Dr. rer. nat. Ronnie Gueta

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Dr. rer. nat. Ronnie Gueta

LABOKLIN GmbH & Co. KG, Bad Kissingen, Deutschland

Das Mikrobiom des Hundes –

Grundlagen, Diagnostik und Therapieansätze

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Darmbarriere

Mukus mit wandständiger Mikroflora

• Selbstverdauungsschutz, Barriere gegen Fremdkeime Sekretorisches IgA

• Bildung von Antigen-Antikörperkomplexen Schleimhautzellen mit Tight Junctions

• Mechanische Barriere

Gut associated lymphoid tissue (GALT)

• Intraepitheliale Lymphozyten, Antigenaufnahme, Immunologisches Training

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Intestinales Mikrobiom

• Darmlumen, -schleim und andere mukosalen Oberflächen mit Mikroorganismen besiedelt → Mikrobiom

• 60 % Fäkalmasse durch Bakterien, 2 % Anteil am Körpergewicht

• Dünndarm: 10

³

- 10

⁶

Zellen/g Kot, Dickdarm: 10

⁹

- 10

¹²

Zellen/g Kot

• 99,9 % Anaerobier, < 0,1 % Aerobier

• 10x mehr Bakterien als Körperzellen

• Dichtest besiedelte bakterielle Ökosystem der Welt!

Bacterial biofilm with microbiota. Image courtesy of the Lewis Lab at Northeastern University. Image created by Anthony D'Onofrio, William H. Fowle and Kim Lewis.

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Funktion und Bedeutung

Förderung des Stoffwechsels und Durchblutung der Darmmukosa

• Enzymatische Synthese von Vitaminen und anderen Mikronährstoffen bspw. B12

• Verstoffwechslung von Kohlenhydraten und unverdaulichen Oligosacchariden

• Synthese kurzkettiger Fettsäuren wie Butyrat, Propionat und Acetat

Antimikrobielle Schutzfunktion

• Bildung einer Schleimhaut - Mechanische Barriere

• Aufbau der Kolonisationsresistenz

• Produktion antimikrobieller Stoffwechselprodukte (H₂0₂, Bakteriozine)

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Funktion und Bedeutung

Immunomodulation

• Stimulation des darm-assoziierten Immunsystems (GALT)

• Sekretion von sIgA, ß-Defensinen, Lactoferrin uvm.

Instandhaltung der Schleimhautbarriere

• Regulation der Zell-Zellverbindungen (Tight junctions)

Noth, Rainer & Lange-Grumfeld (2011),

BMC gastroenterology. 11. 109. 10.1186/1471- 230X-11-109.

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Klinische Beschwerden bei

Darmdysbiosen

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Darmdysbiose und Gastrointestinaltrakt

• Chronisch- und akut-entzündliche Darmerkrankungen

• Blähungen, Durchfall, Verstopfung

• SIBO, Reizdarmsyndrom

• Maldigestion, Malabsorption, Mikronährstoffdefizite

• A, D, E, K, B12 ↓ und/oder

Folsäure ↑

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Kurzkettige Fettsäuren - Funktion

• Acetat, Propionat, Butyrat

• Aufrechterhaltung der Schleimhautintegrität

• Glukose-Homöostase

• Lipid-Metabolismus

• Regulation des Appetit- und Energiestoffwechsels

• Immunregulation und

Entzündungsantwort

Morrison DJ, Preston T. Formation of short chain fatty acids by the gut microbiota and their impact on human metabolism. Gut Microbes.

2016;7(3):189-200.

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Dysbiose und Schleimhautbarriere

• Futtermittelunverträglichkeiten

• Allergien

• Neurodermitis, Juckreiz

• Akne, Urtikaria, Ekzeme

• Psoriasis, Mykosen, Schuppen

• Fell- und Haarverlust

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Leaky Gut – Silent Inflammation

• Vermehrte Invasion von Bakterien und Viren → Öffnung der Zellverbindungen zur Deckung erhöhten Energiebedarfs

• Entzündungsreaktionen durch Übertritt von Allergenen und Mikroorganismen führt zu Schäden an anderen Zellen

• Verteilung von Entzündungsmediatoren über Gefäßkreislauf in den gesamten Organismus

→ Initiierung oder Verstärkung verschiedenster Pathomechanismen

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Darmdysbiose und Immunsystem

• Immunabwehrschwächen

• Chron. Asthma, Rhinitis, Bronchitis

• Chronische Harnwegs- und Unterleibsentzündungen

• Darm- und sonstige Schleimhautmykosen

• Rezidivierende Parasitosen

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Abbildungen aus KENNEDY et al. 1987

REM von der Caecal-Schleimhaut einer unbehandelten Maus nach Gabe von Candida albicans.

REM von der Caecal-Schleimhaut einer Penicillin-behandelten Maus nach Gabe von Candida albicans.

