Acest articol face parte din tema de cercetare „Utilizarea antimicrobiană, rezistența antimicrobiană și microbiomul animalelor destinate hranei”. Vezi toate cele 13 articole
Acizii organici continuă să fie la mare căutare ca aditivi pentru hrana animalelor. Până în prezent, accentul s-a pus pe siguranța alimentară, în special pe reducerea incidenței agenților patogeni alimentari la păsările de curte și alte animale. Mai mulți acizi organici sunt în prezent studiați sau sunt deja utilizați comercial. Printre numeroșii acizi organici care au fost studiați pe larg, acidul formic este unul dintre aceștia. Acidul formic este adăugat în dietele păsărilor de curte pentru a limita prezența Salmonella și a altor agenți patogeni alimentari în hrană și în tractul gastrointestinal după ingestie. Pe măsură ce înțelegerea eficacității și impactului acidului formic asupra gazdei și a agenților patogeni alimentari crește, devine clar că prezența acidului formic poate declanșa căi specifice la Salmonella. Acest răspuns poate deveni mai complex atunci când acidul formic intră în tractul gastrointestinal și interacționează nu numai cu Salmonella care deja colonizează tractul gastrointestinal, ci și cu flora microbiană proprie a intestinului. Revizuirea va examina rezultatele actuale și perspectivele pentru cercetări ulterioare asupra microbiomului păsărilor de curte și al hranei tratate cu acid formic.
Atât în ​​producția de animale, cât și în cea a păsărilor de curte, provocarea constă în dezvoltarea unor strategii de management care să optimizeze creșterea și productivitatea, limitând în același timp riscurile pentru siguranța alimentară. Din punct de vedere istoric, administrarea antibioticelor la concentrații subterapeutice a îmbunătățit sănătatea, bunăstarea și productivitatea animalelor (1-3). Din perspectiva mecanismului de acțiune, s-a propus că antibioticele administrate la concentrații subinhibitorii mediază răspunsurile gazdei prin modularea florei gastrointestinale (GI) și, implicit, a interacțiunilor acestora cu gazda (3). Cu toate acestea, preocupările continue cu privire la potențiala răspândire a agenților patogeni alimentari rezistenți la antibiotice și potențiala lor asociere cu infecții rezistente la antibiotice la oameni au dus la retragerea treptată a utilizării antibioticelor la animalele destinate consumului alimentar (4-8). Prin urmare, dezvoltarea de aditivi și amelioratori pentru hrana animalelor care să îndeplinească cel puțin o parte din aceste cerințe (îmbunătățirea sănătății, bunăstării și productivității animalelor) este de mare interes atât din perspectiva cercetării academice, cât și din perspectiva dezvoltării comerciale (5, 9). O varietate de aditivi comerciali pentru hrana animalelor au intrat pe piața alimentelor de origine animală, inclusiv probiotice, prebiotice, uleiuri esențiale și compuși înrudiți din diverse surse vegetale, precum și substanțe chimice precum aldehidele (10-14). Alți aditivi comerciali pentru hrana animalelor de curte utilizați în mod obișnuit la păsările de curte includ bacteriofagi, oxid de zinc, enzime exogene, produse de excludere competitivă și compuși acizi (15, 16).
Printre aditivii chimici existenți pentru hrana animalelor, aldehidele și acizii organici au fost din punct de vedere istoric cei mai studiați și utilizați compuși (12, 17–21). Acizii organici, în special acizii grași cu lanț scurt (AGCS), sunt antagoniști bine-cunoscuți ai bacteriilor patogene. Acești acizi organici sunt utilizați ca aditivi pentru hrana animalelor nu numai pentru a limita prezența agenților patogeni în matricea furajeră, ci și pentru a exercita efecte active asupra funcției gastrointestinale (17, 20–24). În plus, AGCS sunt produși prin fermentare de către flora intestinală din tractul digestiv și se consideră că joacă un rol mecanistic în capacitatea unor probiotice și prebiotice de a contracara agenții patogeni ingerați în tractul gastrointestinal (21, 23, 25).
De-a lungul anilor, diverși acizi grași cu lanț scurt (AGSC) au atras multă atenție ca aditivi pentru hrana animalelor. În special, propionatul, butiratul și formiatul au făcut obiectul a numeroase studii și aplicații comerciale (17, 20, 21, 23, 24, 26). În timp ce studiile timpurii s-au concentrat pe controlul agenților patogeni transmiși prin alimente în hrana animalelor și a păsărilor de curte, studii mai recente și-au mutat atenția către îmbunătățirea generală a performanței animalelor și a sănătății gastrointestinale (20, 21, 24). Acetatul, propionatul și butiratul au atras multă atenție ca aditivi pentru hrana animalelor cu acizi organici, printre care acidul formic este, de asemenea, un candidat promițător (21, 23). O mare atenție a fost concentrată asupra aspectelor de siguranță alimentară ale acidului formic, în special asupra reducerii incidenței agenților patogeni transmiși prin alimente în hrana animalelor. Cu toate acestea, se iau în considerare și alte utilizări posibile. Obiectivul general al acestei analize este de a examina istoricul și starea actuală a acidului formic ca ameliorator de hrană pentru animale (Figura 1). În acest studiu, vom examina mecanismul antibacterian al acidului formic. În plus, vom analiza mai îndeaproape efectele sale asupra animalelor și păsărilor de curte și vom discuta posibile metode de îmbunătățire a eficacității sale.
Fig. 1. Hartă mentală a subiectelor abordate în această analiză. În special, s-au concentrat următoarele obiective generale: descrierea istoricului și stării actuale a acidului formic ca ameliorator de hrană pentru animale, mecanismele antimicrobiene ale acidului formic și impactul utilizării sale asupra sănătății animalelor și păsărilor de curte, precum și metodele potențiale de îmbunătățire a eficacității.
Producția de hrană pentru animale și păsări de curte este o operațiune complexă care implică mai multe etape, inclusiv prelucrarea fizică a cerealelor (de exemplu, măcinarea pentru reducerea dimensiunii particulelor), prelucrarea termică pentru peletizare și adăugarea mai multor nutrienți în dietă, în funcție de nevoile nutriționale specifice ale animalului (27). Având în vedere această complexitate, nu este surprinzător faptul că prelucrarea hranei pentru animale expune cerealele la o varietate de factori de mediu înainte de a ajunge la fabrica de hrană pentru animale, în timpul măcinării și, ulterior, în timpul transportului și hrănirii în rații de hrană combinată (9, 21, 28). Astfel, de-a lungul anilor, în hrana pentru animale a fost identificat un grup foarte divers de microorganisme, incluzând nu numai bacterii, ci și bacteriofagi, ciuperci și drojdii (9, 21, 28–31). Unii dintre acești contaminanți, cum ar fi anumite ciuperci, pot produce micotoxine care prezintă riscuri pentru sănătatea animalelor (32–35).
