reallotment. On d 15 post hatching, the birds in the challenge group were orally gavaged with 1 mL solution containing 25,000, 25,000, and 125,000 oocysts of E. maxima, E. tenella, and E. acervulina, respectively. The birds belonging to the no-challenge group were orally gavaged with 1 mL phosphate buffered saline. Data were analyzed using the MIXED procedure of SAS, and polynomial contrasts were used to estimate the linear and quadratic effects of ETY. The coccidia challenge (CC) decreased (P < 0.01) the BW gain, feed intake, and G:F of broiler chickens from d 14 to 21. Increasing supplementation of dietary ETY improved (P < 0.05) the G:F of birds. Also, the CC reduced (P < 0.01) the apparent total tract utilization of dry matter (DM), nitrogen (N) and gross energy (GE). The CC reduced (P < 0.01) the apparent metabolizable energy (AME) and the nitrogen corrected apparent metabolizable energy (AMEn) of diets fed to broiler chickens. On d 21, dietary ETY linearly increased (P < 0.01) the apparent ileal digestibility of DM, N, and GE in broiler chickens. The CC increased (P < 0.01) the mRNA gene expression of TNFα, IL-1β, IL-10, and IL-6. There was a tendency (P < 0.1) for ETY to reduce IL-1β expression in broiler chickens on d 21. Additionally, ETY supplementation increased (P < 0.05) the gene expression of occludin in the ceca of broiler chickens but not claudin 1. Serum catalase increased (P < 0.05) with increasing supplementation of dietary ETY in broiler chickens on d 21. Dietary ETY linearly increased (P < 0.05) the ileal villus height to crypt depth ratio and ileal goblet cell count and density in broiler chickens. The ileal and excreta oocyst counts decreased (P < 0.01) with increasing supplementation of dietary ETY in coccidia-challenged broiler chickens on d 21. </p> <p>In summary, ETY inclusion in diets of weanling pigs partially reduced reactive oxygen species damage and enhanced intestinal health without negatively affecting growth performance. Hence, ETY could be favorable in attenuating some of the deleterious effects of post-weaning stress in weanling pigs. Dietary ETY also reduced oxidative damage, improved growth performance, enhanced nutrient utilization, and augmented intestinal development in broiler chickens. However, the inclusion of ETY did not mitigate the adverse effects of a coccidia challenge in broiler chickens. Therefore, further studies may be necessary to investigate the prospect of ETY as a dietary strategy for combating coccidiosis.</p> <p><br></p>

La diarrhée colibacillaire post-sevrage (DCPS) est une infection intestinale endémique dans les fermes porcines à l’échelle mondiale. Cette maladie est causée principalement par la présence et la multiplication au niveau de l’intestin des porcelets d’un pathotype d’Escherchia coli, nommé E. coli entérotoxinogène (ETEC) et en particulier celui qui exprime l’adhésine F4 (K88) (ETEC: F4). Le sérogroupe ETEC: O149 a été le plus isolé à partir des cas de DCPS à travers le monde. Plusieurs études ont rapporté un taux de résistance important des souches O149: F4 contre les antibiotiques qui sont classiquement utilisés pour traiter cette infection et en particulier les aminoglycosides. Ainsi, pour remédier aux échecs thérapeutiques observés dans les fermes porcines au Canada, les vétérinaires ont commencé à utiliser, sous leurs responsabilités, un antibiotique, la colistine sulfate (CS), qui n’est pas homologué en production animale au Canada. Cette étude avait pour buts d’étudier la pharmacocinétique de la CS in vitro et in vivo, de développer une technique sensible pour une quantification plasmatique de la CS, de déterminer son efficacité thérapeutique in vivo dans un modèle d’infection expérimentale de DCPS et de caractériser la résistance d’E. coli consécutive à l’utilisation thérapeutique de la CS chez le porc. Une simulation du liquide gastrique (SLG) a été préparée, et après l’ajout de la CS et de la pepsine à cette solution, les concentrations de la CS ont été mesurées par chromatographie liquide à haute performance couplée à la spectrométrie de masse en tandem (HPLC-MS/MS). Une dégradation rapide de CS a été constatée dans la SLG et a été accompagnée par la formation de produits de dégradation qui ont démontré une activité microbienne plus importante par comparaison avec la molécule mère (CS). Dans un volet in vivo, l’infection expérimentale des porcelets sevrés par une souche ETEC: F4 n’a pas augmenté l’absorption digestive de la CS dans un modèle subclinique de DCPS chez le porc. L’administration orale de la CS à la dose thérapeutique de 50,000 UI/kg à raison de 2 fois par jour pendant 5 jours pour traiter la DCPS dans des conditions expérimentales a entraîné une réduction significative de l’excrétion fécale de la souche infectieuse (ETEC : F4), de la population totale d’E. coli et des scores de diarrhée, uniquement pendant la période du traitement. Cependant, ces résultats ont été accompagnés par une légère augmentation dans l’excrétion fécale des E. coli résistants à la colistine, et le traitement n'a pas empêché la perte de poids des porcs infectés. En revanche, l’infection expérimentale des porcelets par ETEC: F4 a augmenté l’absorption digestive de la CS dans un modèle clinique de diarrhée colibacillaire