The use of pigs in neuroscience research has increased in the past decade, which has seen broader recognition of the potential of pigs as an animal for experimental modeling of human brain disorders. The volume of available background data concerning pig brain anatomy and neurochemistry has increased considerably in recent years. The pig brain, which is gyrencephalic, resembles the human brain more in anatomy, growth and development than do the brains of commonly used small laboratory animals. The size of the pig brain permits the identification of cortical and subcortical structures by imaging techniques. Furthermore, the pig is an increasingly popular laboratory animal for transgenic manipulations of neural genes. The present paper focuses on evaluating the potential for modeling symptoms, phenomena or constructs of human brain diseases in pigs, the neuropsychiatric disorders in particular. Important practical and ethical aspects of the use of pigs as an experimental animal as pertaining to relevant in vivo experimental brain techniques are reviewed. Finally, current knowledge of aspects of behavioral processes including learning and memory are reviewed so as to complete the summary of the status of pigs as a species suitable for experimental models of diverse human brain disorders.

Increasing evidence suggests that environmental factors changing the normal colonisation pattern in the gut strongly influence the risk of developing autoimmune diabetes. The aim of this study was to investigate, both during infancy and adulthood, whether treatment with vancomycin, a glycopeptide antibiotic specifically directed against Gram-positive bacteria, could influence immune homeostasis and the development of diabetic symptoms in the NOD mouse model for diabetes.Accordingly, one group of mice received vancomycin from birth until weaning (day 28), while another group received vancomycin from 8 weeks of age until onset of diabetes. Pyrosequencing of the gut microbiota and flow cytometry of intestinal immune cells was used to investigate the effect of vancomycin treatment.At the end of the study, the cumulative diabetes incidence was found to be significantly lower for the neonatally treated group compared with the untreated group, whereas the insulitis score and blood glucose levels were significantly lower for the mice treated as adults compared with the other groups. Mucosal inflammation was investigated by intracellular cytokine staining of the small intestinal lymphocytes, which displayed an increase in cluster of differentiation (CD)4(+) T cells producing pro-inflammatory cytokines in the neonatally treated mice. Furthermore, bacteriological examination of the gut microbiota composition by pyrosequencing revealed that vancomycin depleted many major genera of Gram-positive and Gram-negative microbes while, interestingly, one single species, Akkermansia muciniphila, became dominant.The early postnatal period is a critical time for microbial protection from type 1 diabetes and it is suggested that the mucolytic bacterium A. muciniphila plays a protective role in autoimmune diabetes development, particularly during infancy.

Abstract Metabolic syndrome encompasses amongst other conditions like obesity, type-2 diabetes, and metabolic dysfunction associated fatty liver disease (MAFLD), which are all associated with gut microbiome (GM) dysbiosis. Fecal microbiota transplantation (FMT) has been explored to treat metabolic syndrome by restoring the GM. FMT is generally safe, but motivated by case reports, accidental transfer of pathogenic bacteria remains a concern. As a safer alternative, fecal virome transplantation (FVT, sterile-filtrated feces) has the advantage over FMT in that mainly bacteriophages are transferred and FVT from lean male donors has shown promise in alleviating the metabolic effects of a high-fat diet in a preclinical mouse study. However, FVT still carries the risk of eukaryotic viral infections. To address this, we here apply recently developed modification methodologies to inactivate or remove the eukaryotic viral component of FVT while maintaining an active enteric bacteriophage community. Modified FVTs were compared with unmodified FVT and saline in an animal model of diet-induced obesity using male C57BL/6N mice. In contrast to the obese control group, mice administered a modified FVT, nearly depleted from eukaryotic viruses (0.1%), exhibited enhanced blood glucose clearance, although without a concurrent reduction in weight gain. The unmodified FVT improved liver pathology and reduced the proportions of immune cells in the adipose tissue with a non-uniform response. GM analysis suggested that bacteriophage-mediated GM modulation had influenced these outcomes. When optimized, this may pave the way for developing safe bacteriophage-based therapies targeting metabolic syndrome through GM restoration.

