UNIVERSITEIT GENT

FACULTEIT DIERGENEESKUNDE

Academiejaar 2015 -2016

HET VOORKOMEN VAN SLINGERZIEKTE BIJ VARKENS

door

Eva DEROO

Promotor: Prof. dr. Eric Cox Literatuurstudie in het kader

van de Masterproef

© 2016 Eva Deroo

Universiteit Gent, haar werknemers of studenten bieden geen enkele garantie met betrekking tot de

juistheid of volledigheid van de gegevens vervat in deze masterproef, noch dat de inhoud van deze

masterproef geen inbreuk uitmaakt op of aanleiding kan geven tot inbreuken op de rechten van

derden.

Universiteit Gent, haar werknemers of studenten aanvaarden geen aansprakelijkheid of

verantwoordelijkheid voor enig gebruik dat door iemand anders wordt gemaakt van de inhoud van de

masterproef, noch voor enig vertrouwen dat wordt gesteld in een advies of informatie vervat in de

masterproef.

UNIVERSITEIT GENT

FACULTEIT DIERGENEESKUNDE

Academiejaar 2015 -2016

HET VOORKOMEN VAN SLINGERZIEKTE BIJ VARKENS

door

Eva DEROO

Promotor: Prof. dr. Eric Cox Literatuurstudie in het kader

van de Masterproef

© 2016 Eva Deroo

VOORWOORD

Ik ben enorm geïnteresseerd in de varkenssector en zou me daarin graag willen specialiseren.

Daarom ben ik zeer tevreden dat ik de kans heb gekregen om dit veelvoorkomend probleem

‘slingerziekte’ verder uit te werken.

Het opzoeken van literatuur en het verwerken van de informatie liepen niet altijd even vlot. Dankzij de

steun van vele mensen kon ik deze literatuurstudie toch volbrengen.

Mijn promotor Prof. dr. Eric Cox wil ik hartelijk bedanken voor het begeleiden van mijn literatuurstudie

in het kader van de masterproef. Zijn richtlijnen, verbeteringen en nuttige tips hebben mij goed vooruit

kunnen helpen tijdens het maken van dit werk. Hij gaf mij de mogelijkheid om het ECMIS congres in

Gent bij te wonen op 12 juli 2015. Ondanks zijn drukke agenda, was hij steeds bereid om mijn vragen

te beantwoorden.

Daarnaast wil ik mijn vrienden bedanken voor het nalezen van mijn werk.

Tot slot mogen mijn ouders zeker niet ontbreken. Door hun financiële en mentale steun krijg ik de

mogelijkheid om deze studies te volgen.

INHOUDSOPGAVE

VOORWOORD

INHOUDSOPGAVE

SAMENVATTING p.1

INLEIDING p.2

LITERATUURSTUDIE p.3

1. ESCHERICHIA COLI BACTERIE p.3

1.1. E. COLI, DE VEROORZAKER VAN SLINGERZIEKTE p.3

1.2. DRIE BELANGRIJKE OPPERVLAKTESTRUCTUREN p.3

1.2.1. Flagellen p.3

1.2.2. Pili p.3

1.2.3. Fimbriae p.4

1.2.4. De twee F18-varianten p.5

1.3. DE OPBOUW VAN FED F p.5

1.3.1. Opbouw van het Fed F lectine domein p.5

1.3.2. Een polybasische regio van Fed F p.6

2. DE E. COLI-RECEPTOREN p.7

2.1. OPBOUW E. COLI-RECEPTOREN p.7

2.2. DE EXPRESSIE VAN DE E. COLI-RECEPTOREN DOOR F18R-GEN p.7

2.3. DE LIGGING EN BEÏNVLOEDING VAN F18R-GEN p.7

2.4. EXPRESSIE VAN BIJKOMENDE PROTEÏNEN: HSP EN TF p.8

3. DE EIGENLIJKE INTERACTIE TUSSEN DE KIEM EN ZIJN RECEPTOR p.8

4. PATHOGENESE, LETSELS EN SYMPTOMEN p.8

4.1. OPNAME EN ADHESIE VAN DE KIEM p.8

4.2. HET SHIGATOXINE p.9

4.3. LETSELS EN SYMPTOMEN p.10

5. IMMUNITEIT p.11

5.1. VERSCHIL IN IMMUUNRESPONS TEGENOVER F4+ EN F18+ E. COLI p.11

5.2. HET VACCINEREN TEGENOVER VTEC p.11

6. PREVENTIE p.12

6.1. STRESS REDUCEREN p.12

6.2. AANGEPASTE OMGEVING p.12

6.3. ANTIBIOTICA p.13

6.4. ZINKOXIDE p.14

6.4.1. Het gebruik van zinkoxide in de praktijk p.14

6.4.2. Voordelen bij het gebruik van zinkoxide p.14

6.4.3. Nadelen bij het gebruik van zinkoxide p.15

6.5. ORGANISCHE ZUREN p.15

6.5.1. Soorten organische zuren p.15

6.5.2. Algemeen werkingsmechanisme p.16

6.5.3. Toepassingen in de biggenhouderij p.16

6.6. TOEVOEGEN VAN ANTISTOFFEN IN HET VOEDER p.17

6.7. VACCINATIE p.17

7. EPIDEMIOLOGIE p.18

7.1. ONDERZOEKSMETHODEN p.18

7.2. VOORKOMEN IN BELGIË p.19

BESPREKING p.21

REFERENTIELIJST p.23

1

SAMENVATTING

Slingerziekte is een belangrijke ziekteverwekker in de biggenhouderij. De kiemen die hiervoor

verantwoordelijk zijn, zijn de F18-positieve Escherichia coli bacteriën. Na orale opname is de kiem in

staat om te adhereren ter hoogte van de enterocyten van de dunne darm door middel van de F18-

fimbriae. Fed F is het adhesine van deze fimbriae, dat zorgt voor de binding van deze kiem aan de

receptoren. De F18-receptoren zijn bloedgroepsuikers, die aanwezig zijn ter hoogte van de

enterocyten van de dunne darm. Aan de hand van fysische interacties, treedt er een binding op tussen

de F18-fimbriae en de F18-receptoren. Na deze adhesie, start de bacterie met vermenigvuldigen en

de productie van een exotoxine. Dit toxine wordt het vasotoxine, neurotoxine, verotoxine (VT)2e of

shigatoxine (Stx)2e genoemd. Het shigatoxine zal capillairen beschadigen door necrose van de tunica

media te veroorzaken. Dit heeft tot gevolg dat er een grote hoeveelheid vocht uit het bloedvatenstelsel

treedt, wat resulteert in oedeem. Typisch is het voorkomen van oedeem ter hoogte van de darmen,

de oogleden en de stembanden. Wanneer de kiem vermenigvuldigt, kan die lyseren waardoor

lipopolysacchariden vrijkomen uit de celwand en in de bloedbaan terecht komt met hyperacute sterfte

tot gevolg.

Orale immunisatie met F18-fimbriae levert weinig mucosale immuniteit op. Dit komt omdat er weinig

antistoffen worden gevormd tegenover het Fed F, dat instaat voor adhesie. Vandaar dat tegenwoordig

gebruik wordt gemaakt van een toxoïd vaccin op basis van het shigatoxine. Andere veelgebruikte

preventieve maatregelen zijn het gebruik van organische zuren of zinkoxide.

Onderzoek toonde aan dat een groot percentage van de biggen in Vlaanderen receptoren voor F18

bezitten. Belangrijke economische verliezen zoals medicatie, groeiachterstand en sterfte zijn te wijten

aan deze hoge gevoeligheidsgraad.

Key words: F18-positieve E. coli – Fed F – F18-receptor – shigatoxine – orale immunisatie -

zinkoxide

2

INLEIDING

Slingerziekte, ook wel oedeemziekte genoemd, is een vaak voorkomende aandoening in de

varkenshouderij die wordt veroorzaakt door F18-positieve Escherichia coli bacteriën. Omdat de

opbouw en de manier van adhesie door de F18-fimbriae een belangrijke rol speelt in de pathogenese,

wordt deze uitvoerig besproken in deze literatuurstudie.

Varkens zijn het gevoeligst voor de kiem in de periode van 1 tot 2 weken na het spenen. Dit is te

verklaren door het voorkomen van receptoren voor deze kiem op de enterocyten van de gastheer zelf.

In dit werk zullen de belangrijkste factoren die een rol spelen bij de expressie van deze receptor

aangehaald en uitgediept worden.

Verder worden de pathogenese, de symptomen en de letsels van oedeemziekte kort beschreven.

Een woordje over de immuniteit tegenover deze colibacterie ontbreekt niet.

De meest gebruikte methoden ter preventie van slingerziekte worden uitgelegd.

