Ornelugt: den mikrobielle omsætning af indolforbindelser i mave-tarmkanalen hos grise

Skatol er en flygtig forbindelse, som dannes ved bakteriers forgæring af proteiner i blind- og tyktarmen hos grise. En del af den dannede skatol optages fra tarmen og aflejres i spæk og kød. Skatolindholdet i spæk og kød er en af de største hindringer for rationel produktion af hangrise i Danmark.

Formålet med de undersøgelser, der ligger til grund for en ph.d.-afhandling, som er udført ved Statens Husdyrbrugsforsøg, var at studere forskellige foderkomponenters effekt på skatoldannelsen i mave-tarmkanalen hos grise.

Afhandlingen indledes med en oversigt over skatols forekomst i naturen med speciel fokus på dannelse i tarmkanalen hos grise, dets absorption derfra, nedbrydning i kroppen samt dets udskillelse. Ydermere er der en oversigt over de faktorer, som synes at påvirke dets forekomst og mængde i tarmkanalen og i spæk hos grise, samt de faktorer som kan tænkes at påvirke stoffets nedbrydning og udskillelse.

Gaskromatografisk analysemetode

I forbindelse med de praktiske undersøgelser af de faktorer som påvirker dannelsen af skatol i tarmen hos hangrise blev der udviklet en simpel og hurtig gaskromatografisk analyse for skatol og indol i bakteriekulturer, fæces og tarmindhold fra forsøgsgrise. I artiklen: Gas chromatographic determination of indole and 3-methylindole (skatole) in bacterial culture media, intestinal contents and faeces er metoden beskrevet. Skatolbestemmelsen i tarmindhold og fæces udføres ved en simpel chloroformekstraktion af opslemninger af prøverne, medens det for bakteriekulturenes vedkommende udføres på fortyndede prøver. Chloroformekstraktet bliver analyseret på en gaskromatograf udstyret med en kvælstoffølsom detektor, hvilket giver stor følsomhed og simple letfortolkelige kromatogrammer. Analysen anvendes til daglig kontrol af bakteriekulturer og fæces fra forsøgsgrise. Mere end 100 analyser kan udføres i døgnet. Metoden har demonstreret sin praktiske værdi, idet der ialt er analyseret over 50.000 prøver.

Mikrobiel produktion

I artiklen: Microbial production of skatole in the hind gut of pigs fed different diets and its relation to skatole deposition in backfat fremlægges resultaterne af en undersøgelse af den mikrobielle produktion af skatol i blind- og tyktarmen i 35 ukastrerede hangrise. Grisene fik tildelt foder med fem forskellige sammensætninger indeholdende komponenter med vidt forskellig effekt på den mikrobielle aktivitet i blind- og tyktarmen. Undersøgelsen involverede måling af skatolkoncentrationen i tarmindholdet i forskellige dele af mave-tarmkanalen og i nakkespækket, samt målinger af den skatolproducerende aktivitet af tarmfloraen ved brug af in-vitro inkuberinger. Foderblandingerne var sammensat som følger: en blanding indeholdende gærfløde fra ølbrygning som proteinkilde, tre blandinger med den tilsvarende sammensætning som gærflødeblandingen, men med yderligere tilsætning af 20 pct. hvedeklid (indeholder svært forgærbare kostfibre som lignin), 20 pct. pulpetter (indeholder letforgærbare kostfibre som pektin) eller 10 pct. sojaolie. I den femte blanding var gærfløden udeladt og erstattet med kasein som proteinkilde, hvilket giver en foderblanding som er næsten fuldt fordøjelig i tyndtarmen, og dermed kun efterlader lidt til forgæring i tyktarmen.

Resultaterne viste, at selvom der var sammenhæng mellem skatol i tarmindholdet og koncentrationen i nakkespæk, så var der også store individuelle forskelle mellem dyrene i deres respons på skatolkoncentrationen i tarmindholdet. Der var ligeledes store forskelle i skatolkoncentrationen i blind- og tyktarmen mellem dyr tildelt det samme foder.