Populațiile bacteriene pot fi relativ diverse și depind într-o oarecare măsură de metodele respective utilizate pentru izolarea și identificarea microorganismelor, precum și de sursa probei. De exemplu, profilul compoziției microbiene poate diferi înainte de tratamentul termic asociat cu peletizarea (36). Deși metodele clasice de cultură și de placare pe plăci au furnizat unele informații, aplicarea recentă a metodei de secvențiere de generație următoare (NGS) bazată pe gena 16S rRNA a oferit o evaluare mai cuprinzătoare a comunității microbiomului furajer (9). Când Solanki și colab. (37) au examinat microbiomul bacterian al boabelor de grâu depozitate pentru o perioadă de timp în prezența fosfinei, un fumigant pentru combaterea insectelor, au descoperit că microbiomul era mai divers după recoltare și după 3 luni de depozitare. În plus, Solanki și colab. (37) (37) au demonstrat că Proteobacteria, Firmicutes, Actinobacteria, Bacteroidetes și Planctomyces au fost încrengăturile dominante în boabele de grâu, Bacillus, Erwinia și Pseudomonas au fost genurile dominante, iar Enterobacteriaceae au constituit o proporție minoră. Pe baza comparațiilor taxonomice, aceștia au concluzionat că fumigația cu fosfină a modificat semnificativ populațiile bacteriene, dar nu a afectat diversitatea fungică.
Solanki și colab. (37) au arătat că sursele de furaje pot conține, de asemenea, agenți patogeni transmiși prin alimente care pot cauza probleme de sănătate publică, pe baza detectării Enterobacteriaceae în microbiom. Agenții patogeni transmiși prin alimente, cum ar fi Clostridium perfringens, Clostridium botulinum, Salmonella, Campylobacter, Escherichia coli O157:H7 și Listeria monocytogenes, au fost asociați cu hrana animalelor și cu silozul (9, 31, 38). Persistența altor agenți patogeni transmiși prin alimente în hrana animalelor și a păsărilor de curte este în prezent necunoscută. Ge și colab. (39) au analizat peste 200 de ingrediente pentru hrana animalelor și au izolat Salmonella, E. coli și Enterococci, dar nu au detectat E. coli O157:H7 sau Campylobacter. Cu toate acestea, matricile precum furajele uscate pot servi drept sursă de E. coli patogenă. În urmărirea sursei unui focar din 2016 de Escherichia coli producătoare de toxină Shiga (STEC), serogrupurile O121 și O26, asociate cu boli umane, Crowe și colab. (40) au utilizat secvențierea întregului genom pentru a compara izolatele clinice cu izolatele obținute din produse alimentare. Pe baza acestei comparații, au concluzionat că sursa probabilă a fost făina de grâu brută cu umiditate scăzută, provenită din morile de făină. Conținutul scăzut de umiditate al făinii de grâu sugerează că STEC poate supraviețui și în hrana animalelor cu umiditate scăzută. Cu toate acestea, așa cum notează Crowe și colab. (40), izolarea STEC din probele de făină este dificilă și necesită metode de separare imunomagnetică pentru a recupera un număr suficient de celule bacteriene. Procese de diagnostic similare pot complica, de asemenea, detectarea și izolarea agenților patogeni rari transmiși prin alimente în hrana animalelor. Dificultatea detectării se poate datora și persistenței îndelungate a acestor agenți patogeni în matricele cu umiditate scăzută. Forghani și colab. (41) a demonstrat că făina de grâu depozitată la temperatura camerei și inoculată cu un amestec de serogrupuri O45, O121 și O145 de Escherichia coli enterohemoragică (EHEC) și Salmonella (S. Typhimurium, S. Agona, S. Enteritidis și S. Anatum) a fost cuantificabilă la 84 și 112 zile și încă detectabilă la 24 și 52 de săptămâni.
Din punct de vedere istoric, Campylobacter nu a fost niciodată izolat din hrana animalelor și a păsărilor de curte prin metode tradiționale de cultură (38, 39), deși Campylobacter poate fi ușor izolat din tractul gastrointestinal al păsărilor de curte și al produselor din păsări de curte (42, 43). Cu toate acestea, hrana are în continuare avantajele sale ca sursă potențială. De exemplu, Alves și colab. (44) au demonstrat că inocularea hranei pentru pui îngrășați cu C. jejuni și depozitarea ulterioară a hranei la două temperaturi diferite timp de 3 sau 5 zile a dus la recuperarea C. jejuni viabili și, în unele cazuri, chiar la proliferarea acestora. Aceștia au concluzionat că C. jejuni poate supraviețui cu siguranță în hrana păsărilor de curte și, prin urmare, poate fi o sursă potențială de infecție pentru pui.
Contaminarea cu Salmonella a hranei pentru animale și păsări de curte a primit multă atenție în trecut și rămâne un punct central al eforturilor continue de dezvoltare a metodelor de detectare aplicabile în mod specific hranei pentru animale și de găsire a unor măsuri de control mai eficiente (12, 26, 30, 45–53). De-a lungul anilor, numeroase studii au examinat izolarea și caracterizarea Salmonellei în diverse unități de producție a hranei pentru animale și fabrici de hrană pentru animale (38, 39, 54–61). În general, aceste studii indică faptul că Salmonella poate fi izolată dintr-o varietate de ingrediente pentru hrana pentru animale, surse de hrană pentru animale, tipuri de hrană pentru animale și operațiuni de fabricare a hranei pentru animale. Ratele de prevalență și serotipurile predominante de Salmonella izolate au variat, de asemenea. De exemplu, Li și colab. (57) au confirmat prezența Salmonella spp. Aceasta a fost detectată în 12,5% din cele 2058 de probe colectate din hrana completă pentru animale, ingrediente pentru hrana pentru animale, hrană pentru animale de companie, recompense pentru animale de companie și suplimente pentru animale de companie în perioada de colectare a datelor 2002-2009. În plus, cele mai frecvente serotipuri detectate în cele 12,5% din probele de Salmonella care au avut rezultate pozitive au fost S. Senftenberg și S. Montevideo (57). Într-un studiu privind alimentele gata de consum și subprodusele din hrana animalelor din Texas, Hsieh și colab. (58) au raportat că cea mai mare prevalență a Salmonella a fost în făina de pește, urmată de proteinele animale, S. Mbanka și S. Montevideo fiind cele mai frecvente serotipuri. Fabricile de furaje prezintă, de asemenea, mai multe puncte potențiale de contaminare a furajelor în timpul amestecării și adăugării ingredientelor (9, 56, 61). Magossi și colab. (61) au reușit să demonstreze că pot apărea mai multe puncte de contaminare în timpul producției de furaje în Statele Unite. De fapt, Magossi și colab. (61) au găsit cel puțin o cultură pozitivă de Salmonella în 11 fabrici de furaje (12 locații de prelevare în total) din opt state din Statele Unite. Având în vedere potențialul de contaminare cu Salmonella în timpul manipulării hranei pentru animale, transportului și hrănirii zilnice, nu este surprinzător faptul că se depun eforturi semnificative pentru a dezvolta aditivi furajeri care pot reduce și menține niveluri scăzute de contaminare microbiană pe tot parcursul ciclului de producție animală.