chez le porc. Cette étude a permis de générer pour la première fois des données scientifiques concernant l’efficacité thérapeutique, la pharmacocinétique et la résistance à la colistine dans un modèle de DCPS chez le porc. Elle a également remis en doute la pertinence économique d’augmenter la dose de CS pour accélérer le rétablissement clinique des porcs. Finalement, elle a indiqué que des conditions d’élevage optimales, sans autres facteurs prédisposants, étaient aussi efficaces que la CS dans l’amélioration des symptômes cliniques de la DCPS. / Post-weaning diarrhea (PWD) caused by Escherichia coli is an endemic intestinal infection in pig farms worldwide. This disease is mostly the consequence of the presence and the multiplication in piglet’s gut of an Escherchia pathotype, named enterotoxigenic E. coli (ETEC) and in particular those that express the F4 (K88) fimbrial adhesin (ETEC: F4). The predominant serogroup of E. coli isolated from piglets with PWD worldwide is O149. Several studies have reported a significant resistance rate of O149 ETEC strains against commonly used antibiotics for the treatment of PWD, particularly, aminoglycosides. Thereby, to address therapeutic failures observed in pig farms during PWD treatment, veterinarians in Canada started using, under their responsibilities, the colistin sulfate (CS), an antibiotic not approved for farm animals in Canada. The objectives of this thesis were: to study the pharmacokinetics of CS in vitro and in vivo, to develop a sensitive method for the quantification of CS plasma concentrations in pigs, to determine the therapeutic efficacy of CS in an experimental model of PWD, and to characterize the resistance of E. coli to colistin consecutive to its therapeutic use in pigs. Simulated gastric fluid (SGF) was prepared, and after the addition of CS and pepsin to this solution, the concentrations of CS were followed by liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry (LC-MS/MS). A rapid degradation of CS in the SGF was observed, and the degradation products showed a greater antimicrobial activity compared to the native CS. On the other hand, the experimental challenge of piglets with an ETEC: F4 strain has not increased the CS intestinal absorption in a subclinical model of PWD in pigs. The oral administration of a therapeutic dose of CS at 50,000 IU/kg twice a day for 5 successive days to treat an experimental PWD in pigs, resulted in a significant reduction of fecal ETEC: F4 and total E. coli shedding, and in diarrhea scores but only during the treatment period. However, CS treatment resulted in a slight increase in fecal shedding of CS resistant E. coli and did not prevent weight loss in challenged pigs. In addition, challenge with ETEC: F4 resulted in an increase of CS intestinal absorption in a clinical model of PWD. This study has generated, for the first time, scientific data regarding CS therapeutic efficacy, its pharmacokinetic and the selection of E. coli colistin resistant in an experimental model of PWD in pigs. It also challenged the economic relevance of increasing CS oral doses to accelerate the clinical recovery of pigs. Finally, it indicated that optimal housing conditions were without other predisposing factors, effective as CS in improving clinical symptoms of experimental PWD in pigs.

Les E. coli entérotoxinogènes (ETEC) sont souvent la cause de diarrhée post-sevrage chez le porc. Deux types d’entérotoxines sont retrouvées chez les ETEC, soit les thermolabiles, comme la toxine LT, et les thermostables, comme EAST-1, STa et STb. Cette dernière est composée de 48 acides aminés et est impliquée dans la pathologie causée par les ETEC. Pour la première fois un variant de la toxine STb fut découvert dans une étude. Nous avons alors émis l’hypothèse qu’il y a présence de variants dans la population de souches ETEC du Québec. Dans les 100 souches STb+ analysées, 23 possédaient le gène de la toxine avec une variation dans la séquence génétique : l’asparagine était présente en position 12 remplaçant ainsi l’histidine. Une corrélation entre la présence du variant et la présence de facteurs de virulence retrouvés dans ces 100 souches ETEC étudiées a été effectuée. Ce variant semble fortement associé à la toxine STa puisque toutes les souches variantes ont hybridé avec le gène codant pour cette dernière. Étant donné sa présence répandue dans la population de souches ETEC du Québec, nous avons de plus émis l’hypothèse que ce variant a des caractéristiques biologiques altérées par rapport à la toxine sauvage. L’analyse par dichroïsme circulaire a montré que le variant et la toxine sauvage ont une structure secondaire ainsi qu’une stabilité similaires. Par la suite, l’attachement au récepteur de la toxine, le sulfatide, a été étudié par résonnance plasmonique de surface (biacore). Le variant a une affinité au sulfatide légèrement réduite comparativement à la toxine sauvage. Puisque l’internalisation de la toxine fut observée dans une étude précédente et qu’elle semble liée à la toxicité, nous avons comparé l’internalisation du variant et de la toxine sauvage à l’intérieur des cellules IPEC-J2. L’internalisation du variant dans les cellules est légèrement supérieure à l’internalisation de la toxine sauvage. Ces