Tot slot wordt aan de hand van enkele epidemiologische gegevens de gevoeligheid voor deze kiem bij

de Vlaamse varkens beschreven.

3

LITERATUURSTUDIE

1. ESCHERICHIA COLI BACTERIE

1.1. E. COLI, DE VEROORZAKER VAN SLINGERZIEKTE

Slingerziekte bij gespeende biggen wordt veroorzaakt door een Escherichia coli bacterie. E. coli is een

Gram-negatieve bacterie die behoort tot de familie van de Enterobacteriaceae. Het is een facultatief

anaerobe bacterie die de darmflora van het varken bewoont. Pathogene gastrointestinale stammen

worden geclassificeerd naargelang hun virulentiefactoren. De meest voorkomende stammen zijn

enteropathogene E. coli (EPEC), enterotoxigene E. coli (ETEC) en verotoxinogene E. coli (VTEC).

ETEC en EPEC zijn veroorzakers van speendiarree. VTEC veroorzaakt slingerziekte.

De twee belangrijkste virulentiefactoren van deze kiem zijn de F18-fimbriae en het shigatoxine (Souza

da Silva, 2001).

1.2. DRIE BELANGRIJKE OPPERVLAKTESTRUCTUREN

1.2.1. Flagellen

Escherichia coli bacteriën kunnen verschillende haarvormige structuren op hun oppervlak produceren.

Ten eerste komen er flagellen voor. Flagellen hebben een belangrijke motorische en sensorische

functie: ze staan in voor het voortbewegen van de bacterie en het detecteren van de temperatuur in

de omgeving (Pratt en Kolter, 1998).

1.2.2. Pili

Ten tweede zijn er pili aanwezig op het bacterie-oppervlak. Dit zijn vijf tot acht nanometer dikke,

staafvormige en stevige structuren. Bij de meeste E. coli–stammen komen type 1 pili en P-pili voor.

Deze pili zijn opgebouwd uit meerdere grote subeenheden. De grote subeenheid van de type 1 pili en

de grote subeenheid van P-pili vormen samen een helix die een centraal kanaal omsluit. Langsheen

deze filamenten zijn ook kleinere subeenheden gelegen, die voor de adhesie aan de gastheercel

instaan (Hahn et al., 2000).

4

Fig. 1: Elektronenmicrosopisch beeld en 3D structuur van type 1 pili (uit Hahn et al., 2002)

Fig. 2: 3D structuur van P-pili (uit Zakrisson et al., 2015)

1.2.3. Fimbriae

De derde en belangrijkste oppervlaktestructuren zijn de twee tot vijf nanometer dikke, haarvormige en

flexibele fimbriae. Bij ETEC van het varken komen typisch de F4- (K88) en F5- (K99) fimbriae voor. Bij

de colibacteriën die slingerziekte veroorzaken zijn de F18-fimbriae de belangrijkste

oppervlaktestructuren (Hahn et al., 2000). Het operon dat voor de F18-fimbriae codeert, is gelegen op

een plasmide. Dit operon bestaat uit vijf genen: fed A-, fed B-, fed C-, fed E- en fed F-genen. Op dat

plasmide zouden ook genen gelokaliseerd zijn die coderen voor AIDA (adhesin involved in diffuse

adherence) (Bardiau et al., 2010).

Deze fimbriae zijn opgebouwd uit grote en kleine subeenheden. De ruggengraat vormt een helix met

een zigzagpatroon opgebouwd uit duizenden kopieën van de grote subeenheid fed A. De daaraan

geassocieerde kleine subeenheden fed E en Fed F zijn noodzakelijk voor de eigenlijke fimbriële

adhesie aan de enterocyt (Hahn et al., 2000). Anti-Fed F of anti-fed E antistoffen kunnen de adhesie

van de F18–positieve E. coli tegengaan (Smeds et al., 2001). Daarnaast staan de andere twee kleine

subeenheden fed B en fed C respectievelijk in voor de biosynthese van de pilli en als chaperone-eiwit

5

(Bardiau et al., 2010). De F18-fimbriae spreiden zich in situ individueel uit over het bacterie-oppervlak.

Wanneer deze fimbriae geïsoleerd worden en negatief geladen worden door middel van een

sodiumfosfaat-wolfraam, hebben zijn een sterke neiging om te gaan aggregeren (Hahn et al., 2000).

1.2.4. De twee F18-varianten

Er komen twee F18-varianten voor: F18ab en F18ac. Het verschil tussen beide is gelegen in het Fed

A–gen. Het ccg nucleotide dat codeert voor proline op aminozuurresidu 121 is aanwezig bij F18ac. Dit

nucleotide is afwezig of gesubstitueerd bij F18ab stammen. Men veronderstelt dat F18ab zou gelinkt

zijn met VTEC stammen, terwijl F18ac eerder met ETEC stammen gelinkt zou zijn. Er zijn bijna geen

isolaten die F18ac positief en Stx2e positief zijn. Toch blijkt uit diverse experimenten dat er op basis

van serotypering en virulentiefactoren weinig verschil is tussen de F18ab- en de F18ac-varianten.

F18ab- en F18ac- eiwitten dragen gemeenschappelijke epitopen. Beide varianten dragen genen voor

shigatoxinen en/of enterotoxines. Het onderscheiden van die twee varianten op basis van

monospecifieke polyclonale antistoffen is niet mogelijk. Anti-F18ac- antistoffen inhiberen naast de

aanhechting van de F18ac-positieve E. coli bacteriën ook de aanhechting van F18ab-positieve E. coli

bacteriën aan de enterocyten (DebRoy et al., 2009).

1.3. DE OPBOUW VAN FED F

De Fed F-eenheid is aanwezig op het uiteinde van de F18-fimbriae. Fed F is een adhesine dat 280

aminozuren telt. Het bestaat uit een N-terminaal lectine domein en een C-terminaal structureel

domein. Het eerste staat in voor de adhesie met de bloedgroepsuikers op de darmwand. Het C-

terminaal structureel domein verbindt deze adhesieplaats met de fimbriële as (Moonens et al., 2012).

1.3.1. Opbouw van het Fed F lectine domein

De eerste 15 tot 165 aminozuren van Fed F vormen het zeer stabiele N-lectinedomein dat geschikt is

voor de interactie met de bloedgroepsuikers. Dit lectinedomein heeft een langwerpige vorm van 6

nanometer lang en 2,5 nanometer breed. Het domein heeft een β-sandwich-vorm, die opgebouwd is

uit twee vijfstrengige antiparallele β-vouwbladen. De strengen A, G, F, C en D’’ corresponderen

respectievelijk met de strengen A’, B, E , D en D’. Dit alles heeft een immunoglobuline-achtige

morfologie. Een disulfide verbinding tussen cysteine 63 en cysteine 83 verbinden streng C en D. Door

deze stevige brug wordt de totale β-sandwich structuur dicht bij elkaar gehouden. Een tweede

disulfidebrug tussen cysteïne 111 en cysteïne 116 verzorgt de verbondheid van streng D’’ met streng

E. Streng A en de antiparallele streng A’ zijn verbonden via een kleine α-helix, α1. Tussen streng F en

streng E is een tweede α-helix, α2. Een β-haarspeld, gevormd door de strengen C’ en C’’, vormt met

die α2-helix een subdomein dat geen deel uit maakt van de immunoglobuline-achtige kern. Dit

subdomein staat in voor de verbinding van het adherend domein met de rest van Fed F (Moonens et

al., 2012).

6

1.3.2. Een polybasische regio van Fed F

Daarenboven is er nog een extra structuur noodzakelijk om de interactie met de enterocyten mogelijk

te maken. Er zijn twee lysine residuen (Lys 114 en Lys 115) terugvonden in de D’’-E lus. De D’’-E lus

is dicht in de nabijheid van de bilipidenmembraan van de enterocyt gelokaliseerd. De twee positief

geladen lysine residuen worden door de negatief geladen bilipidenmembraan aangetrokken.

Er werd getest of die polybasische regio nu werkelijk betrokken is bij de interactie met het

darmepitheel. Wanneer Lys 114 en Lys 115 vervangen werden door neutrale asparagines, was er een

sterke daling in interactie.

Daarnaast verhindert de polybasische regio dat de bacteriën verwijderd worden door de secretie van

glycoproteïnen (Moonens et al., 2012).

Fig 3: De structuur van adhesine Fed F. Het lectinedomein van Fed F heeft een β-sandwich-vorm, die

opgebouwd is uit twee vijfstrengige antiparallele β-vouwbladen. Daarnaast zijn nog twee

disulfidebruggen aanwezig. Streng A en de antiparallele streng A’ zijn verbonden via een kleine α-

helix, α1. Tussen streng F en streng E is een tweede α-helix, α2 (naar Moonens et al., 2012).