Kolonisationsresistenz

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Autenrieth et. al (2011)

Darm-assoziiertes Immunsystem (GALT)

Rasterelektronische Aufnahmen von

Dünndarmzotten und Follikel-assoziiertem Epithel mit M-Zellen

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Immunologische Schleimhautvernetzung

• Aufnahme von Antigenen durch M-Zellen, Abgabe an adaptives Immunsystem

• Umwandlung von Lymphozyten in Lymphoblasten, Übertritt in Blutkreislauf

• Homing, Wandlung in sIgA produzierende Plasmazellen

Quelle: www.basicmedicalkey.com/immunity-in-the-gut-mechanisms-and-functions

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Darmdysbiose und Vegetativum

• Stoffwechselstörungen, Adipositas, Diabetes mellitus

• Migräne, Rheumatische Erkrankungen

• Depression, Erschöpfungszustände

• Konzentrationsstörungen, Reizbarkeit

• Autismus, Demenz, Parkinson, MS …

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Darm-Hirn Achse (Neuropsychobiologie)

Dehhaghi, Mona et al. “Microorganisms, Tryptophan Metabolism, and Kynurenine Pathway: A Complex Interconnected Loop InfluencingHuman Health Status.” International journal of tryptophan research : IJTRvol. 12 1178646919852996. 19 Jun. 2019

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Nachweis von

Darmdysbiosen

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Mikrobiologische Verfahren

Mikrobiologische Analyse

• Einfach, günstig, lange etabliert

• Nachweis lebender, vermehrungsfähiger Mikroorganismen

• Gut geeignet zum Nachweis obligat enteropathogener Keime

• Serotypisierung und Resistenztestung möglich

• Alle Tierarten können getestet werden!

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Mikrobiologisch-kulturelle Analyse

• Keine signifikanten Unterschiede bei klinisch gesunden und Tieren mit chronischer Diarrhö

• Mikrobiologische Analyse der Keimzahlen von Enterokokken, Bifidobakterien und Laktobazillen zum Nachweis von Darmdysbiosen nicht geeignet!

n=27, no significance

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Molekularbiologie

Molekularbiologische Analyse

• 16S-rDNA-Sequenzierung

• Kulturunabhängig, aus Nativpräparat möglich

• Hohe Spezifität & gute Quantifizierbarkeit

• Auch anaerobe Keime & Bakterien mit unbekannten Wachstumsbedingungen

• Alle Mikroorganismen nachweisbar!

Kubinyi, E.; Bel Rhali, S. Animals 2020, 10, 1488.

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Dysbiose-Analyse

MK AlShawaqfeh, B Wajid et al. A dysbiosis index to assess microbial changes in fecal samples of dogs with chronic inflammatory enteropathy, FEMS Microbiology Ecology, Volume 93, Issue 11, November 2017

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Darmdysbiose in praxi

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Chronische Durchfälle

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• Signifikant verringerte Kopienzahlen mukosa-protektiver Bakterien

• Faecalibacterium prausnitzii, Blautia spp. und Turicibacter spp.

• erhöhte Prävalenzraten für kolonäre Entzündungsprozesse und Störungen des enterohepatischen Kreislaufs

Dysbiose und chronische Diarrhö

*p<0.05, Wilcoxon-Mann-Whitney-Test

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Fallbeispiel 1

• Hund Leia, Mischling, wk, 5 Jahre

• Chronisch rezidivierende Durchfälle seit mehr als 3 Jahren

• Kot oft hell verfärbt

• Differenzialdiagnostisch alles abgeklärt, unklare Genese

• Antibiotika responsiv (Enrofloxacin)

• Kein offensichtlicher Zusammenhang mit bestimmten

Futtermitteln

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Fallbeispiel 1

Entzündung ↑

Anaerobier ↓

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Fallbeispiel 1

Anaerobier ↓ Anaerobier ↓

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Allgemeine Therapieempfehlung

• Futtermittelumstellung, leichtverdaulich, geringer bis gemäßigter Fettgehalt

• Kein Rohfutter und allergenreiche Futtermittelbestandteile!

• Ballaststoffhaltige Zusätze zum Futter (z.B. in Wasser gequollene Flohsamen) wirken präbiotisch

• Nach Abklingen der akuten Symptomatik täglicher Einsatz von qualitativ hochwertigen Probiotika

• Zusätzlich kurweise orale Immuntherapie mit Autovakzinen

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Maldigestion

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Dysbiose & Maldigestion

• Exokrine Pankreasstörungen mit dysbiotischen Veränderungen assoziiert

• Vermehrter Gehalt von hochverdaulichen Kohlenhydraten, Proteinen und Fetten in Dünndarm und Kolon → Höhere Zahl fakultativ pathogener

proteolytischer Keime

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Fallbeispiel 2

• Hund Maddox, Schäferhund, m, 2 Jahre

• Untergewichtig trotz vermehrter Nahrungsaufnahme, Flatulenzen

• Voluminöser Kot mit häufiger Absatzfrequenz (3-4x tgl.)

