Immunological, histological, and metabolic investigations in Japanese quail (<em>Coturnix coturnix japonica</em>) fed with diets containing maize with the Cry1Ab trait versus non-biotech counterparts for up to 20 generations

Abstract

The aim of this dissertation was to advance the ongoing debate as to whether health is affected by the intake of diets containing maize with the Cry1Ab trait in comparison to non-biotech counterparts. For this purpose the Japanese quail was used as a model organism. Initially serum chemistry reference values were established from up to 125 male and 151 female adult quail. Most parameters observed showed sex-related differences.<br /> In the following experiment, quail from generations 17 to 20 of a multigenerational comparison with animals fed diets containing either genetically modified Bacillus thuringiensis-maize (Bt), or isogenic maize (ISO) (n=40/feeding group/sex) were used. In addition, animals fed these maize varieties in first generation (n=30/feeding group/sex), as well as further control groups fed with two different isogenic hybrid reference maize cultivars (REF) (n=30/feeding group/sex) were included. At 16 wk of age, blood samples were analyzed for serum biochemical parameters and liver tissue was histomorphometrically evaluated.<br /> Statistical differences between feeding groups occurred in few of the observed parameters; they were neither consistent nor analogous and were not limited to Bt vs. ISO, or REF comparisons.<br /> In a further experiment, the effect of an active immunization against bovine serum albumin (BSA) was tested in feeding regimen including Bt or isogenic maize. After 16 wk on the experimental diets, one half of each feeding group was injected with BSA or NaCl, respectively. Thirty-six h after the injection, half of the BSA injected group (n=30) and half of the saline group (n=30) from both feeding groups were sacrificed and blood samples were analyzed for zinc concentrations that are indicative for an acute phase reaction. From the remaining animals, egg yolk samples were obtained biweekly from 0 to 6 wk following the injection and were analyzed for total IgY concentration and BSA-specific IgY titers. The response of both variables to the BSA injection did not differ between feeding groups. For serum zinc, no alterations related to the immunization against BSA were detectable. When pooling the BSA and saline injected quail within the Bt and the ISO feeding group, the Zn concentrations were slightly lower (p < 0.01) in the ISO animals than in the Bt group. The results indicated that feeding of Bt-maize does not impair the immune system of Japanese quail.<br /> Analyses for nutrient composition and mycotoxins conducted in all feeds, yielded similar nutrient contents and no differences in the concentrations of zearalenone (ZON) and deoxynivalenol (DON); concentrations of DON and ZON were consistently below the limits of acceptance of the European Commission.<br /> In conclusion, the present dissertation contributes to the general discussion of using genetically modified crops in animal nutrition, showing that no obvious adverse effects were observed in neither comparison. The results are of general importance to animal science and provide support for the comparability of Bt-maize to conventional reference maize varieties in terms of animal health.

<strong>Immunologische, histologische und metabolische Untersuchunegn in Japanischen Wachteln (<em>Coturnix coturnix japonica</em>) deren Fütterung bis zu 20 Generationen mit gentechnisch verändertem Cry1Ab Mais oder isogenem Mais erfolgte</strong><br /> Ziel dieser Dissertation war es, die anhaltende Debatte, ob die Aufnahme von Futtermitteln mit Cry1Ab Mais im Vergleich zu isogenem Mais Auswirkungen auf die Gesundheit hat, voranzutreiben. Zu diesem Zweck wurde die Japanische Wachtel als Modellorganismus genutzt. Zunächst erfolgte die Etablierung klinisch-chemischer Referenzwerte von bis zu 125 männlichen und 151 weiblichen adulten Tieren. In der überwiegenden Anzahl der untersuchten Parameter traten erwartungsgemäß Unterschiede zwischen den Geschlechtern auf.<br /> In dem darauffolgenden Mehrgenerationenversuch wurden Tiere der 17. bis 20. Generation verglichen, deren Fütterung mit Bacillus thuringiensis-Mais (Bt) oder isogenem Mais (ISO) erfolgte (n=40/Fütterungsgruppe und Geschlecht). Die Untersuchungen wurden ausgeweitet auf Tiere, die in der ersten Generation Bt-Mais erhielten (n=30/Fütterungsgruppe und Geschlecht) und auf zwei zusätzliche, mit isogenem Referenzmais (REF) (n=30/Fütterungsgruppe und Geschlecht) gefütterte Kontrollgruppen. Im Alter von 16 Wochen erfolgte die Analyse klinisch-chemischer Parameter sowie die histologische Betrachtung des Lebergewebes. Signifikante Unterschiede traten lediglich in einigen der betrachteten Parameter auf. Diese Unterschiede waren jedoch weder konstant noch analog und beschränkten sich nicht auf Vergleiche zwischen Bt vs. ISO, oder REF.<br /> Abschließend wurde der Effekt einer aktiven Immunisierung mit Bovinem Serum Albumin (BSA) in Fütterungsversuchen mit Bt- oder isogenem Mais getestet. Nach 16-wöchiger Fütterung der Versuchsrationen erfolgte die Injektion mit BSA bzw. NaCl von jeweils der Hälfte der Tiere pro Fütterungsgruppe, wovon jeweils wiederum von der Hälfte (n=30) nach 36 h Blutproben gewonnen und auf ihren Zinkgehalt untersucht wurden. Von den verbleibenden Tieren wurden für insgesamt sechs Wochen nach der Injektion alle zwei Wochen Eidotterproben gesammelt und die Konzentrationen an Gesamt-IgY sowie BSA-spezifischem IgY gemessen. Bei beiden Parametern traten keine Unterschiede zwischen den Fütterungsgruppen auf. In der Gruppe Bt-Mais gefütterter Tiere konnte eine höhere Zinkkonzentration im Vergleich zu den isogen gefütterten Kontrolltieren ermittelt werden, nachdem die Proben von BSA und NaCl-injizierten Tieren der jeweiligen Fütterungsgruppe zusammengefasst wurden. Die Ergebnisse dieser Studie geben keine Hinweise darauf, dass die Fütterung von Bt-Mais das Immunsystem von Japanischen Wachteln beeinträchtigt.<br /> Die Analyse der Nährstoffgehalte sowie der Konzentrationen der Mykotoxine Deoxynivalenol und Zearalenon in den verwendeten Futtermischungen zeigte keine Unterschiede zwischen den Fütterungsgruppen. Zudem lagen die Mykotoxinkonzentrationen durchweg unterhalb den von der EU-Kommission akzeptierten Höchstmengen. Das Ausbleiben negativer Gesundheitseffekte in den durchgeführten Untersuchungen trägt zu der anhaltenden Diskussion bezüglich des Einsatzes gentechnisch veränderter Getreide in der Tierernährung bei. Die Ergebnisse sind von genereller Bedeutung für die Tierwissenschaft und unterstützen die Vergleichbarkeit von Bt-Mais mit konventionellen Maissorten im Hinblick auf die Tiergesundheit.