Alfa -2-

helix

Blauw =

lysinegroepen =

polybasiche regio

Groen = bilipidenmembraan =

celmembraan enterocyten

Alfa-1-helix

Alfa -2-

helix

Rood=

Bloedgroepsuikers

rood

Blauw =

lysinegroepen =

polybasiche regio

7

2. DE E. COLI-RECEPTOREN

2.1. OPBOUW E. COLI-RECEPTOREN

F18-fimbriae van E. coli interageren met glycosfingolipiden in de dunne darm van de big die ABH

bloedgroepdeterminanten bezitten. Deze laatste zijn dus de F18-receptoren. Er bestaan type 1 en

type 2 bloedgroepsuikers. Enkel met type 1 bloedgroepsuikers is er interactie mogelijk met de F18-

fimbriae. De type 2 bloedgroepsuikers bezitten een verkeerde configuratie (Coddens A., 2009).

Het H type 1 trisaccharide Fucα2Galβ3GlcNAc is een weinig belangrijk epitoop voor de ligatie met Fed

F adhesine. In bloedgroepen A of B vertonen α3-linked- GalNAc of Gal een veel grotere affiniteit voor

adhesie met de fimbriae (Moonens et al., 2012).

2.2. DE EXPRESSIE VAN DE E. COLI-RECEPTOREN DOOR F18R-GEN

Het voorkomen van deze bloedgroepantigenen stijgt met toenemende leeftijd gedurende de eerste

drie levensweken. Deze expressie blijft daarna dezelfde van 3 tot 23 weken ouderdom. Vandaar dat

de periode van 1 tot 2 weken na het spenen een gevoelige periode is voor het optreden van

slingerziekte (Coddens et al., 2007).

Sommige biggen worden geïnfecteerd door F18-positieve E. coli bacteriën en andere biggen niet. De

F18-receptor (F18R) speelt hierin een belangrijke rol. Enkel biggen die F18R-positief zijn en de juiste

bloedgroepantigenen tot expressie brengen, kunnen geïnfecteerd worden door de kiem. De expressie

van de F18-receptoren op de borstelzoom van duodenale en jejunale enterocyten wordt dus genetisch

bepaald, waarbij expressie van de Escherichia coli F18-receptor (ECF18R) dominant is over

afwezigheid (Zhengchang et al., 2015). Het allel waarbij het varken gevoelig is voor slingerziekte wordt

weergegeven als B, terwijl allel b overeenkomt met resistentie (Meijerink et al., 1997).

2.3. DE LIGGING EN BEÏNVLOEDING VAN F18R-GEN

De locus van het F18R-gen, is dicht gelegen bij genen van de ‘halothane linkage group’ (HAL) en de

FUT-genen (Meijerink et al., 1997).

FUT-genen - die verantwoordelijk zijn voor de vorming van die carbohydraat structuren - zijn

kandidaatgenen voor de controle op bacteriële kolonisatie. Dit komt omdat de carbohydraatstructuren

van bloedgroep-antigenen de adhesie van micro-organismen aan gastheerweefsel mediëren

(Meijerink et al., 1997).

Het alfa(1,2)-fucosyltransferasegen (FUT1) op gastheerchromosoom 6q11 is een gen dat de adhesie

van de bacterie aan de F18-receptor sterk beïnvloed. Het bleek dat de mutatie van guanine naar

adenine op de M307 bindingsplaats van het FUT1-gen receptorvorming mogelijk maakt (Zhengchang

et al., 2015).

8

2.4. EXPRESSIE VAN BIJKOMENDE PROTEÏNEN: HSP EN TF

Daarnaast zal de expressie van verschillende proteïnen een rol spelen in het al dan niet voorkomen

van adhesie van de kiem.

Toegenomen expressie van het hitte stress proteïne 27kDA (HSP27) is gelinkt met de E. coli F18-

gevoelige biggen (Zhengchang et al., 2015). HSP zijn een groep van oplosbare, intracellulaire

proteïnen die onder condities van stress gevormd worden. Ook onder normale omstandigheden

maken zij 5-10% van de celinhoud uit. In het duodenale weefsel van gezonde, gespeende biggen

werd HSP27 gedetecteerd. HSP zouden interageren met pathogenen die de gastheercel invaderen en

antigenische peptiden vormen. Deze worden door antigeen-presenterende cellen, waaronder de

macrofaag, gepresenteerd.

Na het afsterven van de bacterie laat hij lipopolysacchariden (LPS) vrij. LPS zal de p38 pathway

activeren, die op zijn beurt intracellulaire proteïn-kinases zoals MAPK activated protein kinase 2/3 en

PRAK (p38 regulated/activated protein kinase) zal stimuleren. Deze kinasen worden gefosforyleerd en

geactiveerd, wat resulteert in HSP27 activatie. Dit zal dan resulteren in cellulaire stress responsen

(Zhengchang et al., 2015). Zo zal activatie van HSP27 leiden tot een inhibitie van opregulatie van het

intracellulaire glutathione, wat een belangrijk anti-oxidans is. Daarnaast kan HSP27 de caspase-

afhankelijke apoptose onderdrukken. Door de actine polymerisatie te stimuleren, oefent HSP27 een

regulerende functie uit op het actineskelet van de cel (Vidyasager et al., 2012).

Een verhoogde expressie van transferrine (TF) is gelinkt met de F18-resistentie bij biggen.

Transferrine (TF) is een enkelstrenging glycoproteine. De binding van transferrine met de celullulaire

transferrine receptor vormt samen een complex, dat een receptor kan vormen voor de E. coli F4ab

pilus. Daarnaast kan transferrine ijzer binden en het onbeschikbaar maken voor micro-organismen.

Ijzer is voor vele bacteriën een belangrijke groeifactor (Zhengchang et al., 2015).

3. DE EIGENLIJKE INTERACTIE TUSSEN DE KIEM EN ZIJN RECEPTOR

Zoals eerder gezegd gaan fimbriae van VTEC fysisch interageren met type 1 bloedgroepsuikers, die

deel uitmaken van glycosfingolipiden. De bloedgroepsuikers schuiven in een groeve van Fed F door

middel van voornamelijk waterstofbruggen. Daarnaast is er ook één sterke hydrofobe interactie.

Daarenboven zorgt de positief geladen polybasische regio van Fed F voor een affiniteit met de

negatief geladen fosfolipiden van de enterocytenmembraan (Moonens et al., 2012).

4. PATHOGENESE, LETSELS EN SYMPTOMEN

4.1. OPNAME EN ADHESIE VAN DE KIEM

Na orale opname van de verotoxigene E. coli, komen deze na passage doorheen de maag in de

dunne darm terecht. Dit kan al vóór het spenen gebeuren waarbij de kiem zich in de dikke darm kan

9

vestigen. In die periode is adhesie in de dunne darm niet mogelijk door de aanwezigheid van

lactogene antistoffen. Het spenen zorgt voor stress, verlies van lactogene immuniteit en wijziging van

darmflora en darmbarrière door verandering van het voeder. Nu kan de bacterie wel opklimmen naar

de dunne darm. Indien receptoren aanwezig zijn ter hoogte van de borstelzoom en mogelijks nog

andere triggers zal de bacterie fimbriae produceren en kan ze met behulp van deze fimbriae

adhereren aan de microvilli van voornamelijk het jejunum en duodenum. De manier van adhesie wordt

hierboven reeds beschreven. Na adhesie start de kiem met binaire deling. Na de vermenigvuldiging

wordt de productie van het shigatoxine geïnduceerd (Nielsen, 2012). De factoren die deze productie in

gang zetten zijn echter nog niet gekend.

Biggen waarvan de darm gekoloniseerd is, excreteren in ieder geval VTEC in hun faeces, waardoor

de omgeving gecontamineerd wordt en de infectie verspreidt wordt. Onvoldoende reinigen en

ontsmetten verhoogd dus het risico op infectie en op slingerziekte (Vettenburg en Tylleman, 2011).

Zeugen nemen de bacterie ook op en dragen de bacterie mogelijks in hun dikke darm.

4.2. HET SHIGATOXINE

Dit toxine bestaat uit een enzymatisch actieve A-subunit (Stx2eA) die niet-covalent verbonden is met

een pentameer ring van 5 B-subunits (Stx2eB). Stx2eB bindt met globotetraosylceramide (Gb4) op het

celoppervlak (Melton-Celsa, 2014). De A-subunit heeft een N-glycosidase activiteit die een depurinatie

Fig. 4: Na orale opname van verotoxigene E. coli volgt de adhesie en de vermenigvuldiging ter hoogte

van de dunne darm. De kiem kan daarna het shigatoxine produceren en medianecrose veroorzaken

(uit IDT Biologika, 2015).