• Serum: TLI unauffällig; B12 niedrig, Folsäure erhöht

• Kot: Pankreas-Elastase erniedrigt

• Verdacht auf exokrine Pankreasinsuffizienz (EPI)

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Fallbeispiel 2

Anaerobier ↓

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Fallbeispiel 2

Anaerobier ↓

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Inflammatory bowel disease -

IBD

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Dysbiose & Intestinale Entzündung

• Calprotectin → Bestimmung gastrointestinaler Entzündungsgeschehen und zur Beurteilung des allgemeinen Schleimhautzustands

• Darmmikrobiota von Hunden mit erhöhten fäkalen Calprotectin-Werten

→ Unterrepräsentanz mukosaprotektiver Bakterien

• Hohe Kopienzahlen von fakultativ pathogenen, proteolytischen Keimen

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Fallbeispiel 3

• Hund Romeo, Mischling, mk, 10 Jahre

• Chronischer Durchfall, starke Flatulenzen

• Kot manchmal schleimumhüllt, Blutauflagerungen

• Schubweises Auftreten mit symptomfreien Perioden (> 1 Monat)

• Endoskopisch unauffällig

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Fallbeispiel 3

Anaerobier Entzündung

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Fallbeispiel 3

Anaerobier

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Anhang

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Humanes vs Hundedarmmikrobiom

Coelho LP, Roat J et al. Similarity of the dog and human gut microbiomes in gene content and response to diet. Microbiome 2018 6:72

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Geographischer Einfluss

Yatsunenko et al., Nature 486, 222–227

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Yanomami

• 32.000 Angehörige; besiedeln Regenwald und Berge Nordbrasiliens und Südvenezuelas

• 11.000 Jahre isoliert von westlicher Welt

• 2009 Kontaktaufnahme; 34 Proben aus Mund, Haut und Stuhl

• Mikrobiom mit doppelter Diversität, deutlich mehr als bei Ureinwohnern aus Südamerika und Afrika

Clemente JC et al. The microbiome of uncontacted Amerindians. Sci Adv. 2015 Apr 3;1(3). pii: e1500183.

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Diversität ↑

=

Resilienz ↑

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Gründe für Diversitätsverlust

• Art der Geburt

• mütterliches Mikrobiom

• Umwelt (Stadt vs. Land)

• Ernährung

• Medikamente (Antibiotika, PPI, Antidepressiva, Pille…)

• Reizdarm, CED, Fettleibigkeit, Depressionen, Autismus…

Turnbaugh et al., Nature 457, 480-484

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Mikrobiom und Adipositas

schlanker Zwilling

keimfreie Maus

fettleibiger Zwilling fettleibige Maus

schlanke Maus

modifiziert nach Science 341 (6150): 1069-1070

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Mikrobiom und Psyche

• Transfer der Darmflora von aggressive Mäusen auf keimfreie scheue Tiere

→ Verhalten neugieriger und aktiver

• Transfer der Darmflora von scheuen Mäusen auf aggressive Tiere

→ Verhalten scheuer und zurückhaltender

Bercik et al., Gastroenterology. 2011 Aug;141(2):599-609, 609

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Mikrobiom und Depression

• Mäuse wurden drei Stunden jeden Tag von ihren Müttern getrennt → Stress

• normale Mäuse mit Darmflora →

nach Trennung Angst- und Depressionsverhalten

• keimfrei aufgezogene Mäuse →

keine Anzeichen von Angst oder Depression

• Transfer von Bakterien aus normalen Mäusen in keimfreie → Angst und Depression

• Ohne Darmflora kein depressives Verhalten!

McMaster University, Nature Communications; Juli 2015

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Fäkaltransplantation bei Clostridium-difficile-assoziierter Kolitis

• Erste Versuche einer Übertragung von Stuhl über Nasensonden in den Dünndarm erkrankter Patienten zeigten 92 % therapeutischen Erfolg

• Stuhltransplantation bei einer randomisierten kontrollierten nicht verblindeten niederländisch-finnische Studie deutlich überlegen

→ Vorzeitiger Abbruch

• 42 Studienpatienten mit einem bis neun Rückfälle einer Clostridium- difficile-Enterokolitis

• Stuhltransplantation mittels nasoduodenaler Sonde bei 16 Patienten nach viertägiger Vancomycin-Gabe und Darmreinigung

Van Nood E, Vrieze A. Duodenal Infusion of Donor Feces for Recurrent Clostridium difficile. N Engl J Med 2013; 368:407-415

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Fäkaltransplantation bei Clostridium-difficile-assoziierter Kolitis

• Therapie bei 13 Patienten (81 %) im ersten Anlauf, mit zweiter Stuhltransplantation bei zwei der verbliebenen drei Patienten erfolgreich

• In Kontrollgruppen (Vancomycin und Darmreinigung bzw. nur Vancomycin) nur drei von dreizehn Patienten (23 %) rezidivfrei

• Bio-Diversität des Stuhls bei antibiotikaassoziier- ter Kolitis im Vergleich zu normalem Stuhl deutlich reduziert

• Geschädigte Darmflora begünstigt Rückfälle dank verminderter Kolonisationsresistenz

Van Nood E, Vrieze A. Duodenal Infusion of Donor Feces for Recurrent Clostridium difficile. N Engl J Med 2013; 368:407-415

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