Laser Capture Microdissection, Culture Analysis, and Bacterial Sequencing to Evaluate the Microbiota of Focal Duodenal Necrosis in Egg Layers.

SUMMARY: Focal duodenal necrosis (FDN) is a common intestinal disease of table egg layers. In this research we aimed to identify the bacteria commonly found in FDN lesions as seen with histopathological analysis. Fifty-nine ethanol-fixed duodenum samples were collected from egg layers on eight FDN-affected farms, and 42 samples had typical FDN lesions. Excision of bacteria-containing lesions using laser capture microdissection was performed, followed by 16S rRNA gene sequencing of extracted DNA for bacterial identification. Bacterial sequencing analysis revealed no consistent bacterial species identified from samples with FDN. However, analysis of the relative phylum abundance revealed differences in the duodenal microbiota between layers with FDN and healthy birds. There were differences in the abundance of Proteobacteria, Firmicutes, and Actinobacteria between FDN-positive and FDN-negative control samples compatible with intestinal dysbiosis. In addition, 10 duodenal samples with FDN lesions were collected for bacteriological analysis, yielding 47 colonies on tryptone soy agar, MacConkey agar, and blood agar plates. Using 16S rRNA gene PCR, 39/47 (53.8%) colonies were identified as Escherichia coli. PCR for E. coli virulence genes identified 21/39 (53.8%) E. coli isolates as avian pathogenic E. coli–like. PCR analysis for 19 E. coli virulence genes associated with intestinal disease strains including inflammatory bowel disease found 11/39 (28.2%) isolates containing more than 10 of these virulence genes. In conclusion, FDN appears to be a multifactorial inflammatory intestinal disease associated with intestinal dysbiosis, and Gram-negative bacteria including E. coli may contribute to the pathogenesis of this disease. RESUMEN. Microdisección por captura láser, análisis de cultivos y secuenciación bacteriana para evaluar la microbiota de la necrosis duodenal focal en aves de postura de huevo comercial. La necrosis duodenal focal (FDN) es una enfermedad intestinal común en las gallinas de postura de huevo comercial. En esta investigación, el objetivo fue identificar las bacterias que se encuentran comúnmente en las lesiones provocadas por la necrosis duodenal focal tal como se aprecian con el análisis histopatológico. Se recolectaron 59 muestras de duodeno fijadas con etanol de gallinas de postura de ocho granjas afectadas por necrosis duodenal focal, y 42 muestras tenían lesiones típicas de dicha enfermedad. Se realizó la escisión de las lesiones que contenían bacterias mediante microdisección por captura láser, seguida de la secuenciación del gene 16S rRNA del ADN extraído para la identificación bacteriana. El análisis de secuenciación bacteriana no reveló especies bacterianas consistentes identificadas a partir de muestras con necrosis duodenal focal. Sin embargo, el análisis de la abundancia relativa del phylum reveló diferencias en el microbiota duodenal entre gallinas de postura con necrosis duodenal focal y aves sanas. Hubo diferencias en la abundancia de Proteobacteria, Firmicutes y Actinobacteria entre las muestras controles positivas y negativas para la necrosis duodenal focal compatibles con disbiosis intestinal. Además, se recolectaron 10 muestras duodenales con lesiones de la necrosis duodenal focal para análisis bacteriológico, lo que produjo 47 colonias en placas de agar triptona soya, agar MacConkey y agar sangre. Utilizando un método de PCR para el gene 16S rRNA, 39/47 (53.8 %) colonias se identificaron como Escherichia coli. El método de PCR para genes de virulencia de E. coli identificó 21/39 (53.8 %) aislados de E. coli como similares a E. coli patogénica aviar. El análisis de PCR para 19 genes de virulencia de E. coli asociados con cepas que provocan enfermedades intestinales, incluida la enfermedad inflamatoria intestinal, detectó 11/39 (28.2 %) aislados que contenían más de 10 de estos genes de virulencia. En conclusión, la necrosis duodenal focal parece ser una enfermedad intestinal inflamatoria multifactorial asociada con disbiosis intestinal, y las bacterias Gramnegativas, incluida E. coli, pueden contribuir a la patogenia de esta enfermedad.