10

veroorzaakt van een specifiek adenine van het 28S ribosomale RNA in de gastheercel. Dit legt de

proteinesynthese stil, met ondere andere apoptose van de geïntoxiceerde cel tot gevolg. Het

shigatoxine lyseert voornamelijk globotetraose positieve cellen van het mesenterium, ter hoogte van

de submucosa van de maag, darm en stembanden en ter hoogte van subcutaan weefsels van het

voorhoofd, oogleden en zelfs in de hersenen. Deze beschadiging van het vasculaire endotheel

resulteert voornamelijk in oedeem en in bloedingen (Moonens et al., 2012).

4.3. LETSELS EN SYMPTOMEN

Van slingerziekte komt een hyperacute vorm voor, waarbij de dieren onmiddellijk sterven. Door

beschadiging van het endotheel in de darm op de plaats waar de kiem vasthecht, kan het varken

doodbloeden in de darm. Hyperacute sterfte kan ook veroorzaakt worden door het lyseren van de

kiem en het vrijkomen van lipopolysaccharide in de bloedbaan (Nielsen, 2012).

Bij de acute vorm, sterft het varken door resorptie van het shigatoxine in de bloedbaan. Veralgemeend

oedeem zal voorkomen ter hoogte van het mesenterium, submucosa van de maag en darm en

subcutane weefsels. Het hees zijn van biggen, door oedeem ter hoogte van de stembanden, is een

typisch symptoom van slingerziekte. Via het bloed kan het toxine in het centrale zenuwstelsel terecht

komen, wat een predilectieplaats is voor het optreden van intravasculaire stolling (Nielsen, 2012).

Bepaalde F18- positieve E. coli stammen produceren naast het shigatoxine ook nog enterotoxines. Dit

laatste zal bijkomend speendiarree tot gevolg hebben (Frydendahl, 2002).

Fig. 5: Oedeem van het mesenterium ter hoogte van het colon (uit Hoorens et al., 1973)

11

5. IMMUNITEIT

5.1. VERSCHIL IN IMMUUNRESPONS TEGENOVER F4+ EN F18+ E. COLI

Wanneer men de immuunrespons tegenover een F4-positieve E. coli bacterie vergelijkt met deze

tegenover een F18-positieve E. coli bacterie zijn er duidelijk wat verschilpunten op te merken

(Verdonck et al., 2002).

In een studie werden gespeende biggen met F4-receptoren en gespeende biggen, die F18-receptoren

bezaten, experimenteel geïnfecteerd met respectievelijk F4-positieve ETEC en F18-positieve VTEC.

Bij de F4-positieve E. coli geïnfecteerde biggen was er een piekexcretie van de colibacteriën via de

faeces twee dagen na infectie. Deze excretie hield aan tot dag zeven na infectie. Bij de F18-positieve

E. coli geïnfecteerde dieren daarentegen piekte de excretie pas op dag drie na infectie, maar deze

hield wel aan tot dag negen.

Een reden voor de tragere kolonisatie van F18-positieve VTEC is dat elke fimbria slechts één

adhesine - Fed F- heeft, dat instaat voor de adhesie. Bij F4-positieve ETEC heeft elke F4-fimbria vele

honderden FaeG eenheden, die kunnen binden aan de carbohydraten van borstelzoom

glycoproteïnen. De F18-positieve E. coli vertonen hierdoor duidelijk een zwakkere adhesie aan de

enterocyten. Daarnaast zouden het aantal bacteriële fimbriae, het aantal receptoren op de

enterocyten en milieufactoren ook belangrijke invloeden hebben op de bacteriële kolonisatie

(Verdonck et al., 2002).

De langzame kolonisatie van F18-positieve E. coli ter hoogte van de dunne darm, resulteerde ook in

een tragere mucosale immuunrespons. Vier tot zeven dagen na infectie waren IgM antistoffen

aanwezig. IgA antistoffen werden enkel op dag vijftien na infectie gedetecteerd. Deze fimbriae-

specifieke antistoffen bemoeilijken de bacteriële kolonisatie (Verdonck et al., 2002). De

piekconcentraties van IgM en IgA tegenover F4-fimbriae traden sneller op en hielden langer aan.

De langere fecale excretie en tragere immuunrespons zal het risico op spreiding van de F18-positieve

VTEC enorm verhogen (Verdonck et al., 2002).

5.2. HET VACCINEREN TEGENOVER VTEC

F4-fimbriae zijn duidelijk meer immunogeen dan F18-fimbriae. Dit zorgt ervoor dat oraal immuniseren

van biggen met F4-fimbriae voor een goede protectie zorgt tegen speendiarree (Verdonck et al.,

2007).

Om oedeemziekte te voorkomen is een zeer snelle immuunrespons vereist. Dit komt omdat orale

immunisatie bij zuigende biggen niet mogelijk is door interferentie met de lactogene immuniteit. Ten

tweede kunnen biggen tijdens de eerste week na het spenen reeds met VTEC geïnfecteerd worden

(Verdonck et al., 2002).

12

Wanneer men bij zuigende biggen oraal F18-fimbriae toedient, treedt er geen goede mucosale

immuunrespons op. Er worden vooral antistoffen gevormd tegenover de grote Fed A subeenheid en

niet tegenover de Fed F subeenheid. Deze laatste staat in voor de adhesie en het is net de adhesie

die verhinderd moet worden. Het vaccineren met Fed F in afwezigheid van Fed A zou een oplossing

zijn om de bescherming te verhogen (Verdonck et al., 2002).

Een andere reden voor de zwakke mucosale immuunrespons is dat de interactie tussen Fed F en Fed

A op de F18-fimbriae niet zo stabiel is. Hierdoor zou F18 trager op zijn specifieke F18-receptor gaan

binden, wat tot een lagere en tragere immuunrespons leidt (Verdonck et al., 2007).

Tegenwoordig worden biggen gevaccineerd tegen slingerziekte door gebruik te maken van een toxoïd

vaccin van het shigatoxine (zie 7.7.). De antistoffen die opgebouwd worden tegenover het verotoxine

beschermen wel tegen de toxische effecten van het toxine, maar hebben geen enkele invloed op de

bacteriële kolonisatie (Verdonck et al., 2002).

6. PREVENTIE

6.1. STRESS REDUCEREN

Spenen is een vanzelfsprekend een zeer stresserende periode in het leven van het varken. Er is een

verlies van de lactogene immuniteit en daarenboven wordt er vaak overgeschakeld op een ander

voeder. Dit alles maakt biggen zeer gevoelig voor infecties. Een eerste manier om de negatieve

effecten rond het spenen wat te verminderen, is het overschakelen op een startervoeder. Dit wordt

best een aantal dagen voor het spenen gedaan. Hierdoor is de darmmicroflora al aangepast aan het

ander voeder, en is deze stressfactor rond het spenen geringer. Het is best een zo vezelrijk en

eiwitarm voeder te verkiezen en de hoeveelheid voeder te beperken. Dit gaat wel gepaard met een

tragere groei en dus slechtere technische resultaten. Castreren en vaccineren, wat ook heel wat

stress met zich meebrengt, wordt best niet gedaan in de periode rond het spenen (Vettenburg en

Tylleman, 2011).

6.2. AANGEPASTE OMGEVING

Aangezien de F18-positieve E. coli bacterie oraal opgenomen wordt, is een reine stalomgeving een

belangrijk preventiemiddel. Goed reinigen en ontsmetten na elke ronde is van groot belang om de

infectiedruk te doen dalen. Gespeende biggen worden best in een warme stalomgeving geplaatst met

een temperatuur rond de 28°C (Vettenburg en Tylleman, 2011).

Om de stress rond het spenen nog meer te beperken, is het voorzien van voldoende voederruimte van

groot belang. Het plaatsen van bijkomende voederbakjes met brij kan hiervoor een goed hulpmiddel

zijn (Vettenburg en Tylleman, 2011).

13

6.3. ANTIBIOTICA

Welk antimicrobiële middelen je moet toedienen in een aangetaste toom biggen, wordt best bepaald

aan de hand van een antibiogram. Antibiotica kunnen zowel preventief als therapeutisch gebruikt

worden. Bij het therapeutisch aanwenden van antibiotica, komt de behandeling vaak te laat. Bij dieren

die nog geen symptomen vertonen en behandeld worden met antibiotica, kan er nog steeds sterfte

optreden. Dit komt omdat het geresorbeerde VT2e een incubatieperiode van twee tot drie dagen

heeft. Een groot voordeel van therapeutisch antibiotica gebruik is dat er duidelijk minder spreiding is

van antimicrobiële resistentie. Dit in tegenstelling tot preventief toedienen van antibiotica. Op

probleembedrijven wordt in de praktijk vaak een week voor tot twee na het spenen behandeld met

antibiotica. Een groot nadeel hiervan is de hoge kostprijs voor de landbouwer en het optreden van

slingerziekte na het stopzetten van de preventieve behandeling. Dit komt omdat de dieren gedurende

de therapie onvoldoende in contact gekomen zijn met de kiem en nog geen immuniteit hebben

opgebouwd. Een oplossing hiervoor kan het metafylactisch toedienen van antibiotica zijn en door te

starten met behandelen een week na het spenen. E. coli heeft dan reeds de darm gekoloniseerd,

maar er zijn meestal nog geen symptomen op dat moment. Soms komt metafylactische behandelen

wel te laat (Vettenburg en Tylleman, 2011).