Se cunosc puține lucruri despre mecanismul răspunsului specific al Salmonellei la acidul formic. Cu toate acestea, Huang și colab. (62) au indicat că acidul formic este prezent în intestinul subțire al mamiferelor și că Salmonella spp. sunt capabile să producă acid formic. Huang și colab. (62) au utilizat o serie de mutanți de deleție ai căilor cheie pentru a detecta expresia genelor de virulență ale Salmonellei și au descoperit că formiatul poate acționa ca un semnal difuzibil pentru a induce Salmonella să invadeze celulele epiteliale Hep-2. Recent, Liu și colab. (63) au izolat un transportor de formiat, FocA, din Salmonella typhimurium, care funcționează ca un canal specific de formiat la pH 7,0, dar poate funcționa și ca un canal de export pasiv la pH extern ridicat sau ca un canal secundar activ de import de formiat/ioni de hidrogen la pH scăzut. Cu toate acestea, acest studiu a fost efectuat doar pe un singur serotip de S. Typhimurium. Rămâne întrebarea dacă toate serotipurile răspund la acidul formic prin mecanisme similare. Aceasta rămâne o întrebare critică de cercetare care ar trebui abordată în studiile viitoare. Indiferent de rezultate, rămâne prudent să se utilizeze mai multe serotipuri de Salmonella sau chiar mai multe tulpini ale fiecărui serotip în experimentele de screening atunci când se elaborează recomandări generale pentru utilizarea suplimentelor acide pentru a reduce nivelurile de Salmonella din furaje. Abordările mai noi, cum ar fi utilizarea codurilor de bare genetice pentru a codifica tulpinile și a distinge diferite subgrupuri ale aceluiași serotip (9, 64), oferă oportunitatea de a discerne diferențe mai fine care pot influența concluziile și interpretarea diferențelor.
Natura chimică și forma de disociere a formiatului pot fi, de asemenea, importante. Într-o serie de studii, Beyer și colab. (65–67) au demonstrat că inhibarea Enterococcus faecium, Campylobacter jejuni și Campylobacter coli a fost corelată cu cantitatea de acid formic disociat și a fost independentă de pH sau de acidul formic nedisociat. Forma chimică a formiatului la care sunt expuse bacteriile pare, de asemenea, să fie importantă. Kovanda și colab. (68) au analizat mai multe organisme Gram-negative și Gram-pozitive și au comparat concentrațiile minime inhibitorii (CMI) ale formiatului de sodiu (500–25.000 mg/L) și ale unui amestec de formiat de sodiu și formiat liber (40/60 m/v; 10–10.000 mg/L). Pe baza valorilor concentrației minime inhibitorii (CMI), au descoperit că formiatul de sodiu a fost inhibitor doar împotriva Campylobacter jejuni, Clostridium perfringens, Streptococcus suis și Streptococcus pneumoniae, dar nu și împotriva Escherichia coli, Salmonella typhimurium sau Enterococcus faecalis. În schimb, un amestec de formiat de sodiu și formiat de sodiu liber a fost inhibitor împotriva tuturor organismelor, ceea ce i-a determinat pe autori să concluzioneze că acidul formic liber posedă majoritatea proprietăților antimicrobiene. Ar fi interesant să se examineze diferite raporturi ale acestor două forme chimice pentru a determina dacă intervalul valorilor CMI se corelează cu nivelul de acid formic prezent în formula amestecată și cu răspunsul la acid formic 100%.
Gomez-Garcia și colab. (69) au testat combinații de uleiuri esențiale și acizi organici (cum ar fi acidul formic) împotriva mai multor izolate de Escherichia coli, Salmonella și Clostridium perfringens obținute de la porci. Aceștia au testat eficacitatea a șase acizi organici, inclusiv acidul formic, și a șase uleiuri esențiale împotriva izolatelor de porc, utilizând formaldehidă ca și control pozitiv. Gomez-García și colab. (69) au determinat MIC50, MBC50 și MIC50/MBC50 ale acidului formic împotriva Escherichia coli (600 și 2400 ppm, 4), Salmonella (600 și 2400 ppm, 4) și Clostridium perfringens (1200 și 2400 ppm, 2), dintre care acidul formic s-a dovedit a fi mai eficient decât toți acizii organici împotriva E. coli și Salmonella. (69) Acidul formic este eficient împotriva Escherichia coli și Salmonella datorită dimensiunii sale moleculare mici și lanțului lung (70).
Beyer și colab. au analizat tulpini de Campylobacter izolate de la porci (66) și tulpini de Campylobacter jejuni izolate de la păsări de curte (67) și au arătat că acidul formic se disociază la concentrații compatibile cu răspunsurile MIC măsurate pentru alți acizi organici. Cu toate acestea, potențe relative ale acestor acizi, inclusiv ale acidului formic, au fost puse sub semnul întrebării, deoarece Campylobacter poate utiliza acești acizi ca substraturi (66, 67). Utilizarea acidului de către C. jejuni nu este surprinzătoare, deoarece s-a demonstrat că are un metabolism non-glicolitic. Astfel, C. jejuni are o capacitate limitată de catabolism al carbohidraților și se bazează pe gluconeogeneză din aminoacizi și acizi organici pentru cea mai mare parte a metabolismului său energetic și a activității biosintetice (71, 72). Un studiu timpuriu realizat de Line și colab. (73) a utilizat o matrice fenotipică conținând 190 de surse de carbon și a arătat că C. jejuni 11168(GS) poate utiliza acizi organici ca surse de carbon, majoritatea fiind intermediari ai ciclului acidului tricarboxilic. Studii ulterioare realizate de Wagli și colab. (74) utilizând o matrice fenotipică de utilizare a carbonului a arătat că tulpinile de C. jejuni și E. coli examinate în studiul lor sunt capabile să crească pe acizi organici ca sursă de carbon. Formiat este principalul donator de electroni pentru metabolismul energetic respirator al C. jejuni și, prin urmare, principala sursă de energie pentru C. jejuni (71, 75). C. jejuni este capabil să utilizeze formiatul ca donator de hidrogen prin intermediul unui complex de formiat dehidrogenază legat de membrană care oxidează formiatul în dioxid de carbon, protoni și electroni și servește ca donator de electroni pentru respirație (72).
