Effects of Eimeria tenella on Cecal Luminal and Mucosal Microbiota in Broiler Chickens

The intestinal disease coccidiosis, caused by parasitic Eimeria species, severely impacts poultry production, leading to an estimated $14 billion in annual losses worldwide. As the poultry industry moves away from antibiotics as a treatment for diseases, a better understanding of the microbiota is required to develop other solutions such as probiotics, prebiotics, and nutritional supplements. This study aimed to investigate the effects of Eimeria tenella infection on luminal (cecal contents [CeC]) and mucosal (cecal epithelial scrapings [CeS]) microbial populations in 288 Ross 708 broiler chickens at multiple time points postinfection (PI). By use of 16S rRNA amplicon sequencing, it was revealed that microbial diversity differed in infected (IF) chickens in comparison to the control (C) in both CeC and CeS microbiota at the peak of infection (7 days PI), when simultaneously IF birds saw reduced body weight gain and a higher feed conversion ratio. Infection resulted in a significant differential abundance of some bacterial taxa, including increases in potential secondary pathogens Escherichia coli, Enterococcus, Clostridium, and Proteus and a decrease in the short chain fatty acid-producing family Lachnospiraceae. Predicted metagenomic pathways associated with E. coli, such as those responsible for amino acid biosynthesis, were differentially expressed in IF birds. In conclusion, our results show that E. tenella infection disturbs luminal and mucosal microbiota balance in chickens. Moreover, the luminal microbiota seems to be more susceptible to prolonged imbalance due to IF, whereas the mucosal microbiota appeared to be affected only in the short term, demonstrating the importance of researching both the luminal and mucosal microbiota of the cecum.Efectos de Eimeria tenella sobre la microbiota luminal y de la mucosa de los ciegos en pollos de engorde. La coccidiosis, una enfermedad intestinal causada por especies parasitarias de Eimeria, afecta gravemente la producción avícola, lo que genera pérdidas anuales estimadas en 14,000 millones de dólares en todo el mundo. A medida que la industria avícola se aleja de los antibióticos como tratamiento para enfermedades, se requiere de un mejor conocimiento de la microbiota para desarrollar otras soluciones como probióticos, prebióticos y suplementos nutricionales. Este estudio tuvo como objetivo investigar los efectos de la infección por Eimeria tenella en las poblaciones microbianas luminales (contenido cecal [CeC]) y de la mucosa (raspados del epitelio cecal [CeS]) en pollos de engorde Ross 708 (288) en diferentes puntos de tiempo después de la infección (PI). Mediante el uso de la secuenciación de amplicones de ARNr 16S, se reveló que la diversidad microbiana difería en los pollos infectados (IF) en comparación con el grupo control (C) tanto en la microbiota del contenido cecal como de la mucosa durante el pico de infección (7 días después de la infección), cuando de manera simultánea las aves infectadas mostraron una reducción en la ganancia de peso corporal reducido y una tasa de conversión alimenticia más alta. La infección resultó en una abundancia diferencial significativa de algunos taxones bacterianos, incluidos aumentos en los patógenos secundarios potenciales como Escherichia coli, Enterococcus, Clostridium y Proteus y una disminución en la familia Lachnospiraceae productora de ácidos grasos de cadena corta. Las vías metagenómicas predichas asociadas con E. coli, como las responsables de la biosíntesis de aminoácidos, se expresaron diferencialmente en las aves infectadas. En conclusión, estos resultados muestran que la infección por E. tenella perturba el equilibrio de la microbiota luminal y de la mucosa en pollos. Además, la microbiota luminal parece ser más susceptible a un desequilibrio prolongado debido a la infección, mientras que la microbiota mucosa parece verse afectada solo a corto plazo, lo que demuestra la importancia de investigar tanto la microbiota luminal como la de la mucosa en el ciego.