Een bijkomend nadeel van antibiotica is dat het in de biggenhouderij vaak via orale weg in het voeder

of drinkwater wordt toegediend. Door een sterk gedaalde eetlust, zullen zieke dieren kleinere

hoeveelheden medicatie opnemen (Vettenburg en Tylleman, 2011).

Fig. 6 : Evolutie van de gevoeligheid van hemolytische E. coli tegenover colistine (uit Vangroenweghe et al., 2010)

14

6.4. ZINKOXIDE

6.4.1. Het gebruik van zinkoxide in de praktijk

In de praktijk wordt zinkoxide vaak toegediend in het voeder van gespeende biggen. Zinkoxide zou het

voorkomen van speendiarree en slingerziekte, veroorzaakt door E. coli, sterk doen verminderen.

Bijgevolg zal in de batterij de groei van de biggen toenemen en zal er minder sterfte optreden.

Normale dosissen van 100ppm zinkoxide in het voeder, dus zonder supplementatie, zouden geen

groeibevorderend effect hebben. Dosissen boven de 1500 ppm, zouden een positieve groeirespons

geven. Bij 2500 ppm is er een gemiddelde stijging van groeiratio van 16% (Burch, 2014). Toch wordt

zinkoxide niet geklasseerd onder de groeipromotors, maar wel onder de therapeutische middelen

tegen E. coli. In de meeste Europese landen is het gebruik van hoge dosissen zink in het voeder

(2500 – 3000 ppm) enkel toegelaten de eerste 14 dagen na het spenen. Gelijktijdig gebruik maken

van colistine in deze periode is verboden in België (Burch, 2014).

6.4.2. Voordelen bij het gebruik van zinkoxide

Het eigenlijke werkingsmechanisme van zinkoxide is nog steeds niet volledig gekend. Het zou een

combinatie zijn van verschillende werkingsmechanismen samen. Ten eerste zou er een verlaagde

vrijstelling van histamine in de dunne darm zijn. Ten tweede zou zinkoxide een verhoogde expressie

van IGF-1 (insuline-like growth factor) en IGF-1–receptoren induceren. Insuline-like growth factor 1 is

een substantie die door tal van organen, waaronder de lever, wordt geproduceerd en daarna de

bloedbaan bereikt. De productie van deze groeifactor wordt gereguleerd door het GH (groeihormoon).

IGF-1 oefent door het binden op de IGF-1 receptoren op de meeste cellen van het organisme een

opbouwende en herstellende functie uit (Laron, 2001). Door hun verhoogde expressie zou de schade

aan de intestinale mucosa, veroorzaakt door het gewijzigd dieet bij het spenen, sneller herstellen.

Sommige studies tonen aan dat er een verhoogde productie is van pancreasenzymes en intestinale

enzymes door zinkoxide. Andere studies ondervinden geen effect op de genexpressie voor

spijsverteringsenzymes (Doppenberg et al., 2010). Onderzoek toont een verminderde adhesie en

invasie aan van E. coli–stammen in de darm. Door de toegenomen permeabiliteit van tight junctions te

verminderen, daalde de bacteriële invasie sterk (Huang et al.,1999). Daarenboven zou zinkoxide de

cytokine-genexpressie moduleren, waardoor er een ideale anti-inflammatoire cytokinebalans zou

gevormd worden (Roselli en Holm, 2003).

Zink zou ook de groei van de darmvilli stimuleren (Black et al., 1998).

Het metaal is voor het overleven van bacteriën een essentieel element. Dit komt omdat zinkionen voor

veel bacteriële enzymes een katalysator zijn. Toch zijn hoge dossisen van dit metaal toxisch voor de

kiemen. De toxische dosis verschilt van kiem tot kiem, maar is per kiem nog niet bepaald (Liedtke et

al., 2012). Door het toevoegen van hoge dossisen zinkoxide aan het voeder, treedt er een duidelijke

vermindering op van sommige lactobacillen van de darmflora. Hierdoor ontstaat er een duidelijke

15

verlaging van de lactaatconcentratie in het darmlumen. Dit zou de kolonisatie van de enterobacteriën

ter hoogte van de darmflora vergemakkelijken. De verhoogde kolonisatie en mogelijks verhoogde

diversiteit van de enterobacteriën zou de kolonisatie en adhesie van pathogene E. coli stammen

bemoeilijken (Starke et al.,2014).

6.4.3. Nadelen bij het gebruik van zinkoxide

Een belangrijk nadeel van zink is dat het een grote milieucontaminant is. Zink is een zwaar metaal en

kan dus een sterke bodem–en waterverontreiniger zijn (Burch, 2014). Een tweede nadeel is dat er

door zinksupplementatie sterke nutritionele interacties kunnen optreden. Hoge concentraties van zink

kunnen leiden tot een overproductie van metallothioneine. Dit is een transporter in de darm, die vooral

koper bindt. Hierdoor kan het beschikbare koper onder de gewenste concentratie komen (Martinez,

2004).

Daarenboven zouden hoge dosissen van zink in het dieet de ontwikkeling van bacteriële

zinkresistentie bevorderen (Starke et al., 2014). Zo blijkt dat het toedienen van zinkoxide enkel in de

eerste week na het spenen een effect heeft op de darmbacteriën. In de periode daarna bleek

zinkoxide nog weinig effect te hebben op de reductie van deze bacteriën. Een eerste reden daarvoor

kan een adaptatie van de darmbacteriën aan de hoge zinkconcentraties zijn. Een omschakeling van

zinkgevoelige naar zinkresistente bacteriën kunnen een tweede reden zijn voor de vermindering van

het zinkoxide effect. Dit zou mogelijk zijn door ofwel de aanwezigheid van metaal-effluxpompen die

het intracellulaire zink uit de cel kunnen verdrijven ofwel door een genentransfer op specifieke

plasmiden. Deze metaalplasmiden zouden zowel bij Gram-positieve als Gram-negatieve intestinale

bacteriën aanwezig zijn (Starke et al., 2014).

Tot slot zouden hoge dosissen zinkoxide een verhoogde expressie van tetA en sul1 genen

veroorzaken in respectievelijk de tweede en derde week na het spenen. Dit zijn resistentiegenen

tegenover tetracycline en sulfonamiden die teruggevonden worden bij Gram-negatieve bacteriën. Het

opkomen van zinkresistentie zou ook in de tweede week na het spenen ontstaan. Dit zou te verklaren

zijn door het voorkomen van kruisresistentie tussen zink en tetracycline. Zink en tetracycline zouden

dezelfde effluxpomp gebruiken waardoor beide de cel kunnen verlaten. Het gelijktijdig optreden van

resistentie tegenover zink en sulfonamiden zou via een mechanisme van co-resistentie gebeuren

(Vahjen W., 2015).

6.5. ORGANISCHE ZUREN

6.5.1. Soorten organische zuren

Een andere preventieve maatregel die in de praktijk vaak toegepast wordt, is het toedienen van

organische zuren aan voeder of drinkwater in de periode na het spenen. Organische zuren zijn zuren

16

waarvan koolstof de basis is. Vandaar dat ze ook wel eens carbonzuren genoemd worden.

Fumaarzuur, wijnsteenzuur en citroenzuur zijn vaste zuren en worden meest gebruikt. Vloeibare

zuren, zoals mierenzuur, azijnzuur en propionzuur veroorzaken corrosie en tasten apparatuur aan.

Vandaar dat deze laatste vaak onder de vorm van zouten in poedervorm gebruikt worden (Jansen et

al., 1999).

6.5.2. Algemeen werkingsmechanisme

Door toevoegen van organische zuren aan voeder of drinkwater zal er een zuurder milieu verkregen

worden in het gastro-intestinaal kanaal. Dit is zeer gunstig voor de lactobacillen van de darmflora die

hierdoor sterker in aantal zullen toenemen. Op die manier kunnen lactobacillen de kolonisatie en

vermeerdering van E. coli inhiberen door de intestinale receptoren te blokkeren en door metabolieten

tegen Gram-negatieve kiemen te produceren (Tsiloyiannis V.K. et al., 2001).

6.5.3. Toepassingen in de biggenhouderij

Spenen gaat gepaard met stress en een toename van de productie van pro-inflammatoire cytokines.