Acidul formic are o lungă istorie de utilizare ca ameliorator antimicrobian de furaje, dar unele insecte pot produce, de asemenea, acid formic pentru utilizare ca substanță chimică de apărare antimicrobiană. Rossini și colab. (76) au sugerat că acidul formic ar putea fi un constituent al sevei acide a furnicilor descrise de Ray (77) acum aproape 350 de ani. De atunci, înțelegerea noastră despre producția de acid formic la furnici și alte insecte a crescut considerabil, iar acum se știe că acest proces face parte dintr-un sistem complex de apărare împotriva toxinelor la insecte (78). Diverse grupuri de insecte, inclusiv albinele fără ac, furnicile ascuțite (Hymenoptera: Apidae), gândacii de pământ (Galerita lecontei și G. janus), furnicile fără ac (Formicinae) și unele larve de molii (Lepidoptera: Myrmecophaga), sunt cunoscute pentru producția de acid formic ca substanță chimică defensivă (76, 78–82).
Furnicile sunt probabil cele mai bine caracterizate deoarece au acidocite, deschideri specializate care le permit să pulverizeze un venin compus în principal din acid formic (82). Furnicile folosesc serina ca precursor și stochează cantități mari de formiat în glandele lor veninoase, care sunt suficient de izolate pentru a proteja furnicile gazdă de citotoxicitatea formiatului până când acesta este pulverizat (78, 83). Acidul formic pe care îl secretă poate (1) servi ca feromon de alarmă pentru a atrage alte furnici; (2) fi o substanță chimică defensivă împotriva competitorilor și prădătorilor; și (3) acționa ca agent antifungic și antibacterian atunci când este combinat cu rășină ca parte a materialului cuibului (78, 82, 84–88). Acidul formic produs de furnici are proprietăți antimicrobiene, sugerând că ar putea fi utilizat ca aditiv topic. Acest lucru a fost demonstrat de Bruch și colab. (88), care au adăugat acid formic sintetic în rășină și au îmbunătățit semnificativ activitatea antifungică. O dovadă suplimentară a eficacității acidului formic și a utilității sale biologice este faptul că furnicile gigantice, care nu sunt capabile să producă acid gastric, consumă furnici care conțin acid formic pentru a se asigura cu acid formic concentrat ca acid digestiv alternativ (89).
Utilizarea practică a acidului formic în agricultură a fost luată în considerare și studiată timp de mulți ani. În special, acidul formic poate fi utilizat ca aditiv pentru hrana animalelor și pentru siloz. Formiat de sodiu, atât în ​​formă solidă, cât și lichidă, este considerat sigur pentru toate speciile de animale, consumatori și mediu (90). Pe baza evaluării lor (90), o concentrație maximă de 10.000 mg echivalenți de acid formic/kg de hrană a fost considerată sigură pentru toate speciile de animale, în timp ce o concentrație maximă de 12.000 mg echivalenți de acid formic/kg de hrană a fost considerată sigură pentru porci. Utilizarea acidului formic ca ameliorator de hrană pentru animale a fost studiată timp de mulți ani. Se consideră că are valoare comercială ca și conservant pentru siloz și agent antimicrobian în hrana animalelor și a păsărilor de curte.
Aditivii chimici, cum ar fi acizii, au fost întotdeauna un element integrant în producția de siloz și în gestionarea furajelor (91, 92). Borreani și colab. (91) au remarcat că, pentru a obține o producție optimă de siloz de înaltă calitate, este necesar să se mențină calitatea furajelor, păstrând în același timp cât mai multă substanță uscată posibil. Rezultatul unei astfel de optimizări este minimizarea pierderilor în toate etapele procesului de însilozare: de la condițiile aerobe inițiale din siloz până la fermentarea ulterioară, depozitarea și redeschiderea silozului pentru hrănire. Metodele specifice pentru optimizarea producției de siloz pe câmp și a fermentării ulterioare a silozului au fost discutate în detaliu în altă parte (91, 93-95) și nu vor fi discutate în detaliu aici. Principala problemă este deteriorarea oxidativă cauzată de drojdii și mucegaiuri atunci când oxigenul este prezent în siloz (91, 92). Prin urmare, au fost introduși inoculanți biologici și aditivi chimici pentru a contracara efectele adverse ale alterării (91, 92). Alte aspecte de luat în considerare pentru aditivii pentru siloz includ limitarea răspândirii agenților patogeni care pot fi prezenți în siloz (de exemplu, E. coli patogenă, Listeria și Salmonella), precum și a ciupercilor producătoare de micotoxine (96–98).
Mack și colab. (92) au împărțit aditivii acizi în două categorii. Acizii precum acizii propionic, acetic, sorbic și benzoic mențin stabilitatea aerobă a silozului atunci când este administrat rumegătoarelor, limitând creșterea drojdiilor și mucegaiurilor (92). Mack și colab. (92) au separat acidul formic de alți acizi și l-au considerat un acidificant direct care inhibă clostridiile și microorganismele de alterare, menținând în același timp integritatea proteinelor din siloz. În practică, formele lor sărate sunt cele mai comune forme chimice pentru a evita proprietățile corozive ale acizilor în formă nesală (91). Multe grupuri de cercetare au studiat, de asemenea, acidul formic ca aditiv acid pentru siloz. Acidul formic este cunoscut pentru potențialul său rapid de acidificare și efectul său inhibitor asupra creșterii microorganismelor dăunătoare pentru siloz, care reduc conținutul de proteine ​​și carbohidrați solubili în apă din siloz (99). Prin urmare, He și colab. (92) au comparat acidul formic cu aditivii acizi din siloz. (100) au demonstrat că acidul formic poate inhiba Escherichia coli și poate scădea pH-ul silozului. Culturi bacteriene producătoare de acid formic și lactic au fost, de asemenea, adăugate în siloz pentru a stimula acidificarea și producția de acid organic (101). De fapt, Cooley și colab. (101) au descoperit că atunci când silozul a fost acidificat cu acid formic 3% (g/v), producția de acizi lactici și formici a depășit 800, respectiv 1000 mg acid organic/100 g probă. Mack și colab. (92) au analizat în detaliu literatura de cercetare privind aditivii pentru siloz, inclusiv studii publicate din anul 2000 care s-au concentrat pe și/sau au inclus acid formic și alți acizi. Prin urmare, această analiză nu va discuta în detaliu studiile individuale, ci va rezuma pur și simplu câteva puncte cheie privind eficacitatea acidului formic ca aditiv chimic pentru siloz. Au fost studiați atât acidul formic netamponat, cât și cel tamponat și, în majoritatea cazurilor, Clostridium spp. Activitățile sale relative (absorbția de carbohidrați, proteine ​​și lactat și excreția de butirat) tind să scadă, în timp ce producția de amoniac și butirat scade, iar retenția de substanță uscată crește (92). Există limitări ale performanței acidului formic, dar utilizarea sa ca aditiv pentru siloz în combinație cu alți acizi pare să depășească unele dintre aceste probleme (92).