På trods af variationerne mellem de enkelte dyr viser resultaterne klart en effekt af tilsætningerne til blandingerne på produktionen i tarmkanalen af skatol og aflejringen i rygspæk (figuren). Brug af kasein i stedet for gærfløde gav klart en lavere koncentration af skatol i nakkespækket, lavere total mængde i blind- og tyktarmen og lavere produktionshastighed af skatol bestemt ved in-vitro inkuberinger. Tilsætning af pulpetter til gærflødeblandingen øgede den mikrobielle aktivitet i blind- og tyktarmen og dermed mængden af flygtige fede syrer, hvilket igen medførte et fald i pH-værdien. Dette førte til en lavere skatolproduktionshastighed, lavere skatolkoncentration i blind- og tyktarmen og mindre skatol i nakkespækket. Tilsætning af hvedeklid til gærflødeblandingen gav resultater enten som dem fundet ved blandingen indeholdende gærfløde alene eller imellem denne og blandingen indeholdende gærfløde plus pulpetter. Resultaterne fra blandingen med gærfløde plus sojaolie afveg ikke afgørende fra den som alene indeholdt gærfløde.

Tilsætning af L-tryptophan til in-vitro inkuberingerne af tarmindhold øgede kraftigt skatolproduktionen, hvilket viser, at det ikke er enzymkapaciteten hos tarmfloraen, der er den begrænsende faktor for skatolproduktionen i blind- og tyktarmen, men mængden af det  tryptophan som tilføres.

Resultaterne viste, at faktorerne, som påvirker skatolproduktionen, er tilgængeligheden af tryptophan, som både afhænger af mængden af tryptophan i tarmindholdet, som tilflyder blind- og tyktarmen, og den proteinnedbrydende aktivitet hos mikrofloraen i tarmindholdet. To metoder fører begge til en reduktion af proteinforgæringen i blind- og tyktarmen. Sænkning af proteinmængden som tilflyder blind- og tyktarmen (som for eksempel brug af kasein som proteinkilde i modsætning til gærfløde) vil begrænse proteinforgæringen. Ligeledes kan proteinforgæringen mindskes ved tilførsel af pulpetter, der indeholder store mængder af letforgærbare fibre, som fortrinsvis vil blive brugt af tarmkanalens mikroflora hvorved proteinforgæringen mindskes.

Omsætning af L-tryptophan

I artiklen: 3-Methylindole (skatole) and indole production by mixed populations of pig fecal bacteria beskrives omsætningen af L-tryptophan af den blandede bakteriepopulation, som er tilstede i tyktarmen hos grise. Opslemninger af fæces blev inkuberet med tilsat L-tryptophan og produktionen af indolforbindelser blev bestemt. Den tilsatte L-tryptophan blev omdannet enten til indol uden målelige mellemkomponenter eller til skatol, med en forbigående ophobning af indol-3-eddikesyre. Reduktion af L-tryptophan til indol-3-propionsyre blev ikke iagttaget.

Produktionen af skatol fra L-tryptophan eller indol-3-eddikesyre viste den største aktivitet ved pH 6,5, og meget lavere aktivitet ved pH 5,0 eller pH 8,0, medens indol produktionen ved pH 8,0 var tilsvarende den ved pH 6,5.

Undersøgelser af effekten af L-tryptophan koncentrationen på de konkurerende reaktioner viste, at indolproduktionen og den kombinerede produktion af indol-3-eddikesyre og skatol havde ens K_m værdier (medianen af 8 grise var henholdsvis 34 µM og 52 µM) og V_max værdier (medianen var 415 og 580 µmol(kg tarmindhold·h)-¹). Omdannelsen af indol-3-eddikesyre til skatol viste en median K_m på 136 µM og en median V_max på 450 µmol(kg tarmindhold·h)-¹.

En serie af kommercielt tilgængelige indolforbindelser blev sammenlignet med L-tryptophan som substrater for omsætningen i opslemninger af fæces. Indol-3-pyrodruesyre var det eneste alternative substrat, som blev omdannet til indol og skatol med mere end 10 pct. af hastigheden for L-tryptophan; men omdannelsen til indol-3-propionsyre via indol-3-mælkesyre var den foretrukne reaktionsvej for denne forbindelse.

Det var bemærkelsesværdigt, at to forbindelser, indol-3-carbinol og indol-3-acetonitril var i stand til at hæmme produktionen af skatol ud fra indol-3-eddikesyre fuldstændigt. Der var kun lille eller ingen effekt på produktionen af indol eller indol-3-eddikesyre fra L-tryptophan.

Mogens T. Jensen er eksperimentel biolog med speciale i cellebiologi fra Biokemisk Institut, Odense Universitet i 1989, og har siden 1989 været ansat som forsker ved Afd. for Dyrefysiologi og Biokemi på Statens Husdyrbrugsforsøg. Hans arbejde har hovedsageligt koncentreret sig om dem mikrobielle omsætning i mave- tarmkanalen hos grise. En ikke uvæsentlig del af arbejdet har dog bestået i udvikling og indkøring af nye analysemetoder.