Pro-inflammatoire cytokines zoals IFN-γ, TNF-α, IL-12 en IL-1β beschadigen de tight-junctions,

waardoor het paracellulair transport van micro-organismen vergemakkelijkt. Daartegenover zullen anti-

inflammatoire cytokines zoals IL-10 en TGF-β, de epitheliale barrière beschermen. Uit onderzoek blijkt

dat organische zuren eerder de productie van pro-inflammatoire cytokines verminderen, dan de

productie van anti-inflammatoire cytokines doen stijgen. De stevigere darmbarrière verhindert dat

kiemen door de barrière breken tot in de bloedbaan en zal een betere groei van de biggen teweeg

brengen (Grilli, 2015).

Ook een positieve invloed op de eiwitvertering zou een reden zijn om organische zuren te gebruiken.

In de maag wordt het opgenomen voedsel in contact gebracht met de zuren. Hierdoor kunnen

enzymes beter hun werk doen en kunnen schadelijk micro-organismen makkelijker afgedood worden

(Jansen et al., 1999). In jonge biggen zou de zuurtegraad in de maag nog niet optimaal zijn. De

omzetting van pepsinogeen naar pepsine zou in het onvoldoende verzuurd milieu bemoeilijkt zijn.

Door het toevoegen van organische zuren, kan deze omzetting vergemakkelijkt worden (Tsiloyiannis

V.K. et al., 2001).

Daarnaast zal de lage pH ervoor zorgen dat de pylorus van de maag minder snel en korter opengaat.

Zo zal het voedsel meer geleidelijk in de dunne darm terecht komen. Dit zorgt voor een betere

neutralisatie van het voedsel door het pancreassap en hierdoor een betere vertering. Een tragere

maaglediging is daarenboven bevorderlijk voor de efficiënte resorptie van nutriënten (Jansen et

al.,1999). Door het toedienen van zuren in het voeder, wordt de productie van melkzuur tijdens

fermentatieprocessen gestimuleerd. Melkzuur geeft een frisse smaak aan het voeder. Op die manier

zullen biggen, die op zuur gezet worden, door de verhoogde voederopname ook betere groei vertonen

(Jansen et al., 1999).

17

6.6. TOEVOEGEN VAN ANTISTOFFEN IN HET VOEDER

Wegens het in hoge mate voorkomen van antibioticaresistentie, werd er naar tal van alternatieven

gezocht ter preventie van slingerziekte. Toevoegen van antistoffen tegen slingerziekte aan het voeder

na het spenen, gaf onder experimentele omstandigheden goede resultaten. Als bron voor antistoffen

konden eidooiers van kippen gebruikt worden, die gehyperimmunizeerd werden tegenover F18. In

Denemarken werd in de periode van 1997 tot 2010 ‘oedema disease serum’ toegediend aan biggen.

Het serum werd bekomen door paarden met een toxoid vaccin gebasseerd op Stx2e te immuniseren.

Dit serum was zeer efficiënt, maar had als groot nadeel dat verschillende biggen stierven ten gevolge

van anafylactische reacties (Johansen, 2012).

6.7. VACCINATIE

Parenterale vaccinatie van biggen met de volledige kiem of met geïsoleerde F18-fimbriae gaven geen

goede preventie van slingerziekte. Orale immunisatie met F4-fimbriae induceerden daarentegen wel

een goede mucosale bescherming tegenover F4-positieve speendiarree (Verdonck et al., 2007).

Recent is er een nieuw commercieel vaccin tegen oedeemziekte op de markt gebracht: Ecoporc

Shiga. Het is een toxoïd vaccin. Het wordt geproduceerd door het genetisch materiaal dat codeert

voor het shigatoxine met zijn A en B subunit in een plasmide te transfereren. De A subunit werd

genetisch gemuteerd waardoor het zijn toxiciteit verliest. Dit plasmide, dat het nodige genetisch

materiaal bevat, wordt in een niet-pathogene E. coli K12 geïncorporeerd. Wanneer de bacterie begint

te kweken, zullen dus grote aantallen shigatoxine geproduceerd worden. Dit gemuteerde toxine wordt

dan als antigeen voor het vaccin gebruikt. Door injectie van het verzwakte toxine samen met het

adjuvans aluminiumhydroxide worden neutraliserende antistoffen gevormd in het gevaccineerde dier

(Johansen et al., 1997).

Per big wordt 1 ml van het toxoïdvaccin intramusculair toegediend op een leeftijd van 4 dagen. De

bescherming treedt 21 dagen later op, dus in de kritische periode voor het optreden van slingerziekte.

Met één enkele injectie kan de big beschermd worden tegen slingerziekte. Het dier zal tenminste tot

105 dagen na vaccinatie immuun zijn tegen de ziekte. Een bijkomend voordeel van het vaccin is dat

de wachttijd nul dagen is. In de praktijk zou het vaccin een zeer goede werking hebben tegenover

slingerziekte (Fricke et al., 2015). Een milde zwelling van maximum 5 mm kan voorkomen op de

plaats van injectie, veroorzaakt door het adjuvans. Normaal zouden deze binnen de 7 dagen

verdwijnen zonder enige behandeling (Fricke et al., 2015). Een groot nadeel is dat het vaccin voor het

moment wel zeer duur is (Fricke et al., 2015).

18

Fig.7: Het effect van het vaccin op sterfte in een biggenpopulatie waar slingerziekte voorkomt. Er is

een zeer sterke afname van sterfte na toedienen van het vaccin (uit Fricke et al., 2015).

7. EPIDEMIOLOGIE

7.1. ONDERZOEKSMETHODEN

Serotypering kan gebruikt worden als epidemiologische merker. In Denemarken werd in 2002 een

studie uitgevoerd om de prevalentie te bepalen van serogroepen van E. coli die geassocieerd zijn met

slingerziekte. Daaruit bleek dat VTEC geassocieerd is met de serotypes O138, O139 en O141. De

distributie en frequentie van de serogroepen kan enorm variëren van regio tot regio en van tijd tot tijd

(Frydendahl, 2002).

Uit deze studie bleek ook dat bijna alle VTEC stammen hemolytisch zijn. Dit kan een goede indicator

zijn om deze kiemen op te sporen op bloedagarplaten in laboratoria (Frydendahl, 2002).

Daarnaast werd ook gebruikgemaakt van PCR voor de detectie van virulentiefactorgenen. Voor

slingerziekte kunnen fimbriële genen en genen die coderen voor het verotoxine opgespoord worden

(Frydendahl, 2002).

Een andere veel gebruikte methode is opsporen van F18-specifieke antistoffen in het serum. ELISA-

testen worden vaak uitgevoerd om het voorkomen van slingerziekte in een welbepaalde populatie te

bepalen (de la Fé Rodríguez, 2011).

In 2011 werd de prevalentie van F18-antilichamen in het serum van gelten in Cuba bepaald met

behulp van serologie. Hieruit bleek dat 33.6 % van de populatie hoge antistoffentiters bezaten.

Aangezien daar geen commercieel vaccin beschikbaar is tegen VTEC, is dit een bewijs dat F18-

positieve E. coli een veel voorkomend pathogeen is (Wong et al., 1995).

19

7.2. VOORKOMEN IN BELGIË

In België toonde een studie, uitgevoerd bij biggen, aan dat de seroprevalentie van F18-specifieke

antilichamen hoger is in open varkensbedrijven (96,4%) dan in gesloten bedrijven (88,8%; Verdonck

et al., 2003). Van deze biggen bezaten 92% de FUT1M307G/G of FUT1M307G/A genotypes, beide

gelinkt met gevoeligheid voor F18 (Coddens et al., 2007).

In Vlaanderen werd in 2015 een onderzoek uitgevoerd om de prevalentie van Vlaamse biggen, die

gevoelig zijn voor F18-positieve E. coli en F4-positieve E. coli, te bepalen. Aangezien de gevoeligheid

voor F18 en F4 bepaald wordt door de aanwezigheid van F18-en F4-receptoren ter hoogte van de

enterocyten, voerde men een in vitro villus adhesietest uit. Dit is een test waarbij villi van het mid-

jejunum van geëuthanaseerde biggen van de darmmucosa geschraapt, gewassen en geïncubeerd

worden met een standaardconcentratie aan bacteriën. Als er receptoren aanwezig zijn gaan de

bacteriën zich vasthechten aan de villi en deze vasthechting kan geteld worden met behulp van een

fase-contrast microscoop (Nguyen et al., 2016). Adhesie van minder dan 5, tussen 5 en 30 en meer

dan 30 bacteriën per 250 μm villi werden respectievelijk als negatief, zwak of sterk positieve adhesie

beschouwd. In het onderzoek maakte men gebruik van 191 biggen van 3 tot 18 weken oud, afkomstig

van zes verschillende varkensbedrijven uit Oost- en West-Vlaanderen (Nguyen et al., 2016).