Acidul formic poate inhiba bacteriile patogene care prezintă un risc pentru sănătatea umană. De exemplu, Pauly și Tam (102) au inoculat mici silozuri de laborator cu L. monocytogenes conținând trei niveluri diferite de substanță uscată (200, 430 și 540 g/kg) de raigras și apoi au fost suplimentate cu acid formic (3 ml/kg) sau bacterii lactice (8 × 105/g) și enzime celulolitice. Aceștia au raportat că ambele tratamente au redus L. monocytogenes la niveluri nedetectabile în silozul cu conținut scăzut de substanță uscată (200 g/kg). Cu toate acestea, în silozul cu conținut mediu de substanță uscată (430 g/kg), L. monocytogenes era încă detectabil după 30 de zile în silozul tratat cu acid formic. Reducerea L. monocytogenes părea să fie asociată cu un pH mai scăzut, acid lactic și acizi nedisociați combinați. De exemplu, Pauly și Tam (102) au observat că nivelurile de acid lactic și acid nedisociat combinat au fost deosebit de importante, acesta putând fi motivul pentru care nu s-a observat nicio reducere a L. monocytogenes în mediile tratate cu acid formic din silozuri cu conținuturi mai mari de substanță uscată. Studii similare ar trebui efectuate în viitor pentru alți agenți patogeni comuni ai silozului, cum ar fi Salmonella și E. coli patogenă. O analiză mai cuprinzătoare a secvenței 16S rADN a întregii comunități microbiene de siloz poate ajuta, de asemenea, la identificarea modificărilor populației microbiene generale de siloz care apar în diferite etape ale fermentării silozului în prezența acidului formic (103). Obținerea datelor microbiomului poate oferi sprijin analitic pentru a prezice mai bine progresul fermentării silozului și pentru a dezvolta combinații optime de aditivi pentru a menține o calitate ridicată a silozului.
În furajele pentru animale pe bază de cereale, acidul formic este utilizat ca agent antimicrobian pentru a limita nivelurile de agenți patogeni în diverse matrici furajere derivate din cereale, precum și în anumite ingrediente ale furajelor, cum ar fi subprodusele de origine animală. Efectele asupra populațiilor de agenți patogeni la păsările de curte și alte animale pot fi împărțite în general în două categorii: efecte directe asupra populației de agenți patogeni din furajul în sine și efecte indirecte asupra agenților patogeni care colonizează tractul gastrointestinal al animalelor după consumul furajelor tratate (20, 21, 104). În mod evident, aceste două categorii sunt interconectate, deoarece o reducere a agenților patogeni din furaje ar trebui să ducă la o reducere a colonizării atunci când animalul consumă furajul. Cu toate acestea, proprietățile antimicrobiene ale unui anumit acid adăugat la o matrice furajeră pot fi influențate de mai mulți factori, cum ar fi compoziția furajului și forma în care este adăugat acidul (21, 105).
Din punct de vedere istoric, utilizarea acidului formic și a altor acizi înrudiți s-a concentrat în principal pe controlul direct al Salmonellei în hrana animalelor și a păsărilor de curte (21). Rezultatele acestor studii au fost rezumate în detaliu în mai multe recenzii publicate în momente diferite (18, 21, 26, 47, 104–106), așadar doar câteva dintre principalele constatări ale acestor studii sunt discutate în această recenzie. Mai multe studii au arătat că activitatea antimicrobiană a acidului formic în matricile furajere depinde de doza și timpul de expunere la acid formic, conținutul de umiditate al matricei furajere și concentrația bacteriană din hrană și din tractul gastrointestinal al animalului (19, 21, 107–109). Tipul de matrice furajeră și sursa ingredientelor pentru hrana animalelor sunt, de asemenea, factori de influență. Astfel, o serie de studii au arătat că nivelurile de Salmonella din toxinele bacteriene izolate din subproduse de origine animală pot diferi de cele izolate din subproduse vegetale (39, 45, 58, 59, 110–112). Cu toate acestea, diferențele de răspuns la acizi precum acidul formic pot fi legate de diferențele în ceea ce privește supraviețuirea serovarurilor în dietă și de temperatura la care este procesată dieta (19, 113, 114). Diferențele în răspunsul serovarurilor la tratamentul cu acid pot fi, de asemenea, un factor în contaminarea păsărilor de curte cu furaje contaminate (113, 115), iar diferențele în expresia genelor de virulență (116) pot juca, de asemenea, un rol. Diferențele de toleranță la acid pot afecta, la rândul lor, detectarea Salmonella în mediile de cultură dacă acizii transmiși din furaje nu sunt tamponați în mod adecvat (21, 105, 117–122). Forma fizică a dietei (în ceea ce privește dimensiunea particulelor) poate influența, de asemenea, disponibilitatea relativă a acidului formic în tractul gastrointestinal (123).
Strategiile de optimizare a activității antimicrobiene a acidului formic adăugat în furaje sunt, de asemenea, esențiale. Au fost sugerate concentrații mai mari de acid pentru ingredientele furajere cu contaminare ridicată înainte de amestecarea furajelor, pentru a minimiza potențialele daune aduse echipamentelor morilor de furaje și problemele legate de palatabilitatea furajelor pentru animale (105). Jones (51) a concluzionat că Salmonella prezentă în furaje înainte de curățarea chimică este mai dificil de controlat decât Salmonella în contact cu furajele după tratamentul chimic. Tratamentul termic al furajelor în timpul procesării la moara de furaje a fost sugerat ca o intervenție pentru a limita contaminarea furajelor cu Salmonella, dar acest lucru depinde de compoziția furajelor, dimensiunea particulelor și alți factori asociați cu procesul de măcinare (51). Activitatea antimicrobiană a acizilor este, de asemenea, dependentă de temperatură, iar temperaturile ridicate în prezența acizilor organici pot avea un efect inhibitor sinergic asupra Salmonellei, așa cum s-a observat în culturile lichide de Salmonella (124, 125). Mai multe studii asupra furajelor contaminate cu Salmonella susțin ideea că temperaturile ridicate cresc eficacitatea acizilor din matricea furajelor (106, 113, 126). Amado și colab. (127) au utilizat un design compozit central pentru a studia interacțiunea dintre temperatură și acid (acid formic sau lactic) la 10 tulpini de Salmonella enterica și Escherichia coli izolate din diverse furaje pentru bovine și inoculate în pelete acidificate pentru bovine. Aceștia au concluzionat căldura a fost factorul dominant care a influențat reducerea microbiană, alături de acid și tipul de izolat bacterian. Efectul sinergic cu acidul predomină în continuare, astfel încât se pot utiliza temperaturi și concentrații de acid mai scăzute. Cu toate acestea, au observat, de asemenea, că efectele sinergice nu au fost întotdeauna observate atunci când s-a utilizat acid formic, ceea ce i-a determinat să suspecteze că volatilizarea acidului formic la temperaturi mai ridicate sau efectele de tamponare ale componentelor matricei furajere au fost un factor.
