Antibacterial Mechanism of Volatile Fatty Acids in the Intestinal Tract of Pigs agains<i>Escherichia coli</i>

Abstract

Summary In in vitro studies using E. coli , a VFA‐associated antibacterial effect was demonstrable in the colon contents of pigs. The mean VFA concentration of the colon contents was 96 to 120 mmol/kg; acetic acid, propionic acid, and butyric acid constituted 65, 25, and 10% of total VFA, respectively. In the colon the VFA concentration is controlled by a bioregulatory mechanism and so VFA concentration always remains within a range sufficient for the antibacterial action. The bioregulation of VFA can be altered by depriving the intestinal portion of its blood supply, which results in a rise of VFA concentration, or by fasting the pigs for 3 to 4 days, which leads to a decrease of VFA concentration. The antibacterial effect is caused by the non‐dissociated VFA molecules and so this effect is extremely pH‐sensitive. In the pig colon, the pH may vary between 5.6 and 7.2, depending on the metabolic status, and may be influenced also by feeding. Antibacterial activity is demonstrable only between pH 5.6 and 6.6; above pH 6.6 the proportion of non‐dissociated VFA molecules is so low that the antibacterial effect ceases. Consequently, the antibacterial defence mechanism functioning in the colon is sensitive to all nutritional factors which alter the pH of the colon. Zusammenfassung Antibakterielle Abwehrmechanismen im Darmtrakt von Schweinen gegen Escherichia coli Mit in vitro ‐Untersuchungen wurde im Coloninhalt von Schweinen ein antibakterieller Effekt gegen E. coli ‐Bakterien nachgewiesen, der eng mit dem Gehalt an flüchtigen Fettsäuren korrelierte. Die mittlere Konzentration an flüchtigen Fettsäuren lag im Coloninhalt zwischen 96 und 120 mmol/kg. Essigsäure, Propionsäure und Buttersäure machten je 65%, 25% und 10% des gesamten flüchtigen Fettsäuregehaltes aus. Im Colon wird die flüchtige Fettsäurekonzentration durch einen Bioregulationsmechanismus kontrolliert, der gewährleistet, daß die flüchtige Fettsäurekonzentration immer in einem Bereich bleibt, der für eine antibakterielle Wirkung ausreicht. Diese Bioregulation kann z. B. durch eine Unterbrechung der Blutversorgung im Darm gestört werden, was zu einem Anstieg der flüchtigen Fettsäurekonzentration führt. Eine Abnahme der Fettsäurekonzentration erreicht man dagegen z. B. bei Schweinen durch einen 3‐ bis 4tägigen Futterentzug. Da die antibakterielle Wirkung der flüchtigen Fettsäuren auf nicht spaltbaren Molekülen beruht, ist diese Wirkung extrem pH‐empfindlich. Im Schweinecolon schwankt, je nach Stoffwechselstatus und Fütterung, der pH‐Wert zwischen 5,6 und 7,2. Eine antibakterielle Aktivität tritt nur bei pH‐Werten zwischen 5,6 und 6,6 auf; über pH 6,6 ist der Anteil der nicht spaltbaren Moleküle der flüchtigen Fettsäuren so gering, daß eine antibakterielle Wirkung nicht mehr nachzuweisen ist. Da über die Fütterung der pH‐Wert des Colons beeinflußt werden kann, hängt der antibakterielle Abwehrmechanismus des Schweinecolons direkt mit der Fütterung zusammen.