Er bestaan drie varianten van F4 (F4ab, F4ac en F4ad). Hun fimbriae hebben een gemeenschappelijk

epitoop ‘a’, naast een uniek epitoop ‘b’, ‘c’ of ‘d’. Er werden 82 biggen onderzocht op de aanwezigheid

van receptoren voor elk van deze 3 varianten. F4ab en F4ac E. coli bacteriën vertonen over het

algemeen een sterkere adhesie aan de intestinale villi dan F4ad E. coli bacteriën (Nguyen et al.,

2016).

Er werden zeven verschillende fenotypen teruggevonden. Deze bestonden uit: 59.16% A, 6.28% B,

2.62% C, 6.28%D, 24.08% E, 1.05% F en 0.52% G. Enkel fenotype E biggen (19 biggen) hebben

geen receptor voor alle 3 de F4 varianten (Nguyen et al., 2016).

Diezelfde 82 biggen werden onderzocht op de aanwezigheid van F18-receptoren. Slechts zeven F18-

receptor negatieve biggen werden teruggevonden. Van deze zeven biggen waren er twee negatief

voor alle F4 varianten, vier vertoonden zwakke of sterke adhesie voor de drie F4 varianten. Één big

vertoonde zwakke adhesie aan F4ad, maar sterke adhesie met F4ab en F4ac bacteriën. Dus 97.56%

(80 van de 82) van de biggen waren gevoelig voor de kolonisatie van F18-positieve E. coli ofwel F4-

positieve E. coli. Deze resultaten bewijzen een hoge gevoeligheid van de biggen in Vlaanderen voor

F18 en F4 (Nguyen et al., 2016).

20

Tabel 1: F4 en F18 receptor status in de Vlaamse biggenpopulatie

(naar Nguyen Ut et al., 2016)

F4ab F4ac F4ad Alle 3 F4 varianten TOTAAL

+ - + - + - + -

F18 + 52 23 51 24 52 23 46 17 75

- 5 2 5 2 5 2 5 2 7

TOTAAL

57

25

56

26

57

25

51

19

82

Percent* 69.51 30.49 68.29 31.71 69.51 30.49 62.20 23.17 100

*aantal biggen met bepaalde receptor status van het totaal aantal onderzochte biggen (in totaal

werden 82 biggen onderzocht)

21

BESPREKING

Algemeen kan gesteld worden dat de Vlaamse varkenshouderij de laatste jaren tal van evoluties kent.

Het aantal varkensbedrijven is sterk gedaald. De bedrijfsgrootte van de resterende bedrijven neemt

enorm toe (Platteau et al, 2009). Dit brengt een steeds grotere infectiedruk met zich mee.

Biggen, zijn vooral in de periode rond het spenen, gevoelig voor tal van infectieziekten. Talrijke

bacteriën en virussen waaronder Streptococcus suis en PRRS, brengen de laatste jaren veel verliezen

teweeg in de biggenhouderij. Ook circuleert de verwekker van slingerziekte rond op een groot aantal

varkensbedrijven.

Het onderwerp van deze literatuurstudie: ‘het voorkomen van slingerziekte bij varkens’ kan vanuit

verschillende standpunten benaderd worden.

Ten eerste kan het weergeven van epidemiologische gegevens een manier zijn om ‘het voorkomen’

van slingerziekte te bespreken. Recente studies tonen aan dat een groot deel van de biggen op

Vlaamse varkensbedrijven gevoelig zijn voor F18-positieve Escherichia coli door de aanwezigheid van

receptoren ter hoogte van de dunne darm (Nguyen et al., 2016). Dit wil niet zeggen dat deze biggen

allemaal symptomen van slingerziekte vertonen. Het is pas wanneer de kiem met zijn fimbriae kan

adhereren aan de enterocyten dat deze zich kan vermenigvuldigen en het shigatoxine zal produceren.

Dit gebeurt hoofdzakelijk in de periode rond het spenen (N.O. Nielsen, 2012). Echter slechts een

beperkt aantal van de F18 VTEC gekolonizeerde biggen ontwikkelen slingerzieke. De reden waarom

is niet gekend. Een belangrijke bijkomende opmerking is dat dezelfde biggen vaak zowel voor

slingerziekte als voor speendiarree gevoelig zijn (Nguyen et al., 2016).

Ten tweede kunnen met ‘voorkomen’ tal van preventieve maatregelen bedoeld worden. Hoewel tot

heden in de praktijk nog zeer vaak gebruik gemaakt wordt van antibiotica, zal men daar moeten van

afstappen. Het veelvuldig antibioticagebruik veroorzaakt een enorme toename van

antibioticaresistentie (Vangroenweghe et al., 2010). In de varkenshouderij zullen de landbouwers in de

toekomst het toedienen van bepaalde antibiotica moeten kunnen verantwoorden in kader van het

duurzaam antibioticabeleid van het kenniscentrum AMCRA.

Toevoegen van zinkoxide aan het voeder van biggen is een andere manier om de economische

verliezen te wijten aan oedeemziekte te reduceren. In de praktijk wordt daar momenteel veelvuldig

gebruik van gemaakt. De kostprijs van zinkoxide valt nog binnen de perken. Ook dit heeft echter

nadelen. Pollutie van de omgeving met zink en het optreden van resistentie tegen zinkoxide met

daarbij samengaand selectie van resistentie tegenover bepaalde antibiotica nopen om andere

methodes te zoeken (Vahjen W., 2015).

De uitgebreide kennis van de F18R carbohydraat structuren bieden tal van nieuwe mogelijkheden om

de binding van de F18-positieve E. coli aan het darmepitheel te verhinderen. Het toevoegen van

carbohydraat receptoranalogen in de voeding van de biggen zou daarvan een mooi voorbeeld kunnen

22

zijn. Een in vitro villusadhesie test toonde aan dat de adhesie van de F18-positieve E. coli aan het

darmepitheel van biggen sterk verminderde door de incubatie van de bacterie met 10mg/ml of 1mg/ml

van de bloed groep H type 1 pentasaccharide. Het feit dat er geen inhibitie meer optrad bij een dosis

van 100 μg/ml van de H type 1 pentasaccharide, toont aan dat er een duidelijk dosisgebonden effect

is (Coddens et al., 2009).

Op dit ogenblik is de beste manier om schade te beperken, het vaccineren van de dieren. Biggen

vaccineren met F18-fimbriae, lokt niet de gewenste beschermende immuunrespons op. Tegenwoordig

is er een toxoïd vaccin, gebasseerd op het shigatoxine op de markt. Dit vaccin veroorzaakt een

enorme reductie van uitval op bedrijven die te kampen hebben met de slingerziekte problematiek

(Fricke et al., 2015). Een nadeel echter is dat het middel momenteel nog zeer duur is.

Selectie van resistente biggen zou ook een mogelijkheid zijn om het voorkomen van slingerziekte te

reduceren. Vroeger dacht men dat dit onmogelijk was omdat resistentie gelinkt was met

stressgevoeligheid. Aanwezigheid van stressgevoeligheid bij het varken wordt bepaald door het al dan

niet aanwezig zijn van een puntmutatie in het ryanodinegen. Het ryanodinegen codeert voor een

calciumkanaal ter hoogte van het sarcoplasmatisch reticulum in de spieren (Samsó, 2015). De

gevoeligheid voor slingerziekte wordt bepaald door de aanwezigheid van F18R, wat beïnvloed wordt

door de FUT-genen. Een recente analyse toont aan dat de FUT-allelen en de RYR-allelen niet

geassocieerd zijn met elkaar. Een selectie van resistente biggen leidt tot een verminderde FUT1-

activiteit en zelfs tot een bijna volledige afwezigheid van bloedgroepsuikers op de enterocyten. Deze

selectie kan een goede strategie zijn voor de biggenindustrie in de toekomst (Coddens et al., 2008).

23

REFERENTIELIJST

Aandoeningen bij varkens (2011). Departement landbouw en visserij, Brussel, 78 pp.

Bardiau M., Szalo M., Mainil J.G. (2010). Initial adherence of EPEC, EHEC and VTEC to host cells.

Veterinary Research 5, 41-57.

Burch D. (2014). The role of zinc in piglet health. Pig Progress Special Pigleth Health 30, 12-14.

Coddens A., Diswall M., Angström J., Breimer M.E., Goddeeris B.M., Cox E., Teneberg S. (2009).

Recognition of Blood Group ABH Type 1 Determinants by the FedF Adhesin of F18-fimbriated

Escherichia coli. The journal of biological chemistry 284 (15), 9713-9726.

Coddens A., Verdonck F., Mulinge M., Goyvaerts E., Miry C., Goddeeris B., Duchateau L., Cox E.