Limitarea duratei de valabilitate a furajelor înainte de administrarea acestora la animale este o modalitate de a controla introducerea agenților patogeni transmiși prin alimente în corpul animalului în timpul hrănirii. Cu toate acestea, odată ce acidul din furaj a intrat în tractul gastrointestinal, acesta își poate continua să își exercite activitatea antimicrobiană. Activitatea antimicrobiană a substanțelor acide administrate exogen în tractul gastrointestinal poate depinde de o varietate de factori, inclusiv concentrația acidului gastric, locul activ al tractului gastrointestinal, pH-ul și conținutul de oxigen al tractului gastrointestinal, vârsta animalului și compoziția relativă a populației microbiene gastrointestinale (care depinde de localizarea tractului gastrointestinal și de maturitatea animalului) (21, 24, 128–132). În plus, populația rezidentă de microorganisme anaerobe din tractul gastrointestinal (care devine dominantă în tractul digestiv inferior al animalelor monogastrice pe măsură ce se maturizează) produce activ acizi organici prin fermentație, care, la rândul său, poate avea și un efect antagonist asupra agenților patogeni tranzitorii care intră în tractul gastrointestinal (17, 19–21).
O mare parte din cercetările timpurii s-au concentrat pe utilizarea acizilor organici, inclusiv formiatul, pentru a limita Salmonella în tractul gastrointestinal al păsărilor de curte, aspect discutat în detaliu în mai multe recenzii (12, 20, 21). Atunci când aceste studii sunt luate în considerare împreună, se pot face câteva observații cheie. McHan și Shotts (133) au raportat că administrarea de acid formic și propionic a redus nivelurile de Salmonella Typhimurium în cecumul puilor inoculați cu bacteriile respective și le-au cuantificat la vârsta de 7, 14 și 21 de zile. Cu toate acestea, când Hume și colab. (128) au monitorizat propionatul marcat cu C-14, au concluzionat că foarte puțin propionat din dietă poate ajunge în cecum. Rămâne de stabilit dacă acest lucru este valabil și pentru acidul formic. Cu toate acestea, recent, Bourassa și colab. (134) a raportat că administrarea de acid formic și propionic a redus nivelurile de Salmonella Typhimurium din cecumul puilor inoculați cu bacteria, niveluri care au fost cuantificate la vârsta de 7, 14 și 21 de zile. (132) a observat că administrarea de acid formic în concentrație de 4 g/t la puii de carne în timpul perioadei de creștere de 6 săptămâni a redus concentrația de S. Typhimurium din cecum sub nivelul de detecție.
Prezența acidului formic în dietă poate avea efecte asupra altor părți ale tractului gastrointestinal al păsărilor de curte. Al-Tarazi și Alshavabkeh (134) au demonstrat că un amestec de acid formic și acid propionic ar putea reduce contaminarea cu Salmonella pullorum (S. PRlorum) în jabă și cecum. Thompson și Hinton (129) au observat că un amestec de acid formic și acid propionic disponibil comercial a crescut concentrația ambilor acizi în jabă și pipotă și a fost bactericid împotriva Salmonella Enteritidis PT4 într-un model in vitro în condiții reprezentative de creștere. Această noțiune este susținută de date in vivo de la Bird și colab. (135) care au adăugat acid formic în apa de băut a puilor de carne în timpul unei perioade de post simulat înainte de expediere, similar cu perioada de post pe care o trec puii de carne înainte de transportul către o fabrică de procesare a păsărilor de curte. Adăugarea de acid formic în apa de băut a dus la o reducere a numărului de S. Typhimurium din cultură și epididim și la o reducere a frecvenței culturilor pozitive pentru S. Typhimurium, dar nu și a numărului de epididim pozitiv (135). Dezvoltarea unor sisteme de administrare care pot proteja acizii organici în timp ce sunt activi în tractul gastrointestinal inferior poate ajuta la îmbunătățirea eficacității. De exemplu, s-a demonstrat că microîncapsularea acidului formic și adăugarea acestuia în furaje reduc numărul de Salmonella Enteritidis din conținutul cecal (136). Cu toate acestea, acest lucru poate varia în funcție de specia animală. De exemplu, Walia și colab. (137) nu au observat o reducere a Salmonella în cecum sau ganglionii limfatici ai porcilor în vârstă de 28 de zile hrăniți cu un amestec de acid formic, acid citric și capsule de ulei esențial și, deși excreția de Salmonella în fecale a fost redusă în ziua 14, aceasta nu a fost redusă în ziua 28. Aceștia au arătat că transmiterea orizontală a Salmonella între porci a fost prevenită.
Deși studiile privind acidul formic ca agent antimicrobian în creșterea animalelor s-au concentrat în principal pe Salmonella transmisă prin alimente, există și unele studii care vizează alți agenți patogeni gastrointestinali. Studiile in vitro realizate de Kovanda și colab. (68) sugerează că acidul formic poate fi eficient și împotriva altor agenți patogeni gastrointestinali transmiși prin alimente, inclusiv Escherichia coli și Campylobacter jejuni. Studiile anterioare au arătat că acizii organici (de exemplu, acidul lactic) și amestecurile comerciale care conțin acid formic ca ingredient pot reduce nivelurile de Campylobacter la păsările de curte (135, 138). Cu toate acestea, așa cum au menționat anterior Beyer și colab. (67), utilizarea acidului formic ca agent antimicrobian împotriva Campylobacter poate necesita prudență. Această constatare este deosebit de problematică pentru suplimentarea alimentară la păsările de curte, deoarece acidul formic este principala sursă de energie respiratorie pentru C. jejuni. În plus, se consideră că o parte din nișa sa gastrointestinală se datorează hrănirii încrucișate metabolice cu produse de fermentare acide mixte produse de bacteriile gastrointestinale, cum ar fi formiatul (139). Această opinie are o oarecare bază. Deoarece formiatul este un chemoatractant pentru C. jejuni, mutanții dubli cu defecte atât la nivelul formiat dehidrogenazei, cât și al hidrogenazei au rate reduse de colonizare cecală la puii de carne, comparativ cu tulpinile sălbatice de C. jejuni (140, 141). Încă nu este clar în ce măsură suplimentarea externă cu acid formic afectează colonizarea tractului gastrointestinal de către C. jejuni la pui. Concentrațiile reale de formiat gastrointestinal pot fi mai mici din cauza catabolismului formiatului de către alte bacterii gastrointestinale sau a absorbției formiatului în tractul gastrointestinal superior, astfel încât mai multe variabile pot influența acest lucru. În plus, formiatul este un potențial produs de fermentație produs de unele bacterii gastrointestinale, care poate influența nivelurile totale de formiat gastrointestinal. Cuantificarea formiatului în conținutul gastrointestinal și identificarea genelor de formiat dehidrogenază folosind metagenomica pot elucida unele aspecte ale ecologiei microorganismelor producătoare de formiat.