Abstract Background Fecal microbiota transplantation (FMT) and fecal virome transplantation (FVT, sterile filtrated donor feces) have been effective in treating recurrent Clostridioides difficile infections, possibly through bacteriophage-mediated modulation of the gut microbiome. However, challenges like donor variability, costly screening, coupled with concerns over pathogen transfer (incl. eukaryotic viruses) with FMT or FVT hinder their wider clinical application in treating less acute diseases. Methods To overcome these challenges, we developed methods to broaden FVT’s clinical application while maintaining efficacy and increasing safety. Specifically, we employed the following approaches: (1) chemostat-fermentation to reproduce the bacteriophage FVT donor component and remove eukaryotic viruses (FVT-ChP), (2) solvent-detergent treatment to inactivate enveloped viruses (FVT-SDT), and (3) pyronin-Y treatment to inhibit RNA virus replication (FVT-PyT). We assessed the efficacy of these processed FVTs in a C. difficile infection mouse model and compared them with untreated FVT (FVT-UnT), FMT, and saline. Results FVT-SDT, FVT-UnT, and FVT-ChP reduced the incidence of mice reaching the humane endpoint (0/8, 2/7, and 3/8, respectively) compared to FMT, FVT-PyT, and saline (5/8, 7/8, and 5/7, respectively) and significantly reduced the load of colonizing C. difficile cells and associated toxin A/B levels. There was a potential elimination of C. difficile colonization, with seven out of eight mice treated with FVT-SDT testing negative with qPCR. In contrast, all other treatments exhibited the continued presence of C. difficile . Moreover, the results were supported by changes in the gut microbiome profiles, cecal cytokine levels, and histopathological findings. Assessment of viral engraftment following FMT/FVT treatment and host-phage correlations analysis suggested that transfer of phages likely were an important contributing factor associated with treatment efficacy. Conclusions This proof-of-concept study shows that specific modifications of FVT hold promise in addressing challenges related to donor variability and infection risks. Two strategies lead to treatments significantly limiting C. difficile colonization in mice, with solvent/detergent treatment and chemostat propagation of donor phages emerging as promising approaches.

Abstract Many prokaryotes harbor the adaptive CRISPR-Cas system, which stores small nucleotide fragments from previous invasions of nucleic acids via viruses or plasmids. This molecular archive blocks further invaders carrying identical or similar nucleotide sequences. However, very few of these systems have been experimentally confirmed to be active in gut bacteria. Here, we experimentally demonstrate that the type I-C CRISPR-Cas system of the prevalent gut bacterium Eggerthella lenta can specifically target and cleave foreign DNA in vitro by using a plasmid transformation assay. We also show that the CRISPR-Cas system acquires new immunities (spacers) from the genome of a virulent E. lenta phage using traditional phage-assays in vitro but also in vivo using gnotobiotic (GB) mice. An increased number of spacer acquisition events were observed when E. lenta was exposed to a low multiplicity of infection in vitro , and three phage genes were found to contain protospacer hotspots. Interestingly, much less new spacer acquisitions were detected in vivo than in vitro . Longitudinal analysis of phage-bacteria interactions showed sustained coexistence in the gut of GB mice, with phage abundance being approximately one log higher than the bacteria. Our findings show that while the type I-C CRISPR-Cas system is active in vitro and in vivo , a highly virulent phage in vitro was still able co-exist with its bacterial host in vivo . Taken altogether, our results suggest that the CRISPR-Cas defense system of E. lenta provides only partial immunity in the gut.

Abstract Metabolic syndrome encompasses amongst other conditions like obesity and type-2 diabetes and is associated with gut microbiome (GM) dysbiosis. Fecal microbiota transplantation (FMT) has been explored to treat metabolic syndrome by restoring the GM; however, concerns on accidentally transferring pathogenic microbes remain. As a safer alternative, fecal virome transplantation (FVT, sterile-filtrated feces) has the advantage over FMT in that mainly bacteriophages are transferred. FVT from lean male donors have shown promise in alleviating the metabolic effects of high-fat diet in a preclinical mouse study. However, FVT still carries the risk of eukaryotic viral infections. To address this, recently developed methods are applied for removing or inactivating eukaryotic viruses in the viral component of FVT. Modified FVTs are compared with unmodified FVT and saline in a diet-induced obesity model on male C57BL/6 N mice. Contrasted with obese control, mice administered a modified FVT (nearly depleted for eukaryotic viruses) exhibits enhanced blood glucose clearance but not weight loss. The unmodified FVT improves liver pathology and reduces the proportions of immune cells in the adipose tissue with a non-uniform response. GM analysis suggests that bacteriophage-mediated GM modulation influences outcomes. Optimizing these approaches could lead to the development of safe bacteriophage-based therapies targeting metabolic syndrome through GM restoration.