(2008). The possibility of positive selection for both F18+ Escherichia coli and stress resistant pigs

opens new perspectives for pig breeding. Veterinary Microbiology 126, 210-215.

Coddens A., Verdonck F., Tiels P., Rasschaert K., Goddeeris B.M., Cox E. (2007). The age-

dependent expression of the F18+E. coli receptor on porcine gut epithelial cells is positively correlated

with the presence of histo-blood group antigens. Veterinary Microbiology 122 (3-4), 332-341.

da Silva A.S., Valadares G.F., Penatti M.P., Brito B.G., da Silva Leite D. (2001). Escherichia coli

strains from edema disease: O serogroups, and genes for Shiga toxin, enterotoxins, and F18 fimbriae.

Veterinary Microbiology 80 (3), 227-233.

de la Fé Rodríguez P.Y., Coddens A., Del Fava E., Cortiñas Abrahantes J., Shkedy Z., Maroto Martin

L.O., Cruz Muñoz E., Duchateau L., Cox E., Goddeeris B.M. (2011). High prevalence of F4+ and F18+

Escherichia coli in Cuban piggeries as determined by serological survey. Tropical Animal Health and

Production 43 (5), 937-946.

DebRoy C., Roberts E., Scheuchenzuber W., Kariyawasam S., Jayaroa B.M. (2009). Comparison of

genotypes of Escherichia coli strains carrying F18ab and F18ac fimbriae from pigs. J Vet Diagn Invest

21, 359-364.

Fairbrother J.M., Nadeau E., Gyles C.L. (2005). Escherichia coli in postweaning diarrhea in pigs: an

update on bacterial types, pathogenesis, and prevention strategies. Animal Health Research Reviews

6 (1), 17-39.

24

Fricke R., Bastert O., Gotter V., Brons N., Kamp J., Selbitz H.J. (2015). Implementation of a vaccine

against Shigatoxin 2e in a piglet producing farm with problems of Oedema disease: case study.

Porcine Health Management 6 (1), 1-5.

Frydendahl K. (2002). Prevalence of serogroups and virulence genes in Escherichia coli associated

with postweaning diarrhoea and edema disease in pigs and a comparison of diagnostic approaches.

Veterinary Microbiology 85 (2), 169-820.

Gotter V. (2015). Longitudinal study in the Netherlands. Voordracht: “The current Oedema Disease

situation in Europe and possible preventive measures of Oedema Disease”, Japan, 22 juni 2015.

Grilli E., Tugnoli B., Passey J.L., Stahl C.H., Piva A., Moeser J.A. (2015). Impact of dietary organic

acids and botanicals on intestinal integrity and inflammation in weaned pigs. BMC Veterinary

Research 11, 96-100.

Hahn E., Wild P., Bertschinger H.U., Schraner E.M., Häner M., Müller S.A., Aebi U. (2001). Structural

analysis of F18 Fimbriae expressed by Porcine Toxigenic Escherichia coli. Journal of Structural

Biology 132, 241-250.

Hahn E., Wild P., Hermanns U., Sebbel P., Glockshuber R., Häner M., Taschner N., Burkhard P., Aebi

U., A. Müller S. (2002). Exploring the 3D Molecular Architecture of Escherichia coli Type 1 Pili. Journal

Molecular Biology 323, 845-857.

Het gebruik van zinkoxide (ZnO) bij gespeende biggen in België ter preventie van speendiarree

(2012). Amcra, Merelbeke, 33 pp.

Hoorens J., Debruyckere M., De Moor A., Maton A., Oyaert W., Pensaert M., Vandeplassche M.,

Vanschoubroek F. (1973). Ziekten. In: Huisvesting Voeding Ziekten van het varken, Story-Scienta

P.V.B.A. Gent-Brussel-Leuven-Antwerpen, p. 225-226, 250- 259.

Johansen M. (2012). An insight into the Danish experience of oedema disease. International Pig

Topics 28 (3), 11-13.

Johansen M., Andresen L.O., Jorsal S.E., Thomsen L.K., Waddell T.E., Gyles C.L. (1997). Prevention

of edema disease in pigs by vaccination with verotoxin 2e toxoid. Veterinary Research 61 (4), 280-

285.

Landbouwrapport (2008). Departement landbouw en visserij, Brussel, 310 pp.

Laron Z. (2001). Insulin-like growth factor 1 (IGF-1): a growth hormone. Molecular Pathology 54 (5),

311–316.

25

Martinez M.M., Hill G.M., Link J.E., Raney N.E., Tempelman R.J., Ernst C.W. (2004). Pharmacological

Zinc and Phytase Supplementation Enhance Metallothionein mRNA Abundance and Protein

Concentration in Newly Weaned Pigs. The journal of nutrition 134, 538-544.

Meijerink E., Fries R., Vögeli P., Masabanda J., Wigger G., Stricker C., Neuenschwander S.,

Bertschinger H.U., Stranzinger G. (1997). Two α(1.2) fucosyltransferase genes on porcine

Chromosome 6q11 are closely linked to the blood group inhibitor (S) and Escherichia coli F18 receptor

(ECF18R) loci. Mammalian Genome 8 (10), 736-741.

Melton-Celsa A.R. (2014). Shiga Toxin (Stx) Classification, Structure, and Function. Microbiologic

Spectra 2 (2), 1-9

Moonens K., Bouckaert J., Coddens A., Tran T., Panjikar S., De Kerpel M., Cox E., Remaut H., De

Greve H. (2012). Structural insight in histo-blood group binding by the F18 fimbrial adhesin FedF.

Molecular Microbiology 86 (1), 82 – 95.

Nguyen Ut V., Coddens A., Melkebeek V., Devriendt B., Goetstouwers T., Van Poucke M., Peelman

L., Cox E. (2016). High susceptibility prevalence for F4+ and F18+ Escherichia coli in Flemish pigs.

Veterinary Microbiology 7203, 1-6.

Nielsen N.O. (2012). Disease of swine. 10th edition. Iowa State Press, Blackwell, chapter 53, p. 723-

750.

Pratt L.A., Kolter R. (1998). Genetic analysis of Escherichia coli biofilm formation roles of flagella,

motility, chemotaxis and type I pili. Molecular Microbiology 30 (2), 285 – 293.

Samsó M. (2015). 3D Structure of the Dihydropyridine Receptor of Skeletal Muscle. European Journal

of Translational Myology 25 (1), 27-33.

Smeds A., Hemmann K., Jakava-Viljanen M., Pelkonen S., Imberechts H., Palva A. (2001).

Characterization of the Adhesin of Escherichia coli F18 Fimbriae. Infection and Immunity 69 (12),

7941-7945.

Starke I.C., Pieper R., Neumann K., Zentek J., Vahjen W. (2014). The impact of high dietary zinc oxide

on the development of the intestinal microbiota in weaned piglets. Microbiology Ecology 87 (2), 416-

427.

Tsiloyiannis V.K., Kyriakis S.C., Vlemmas J., Sarris K. (2001). The effect of organic acids on the

control of post-weaning oedema disease of piglets. Research in Veterinary Science 70, 281-285.

26

Vahjen W., Pietruszynska D., Starke I.C., Zentek J. (2015). High dietary zinc supplementation

increases the occurrence of tetracycline and sulfonamide resistance genes in the intestine of weaned

pigs. Gut Pathogens 7, 23-32.

Verdonck F., Cox E., van Gog K., Van der Stede Y., Duchateau L., Deprez P., Goddeeris B.M. (2002).

Different kinetic of antibody responses following infection of newly weaned pigs with an F4

enterotoxigenic Escherichia coli strain or an F18 verotoxigenic Escherichia coli strain. Vaccine 20 (23-

24), 2995 – 3004.

Verdonck F., Tiels P., van Gog K., Goddeeris B.M., Lycke N., Clements J., Cox E. (2007). Mucosal

immunization of piglets with purified F18 fimbriae does not protect against F18+ Escherichia coli

infection. Veterinary Immunology and Immunopathology 120 (3-4), 69-79.

Vidyasagar A., Wilson A.N., Djamali A. (2012). Heat shock protein 27 (HSP27): biomarker of

disease and therapeutic target. Fibrogenesis & Tissue Repair 5, 1-7.

Zakrisson J., Wiklund K., Servin M., Axner O., Lacoursière C., Andersson M. (2015). Rigid multibody

simulation of a helix‑like structure: the dynamics of bacterial adhesion pili. European Biophysical

Journal 44, 291-300.

Zhengchang W., Riwei X., Xuemei Y., Yongjui H., Guogiang Z., Shenglong W., Wenbin B. (2015).

Proteomic analysis of duodenal tissue from Escherichia coli F18-resistant and -susceptible weaned

piglets. PLoS One 10 (6), 2-16.