Roth și colab. (142) au comparat efectele administrării puilor de carne cu antibioticul enrofloxacină sau cu un amestec de acizi formic, acetic și propionic asupra prevalenței Escherichia coli rezistente la antibiotice. Izolatele totale și rezistente la antibiotice de E. coli au fost numărate în probe fecale combinate de la pui de carne în vârstă de 1 zi și în probe de conținut cecal de la pui de carne în vârstă de 14 și 38 de zile. Izolatele de E. coli au fost testate pentru rezistență la ampicilină, cefotaximă, ciprofloxacină, streptomicină, sulfametoxazol și tetraciclină în funcție de punctele de ruptură determinate anterior pentru fiecare antibiotic. Când populațiile respective de E. coli au fost cuantificate și caracterizate, nici enrofloxacina, nici suplimentarea cu amestec de acid nu au modificat numărul total de E. coli izolate din cecul puilor de carne în vârstă de 17 și 28 de zile. Păsările hrănite cu dieta suplimentată cu enrofloxacină au prezentat niveluri crescute de E. coli rezistent la ciprofloxacină, streptomicină, sulfametoxazol și tetraciclină și niveluri scăzute de E. coli rezistent la cefotaximă în cecum. Păsările hrănite cu amestecul de bacterii au prezentat un număr scăzut de E. coli rezistent la ampicilină și tetraciclină în cecum, comparativ cu grupul de control și cu păsările suplimentate cu enrofloxacină. Păsările hrănite cu acidul mixt au prezentat, de asemenea, o reducere a numărului de E. coli rezistent la ciprofloxacină și sulfametoxazol în cecum, comparativ cu păsările hrănite cu enrofloxacină. Mecanismul prin care acizii reduc numărul de E. coli rezistent la antibiotice fără a reduce numărul total de E. coli este încă neclar. Cu toate acestea, rezultatele studiului realizat de Roth și colab. sunt în concordanță cu cele ale grupului tratat cu enrofloxacină. (142) Aceasta poate fi o indicație a unei diseminări reduse a genelor de rezistență la antibiotice în E. coli, cum ar fi inhibitorii legați de plasmidă descriși de Cabezon și colab. (143). Ar fi interesant să se efectueze o analiză mai aprofundată a rezistenței la antibiotice mediate de plasmide la populația gastrointestinală de păsări de curte în prezența aditivilor furajeri, cum ar fi acidul formic, și să se rafineze în continuare această analiză prin evaluarea rezistomului gastrointestinal.
Dezvoltarea unor aditivi antimicrobieni optimi pentru hrana animalelor împotriva agenților patogeni ar trebui, în mod ideal, să aibă un impact minim asupra florei gastrointestinale generale, în special asupra microbiotei considerate benefice pentru gazdă. Cu toate acestea, acizii organici administrați exogen pot avea efecte negative asupra microbiotei gastrointestinale rezidente și, într-o oarecare măsură, pot anula proprietățile lor protectoare împotriva agenților patogeni. De exemplu, Thompson și Hinton (129) au observat niveluri scăzute de acid lactic în culturi la găinile ouătoare hrănite cu un amestec de acizi formici și propionici, sugerând că prezența acestor acizi organici exogeni în culturi a dus la o reducere a lactobacililor din culturi. Lactobacilii din culturi sunt considerați o barieră pentru Salmonella și, prin urmare, perturbarea acestei microbiote rezidente poate fi dăunătoare reducerii cu succes a colonizării tractului gastrointestinal de către Salmonella (144). Açıkgöz și colab. au descoperit că efectele asupra tractului gastrointestinal inferior al păsărilor pot fi mai mici. (145) Nu s-au constatat diferențe în ceea ce privește flora intestinală totală sau numărul de Escherichia coli la puii de carne în vârstă de 42 de zile care au băut apă acidificată cu acid formic. Autorii au sugerat că acest lucru s-ar putea datora faptului că formiatul este metabolizat în tractul gastrointestinal superior, așa cum s-a observat și de alți cercetători în cazul acizilor grași cu lanț scurt (SCFA) administrați exogen (128, 129).
Protejarea acidului formic printr-o formă de încapsulare poate ajuta la ajungerea acestuia în tractul gastrointestinal inferior. (146) a observat că acidul formic microîncapsulat a crescut semnificativ conținutul total de acizi grași cu lanț scurt (AGSC) din cecumul porcilor, comparativ cu porcii hrăniți cu acid formic neprotejat. Acest rezultat i-a determinat pe autori să sugereze că acidul formic poate ajunge eficient în tractul gastrointestinal inferior dacă este protejat corespunzător. Cu toate acestea, alți parametri, cum ar fi concentrațiile de formiat și lactat, deși mai mari decât cele de la porcii hrăniți cu o dietă de control, nu au fost statistic diferiți de cei de la porcii hrăniți cu o dietă cu formiat neprotejat. Deși porcii hrăniți atât cu acid formic neprotejat, cât și cu acid formic protejat au prezentat o creștere de aproape trei ori a acidului lactic, numărul de lactobacili nu a fost modificat de niciunul dintre tratamente. Diferențele pot fi mai pronunțate pentru alte microorganisme producătoare de acid lactic din cecum (1) care nu sunt detectate prin aceste metode și/sau (2) a căror activitate metabolică este afectată, modificând astfel modelul de fermentație astfel încât lactobacilii rezidenți produc mai mult acid lactic.
Pentru a studia mai precis efectele aditivilor furajeri asupra tractului gastrointestinal al animalelor de fermă, sunt necesare metode de identificare microbiană cu rezoluție mai mare. În ultimii ani, secvențierea de generație următoare (NGS) a genei ARN 16S a fost utilizată pentru a identifica taxonii microbiomului și a compara diversitatea comunităților microbiene (147), ceea ce a oferit o mai bună înțelegere a interacțiunilor dintre aditivii furajeri alimentari și microbiota gastrointestinală a animalelor destinate hranei animalelor, cum ar fi păsările de curte.