ABSTRACT Fecal microbiota transplantation (FMT) and fecal virome transplantation (FVT, sterile filtrated donor feces) have proven effective in treating recurrent Clostridioides difficile infection (rCDI). However, variability in donor materials and costly screening, coupled with concerns (motivated by case reports) over pathogen transfer with FMT or FVT, hinders their wider clinical application in treating less acute diseases. Although FVT presents safety advantages over FMT by transferring no bacteria, the presence of eukaryotic viruses poses a risk of harmful infections. To overcome these challenges, we developed methods to broaden FVT’s clinical application while maintaining efficacy and increasing safety. Namely: 1) chemostat-fermentation to reproduce the bacteriophage FVT component and remove eukaryotic viruses (FVT-ChP); 2) solvent-detergent treatment to inactivate enveloped viruses (FVT-SDT); and 3) pyronin-Y treatment to block RNA-virus replication (FVT-PyT). We evaluated the efficacy of these processed FVTs using a CDI mouse model and compared them with untreated FVT (FVT-UnT), FMT, and saline control. FVT-UnT, FVT-SDT, and FVT-ChP significantly reduced C. difficile colonization, limited CDI symptoms and reduced the incidence of mice reaching humane endpoints compared with the saline control. This proof-of-concept opens the possibility of developing safer and more effective phage-mediated therapies for a broad range of gut-related diseases and addresses the reproducibility issues associated with fecal donor material. Summary Fecal viromes depleted of enveloped viruses efficiently treat Clostridioides difficile - associated diarrhea in a murine model.

Objective: Development of obesity and type-2-diabetes (T2D) are associated with gut microbiota (GM) changes. The gut viral community is predominated by bacteriophages (phages), which are viruses that attack bacteria in a host-specific manner. As a proof-of-concept we demonstrate the efficacy of faecal virome transplantation (FVT) from lean donors for shifting the phenotype of obese mice into closer resemblance of lean mice. Design: The FVT consisted of viromes extracted from the caecal content of mice fed a low-fat (LF) diet for fourteen weeks. Male C57BL/6NTac mice were divided into five groups: LF (as control), high-fat diet (HF), HF+Ampicillin (Amp), HF+Amp+FVT and HF+FVT. At week six and seven of the study the HF+FVT and HF+Amp+FVT mice were treated with FVT by oral gavage. The Amp groups were treated with ampicillin 24 h prior to first FVT treatment. Results: Six weeks after first FVT the HF+FVT mice showed a significant decrease in weight gain compared to the HF group. Further, glucose tolerance was comparable between the lean LF and HF+FVT mice, while the other HF groups all had impaired glucose tolerance. These observations were supported by significant shifts in GM composition, blood plasma metabolome, and expression levels of genes involved in obesity and T2D development. Conclusions: Transfer of gut viral communities from mice with a lean phenotype into those with an obese phenotype reduce weight gain and normalise blood glucose parameters relative to lean mice. We hypothesise that this effect is mediated via FVT-induced GM changes.

Abstract Anorexia nervosa (AN) is a complex and serious mental disorder, which may affect individuals of all ages and sex, but primarily affecting young women. The disease is characterized by a disturbed body image, restrictive eating behavior, and a lack of acknowledgment of low body weight. The underlying causes of AN remain largely unknown, and current treatment options are limited to psychotherapy and nutritional support. This paper investigates the impact of Fecal Microbiota Transplants (FMT) from AN patients on food intake, body weight, behavior, and gut microbiota in antibiotic-treated mice. Two rounds of FMT were performed using AN and control (CO) donors. During the second round of FMT, a subset of mice received FMT from a different donor type. This split-group cross-over design was chosen to demonstrate any recovery effect of FMT from a healthy donor. The first FMT, from AN donors, resulted in lower food intake in mice without affecting body weight. After FMT2, serum analysis revealed higher levels of appetite-influencing hormones (PYY and leptin) in mice receiving AN-GM. Gut microbiota analysis showed significant differences between AN and CO mice after FMT1, before cross-over. Specific bacterial genera and families Ruminococcaceae, Lachnospiraceae, and Faecalibacterium showed different abundances in AN and CO receiving mice. Behavioral tests showed decreased locomotor activity in AN mice after FMT1. Overall, the results suggest that AN-GM may contribute to altered food intake and appetite regulation, which can be ameliorated with FMT from a healthy donor potentially offering FMT as a supportive treatment for AN.

Often physiological studies using mice from one vendor show different outcome when being reproduced using mice from another vendor. These divergent phenotypes between similar mouse strains from different vendors have been assigned to differences in the gut microbiome. During recent years, evidence has mounted that the gut viral community plays a key role in shaping the gut microbiome and may thus also influence mouse phenotype. However, to date inter-vendor variation in the murine gut virome has not been studied. Using a metavirome approach, combined with 16S rRNA gene sequencing, we here compare the composition of the viral and bacterial gut community of C57BL/6N mice from three different vendors exposed to either a chow-based low-fat diet or high-fat diet. Interestingly, both the bacterial and the viral component of the gut community differed significantly between vendors. The different diets also strongly influenced both the viral and bacterial gut community, but surprisingly the effect of vendor exceeded the effect of diet. In conclusion, the vendor effect is substantial on not only the gut bacterial community, but also strongly influences viral community composition. Given the effect of GM on mice phenotype this is essential to consider, for increasing reproducibility of mouse studies.