résultats suggèrent que le variant est biochimiquement et structurellement comparable à la toxine sauvage. / Enterotoxigenic Escherichia coli (ETEC) are a major cause of post-weaning diarrhea. STb is one of two heat-stable toxins produced by ETEC and is mostly associated with pathogenic porcine isolates. For the first time, a variant of the toxin was observed in a study in 2003. Our hypothesis is that STb variants are present in ETEC strains from Quebec. To screen for alterations at the gene level, a collection of 100 STb+ ETEC strains isolated from diseased pigs was randomly selected and analyzed. A total of 23 strains had a change from His12 to Asn. An association between the presence of the variant and virulence factors present in those strains was done. These strains were also positive for STa. Since this variant seems to be widely distributed in Quebec, we hypothesize that the variant has different biological properties compared to the wild-type STb. First, the secondary structure of the variant and wild-type toxin and their thermal stability was determined by circular dichroism. Both show similar structures and thermal stability. In addition, the binding affinity with the toxin receptor, the sulfatide, was determined by surface plasmon resonance. The affinity of the wild-type for the sulfatide is slightly superior to the variant. Finally, the internalization inside IPEC-J2 cells of the variant was compared to the wild-type. The variant is able to internalize more cells than the wild-type. Altogether, these results suggest that both the variant and the wild-type toxin are biochemically and structurally similar.

Les E. coli entérotoxinogènes (ETEC) sont souvent la cause de diarrhée post-sevrage chez le porc. Deux types d’entérotoxines sont retrouvées chez les ETEC, soit les thermolabiles, comme la toxine LT, et les thermostables, comme EAST-1, STa et STb. Cette dernière est composée de 48 acides aminés et est impliquée dans la pathologie causée par les ETEC. Pour la première fois un variant de la toxine STb fut découvert dans une étude. Nous avons alors émis l’hypothèse qu’il y a présence de variants dans la population de souches ETEC du Québec. Dans les 100 souches STb+ analysées, 23 possédaient le gène de la toxine avec une variation dans la séquence génétique : l’asparagine était présente en position 12 remplaçant ainsi l’histidine. Une corrélation entre la présence du variant et la présence de facteurs de virulence retrouvés dans ces 100 souches ETEC étudiées a été effectuée. Ce variant semble fortement associé à la toxine STa puisque toutes les souches variantes ont hybridé avec le gène codant pour cette dernière. Étant donné sa présence répandue dans la population de souches ETEC du Québec, nous avons de plus émis l’hypothèse que ce variant a des caractéristiques biologiques altérées par rapport à la toxine sauvage. L’analyse par dichroïsme circulaire a montré que le variant et la toxine sauvage ont une structure secondaire ainsi qu’une stabilité similaires. Par la suite, l’attachement au récepteur de la toxine, le sulfatide, a été étudié par résonnance plasmonique de surface (biacore). Le variant a une affinité au sulfatide légèrement réduite comparativement à la toxine sauvage. Puisque l’internalisation de la toxine fut observée dans une étude précédente et qu’elle semble liée à la toxicité, nous avons comparé l’internalisation du variant et de la toxine sauvage à l’intérieur des cellules IPEC-J2. L’internalisation du variant dans les cellules est légèrement supérieure à l’internalisation de la toxine sauvage. Ces résultats suggèrent que le variant est biochimiquement et structurellement comparable à la toxine sauvage. / Enterotoxigenic Escherichia coli (ETEC) are a major cause of post-weaning diarrhea. STb is one of two heat-stable toxins produced by ETEC and is mostly associated with pathogenic porcine isolates. For the first time, a variant of the toxin was observed in a study in 2003. Our hypothesis is that STb variants are present in ETEC strains from Quebec. To screen for alterations at the gene level, a collection of 100 STb+ ETEC strains isolated from diseased pigs was randomly selected and analyzed. A total of 23 strains had a change from His12 to Asn. An association between the presence of the variant and virulence factors present in those strains was done. These strains were also positive for STa. Since this variant seems to be widely distributed in Quebec, we hypothesize that the variant has different biological properties compared to the wild-type STb. First, the secondary structure of the variant and wild-type toxin and their thermal stability was determined by circular dichroism. Both show similar structures and thermal stability. In addition, the binding affinity with the toxin receptor, the sulfatide, was determined by surface plasmon resonance. The affinity of the wild-type for the sulfatide is slightly superior to the variant. Finally, the internalization inside IPEC-J2 cells of the variant was compared to the wild-type. The variant is able to internalize more cells than the wild-type. Altogether, these results suggest that both the variant and the wild-type toxin are biochemically and structurally similar.

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