Mai multe studii au utilizat secvențierea microbiomului pentru a evalua răspunsul microbiomului gastrointestinal al puiului la suplimentarea cu formiat. Oakley și colab. (148) au efectuat un studiu pe pui de carne în vârstă de 42 de zile, suplimentați cu diverse combinații de acid formic, acid propionic și acizi grași cu lanț mediu în apa de băut sau în hrana lor. Puii imunizați au fost expuși la o tulpină de Salmonella typhimurium rezistentă la acidul nalidixic, iar cecul lor a fost îndepărtat la vârsta de 0, 7, 21 și 42 de zile. Probele cecale au fost preparate pentru pirosecvențierea de 454 de ori, iar rezultatele secvențierii au fost evaluate pentru clasificare și comparare a similarității. În general, tratamentele nu au afectat semnificativ microbiomul cecal sau nivelurile de S. Typhimurium. Cu toate acestea, ratele generale de detectare a Salmonellei au scăzut pe măsură ce păsările au îmbătrânit, așa cum a fost confirmat de analiza taxonomică a microbiomului, iar abundența relativă a secvențelor de Salmonella a scăzut, de asemenea, în timp. Autorii observă că, pe măsură ce puii de carne îmbătrâneau, diversitatea populației microbiene cecale creștea, cele mai semnificative modificări ale florei gastrointestinale fiind observate în toate grupurile de tratament. Într-un studiu recent, Hu și colab. (149) au comparat efectele apei potabile și ale hrănirii cu o dietă suplimentată cu un amestec de acizi organici (acid formic, acid acetic, acid propionic și formiat de amoniu) și virginiamicină asupra probelor de microbiom cecal de la puii de carne colectate în două etape (1-21 de zile și 22-42 de zile). Deși s-au observat unele diferențe în diversitatea microbiomului cecal între grupurile de tratament la vârsta de 21 de zile, nu s-au detectat diferențe în diversitatea bacteriilor α sau β la 42 de zile. Având în vedere lipsa diferențelor la vârsta de 42 de zile, autorii au emis ipoteza că avantajul de creștere se poate datora stabilirii mai timpurii a unui microbiom optim divers.
Analiza microbiomului concentrată doar pe comunitatea microbiană cecală poate să nu reflecte locul din tractul gastrointestinal în care se produc majoritatea efectelor acizilor organici alimentari. Microbiomul tractului gastrointestinal superior al puilor de carne poate fi mai susceptibil la efectele acizilor organici alimentari, așa cum sugerează rezultatele lui Hume și colab. (128). Hume și colab. (128) au demonstrat că cea mai mare parte a propionatului adăugat exogen a fost absorbită în tractul gastrointestinal superior al păsărilor. Studii recente privind caracterizarea microorganismelor gastrointestinale susțin, de asemenea, această opinie. Nava și colab. (150) au demonstrat că o combinație a unui amestec de acizi organici [acid DL-2-hidroxi-4(metiltio)butiric], acid formic și acid propionic (HFP) a afectat microbiota intestinală și a crescut colonizarea cu Lactobacillus în ileonul puilor. Recent, Goodarzi Borojeni și colab. (150) a demonstrat că o combinație de amestec de acizi organici [acid DL-2-hidroxi-4(metiltio)butiric], acid formic și acid propionic (HFP) a afectat microbiota intestinală și a crescut colonizarea cu Lactobacillus în ileonul puilor. (151) a studiat hrănirea puilor de carne cu un amestec de acid formic și acid propionic la două concentrații (0,75% și 1,50%) timp de 35 de zile. La sfârșitul experimentului, gușa, stomacul, două treimi distale ale ileonului și cecumul au fost îndepărtate și s-au prelevat probe pentru analiza cantitativă a florei gastrointestinale specifice și a metaboliților folosind RT-PCR. În cultură, concentrația de acizi organici nu a afectat abundența de Lactobacillus sau Bifidobacterium, dar a crescut populația de Clostridium. În ileon, singurele modificări au fost o scădere a Lactobacillus și Enterobacter, în timp ce în cecum această floră a rămas neschimbată (151). La cea mai mare concentrație de suplimentare cu acid organic, concentrația totală de acid lactic (D și L) a fost redusă în javră, concentrația ambilor acizi organici a fost redusă în pipotă, iar concentrația acizilor organici a fost mai mică în cecum. Nu au existat modificări la nivelul ileonului. În ceea ce privește acizii grași cu lanț scurt (SCFA), singura modificare a javei și pipotei păsărilor hrănite cu acizi organici a fost la nivelul de propionat. Păsările hrănite cu o concentrație mai mică de acid organic au prezentat o creștere de aproape zece ori a propionatului în javră, în timp ce păsările hrănite cu cele două concentrații de acid organic au prezentat o creștere de opt, respectiv cincisprezece ori a propionatului în pipotă. Creșterea nivelului de acetat în ileon a fost mai puțin decât dublă. Per total, aceste date susțin opinia că majoritatea efectelor aplicării externe de acid organic au fost evidente în ceea ce privește randamentul, în timp ce acizii organici au avut efecte minime asupra comunității microbiene gastrointestinale inferioare, sugerând că modelele de fermentare ale florei rezidente gastrointestinale superioare ar fi putut fi modificate.
Evident, este necesară o caracterizare mai aprofundată a microbiomului pentru a elucida pe deplin răspunsurile microbiene la formiat în întregul tract gastrointestinal. O analiză mai aprofundată a taxonomiei microbiene a anumitor compartimente gastrointestinale, în special a compartimentelor superioare, cum ar fi cultura, poate oferi o perspectivă mai profundă asupra selecției anumitor grupuri de microorganisme. Activitățile lor metabolice și enzimatice pot determina, de asemenea, dacă au o relație antagonistă cu agenții patogeni care intră în tractul gastrointestinal. De asemenea, ar fi interesant să se efectueze analize metagenomice pentru a determina dacă expunerea la aditivi chimici acizi în timpul vieții păsărilor selectează bacterii rezidente mai „tolerante la acid” și dacă prezența și/sau activitatea metabolică a acestor bacterii ar reprezenta o barieră suplimentară în calea colonizării agenților patogeni.
Acidul formic a fost utilizat timp de mulți ani ca aditiv chimic în hrana animalelor și ca acidifiant pentru siloz. Una dintre principalele sale utilizări este acțiunea antimicrobiană de a limita numărul de agenți patogeni din hrana animalelor și colonizarea ulterioară a acestora în tractul gastrointestinal al păsărilor. Studiile in vitro au arătat că acidul formic este un agent antimicrobian relativ eficient împotriva Salmonellei și a altor agenți patogeni. Cu toate acestea, utilizarea acidului formic în matricile furajere poate fi limitată de cantitatea mare de materie organică din ingredientele furajere și de capacitatea lor potențială de tamponare. Acidul formic pare să aibă un efect antagonist asupra Salmonellei și a altor agenți patogeni atunci când este ingerat prin hrană sau apă potabilă. Totuși, acest antagonism apare în principal în tractul gastrointestinal superior, deoarece concentrațiile de acid formic pot fi reduse în tractul gastrointestinal inferior, așa cum este cazul acidului propionic. Conceptul de protejare a acidului formic prin încapsulare oferă o abordare potențială pentru a furniza mai mult acid în tractul gastrointestinal inferior. În plus, studiile au arătat că un amestec de acizi organici este mai eficient în îmbunătățirea performanței păsărilor de curte decât administrarea unui singur acid (152). Campylobacterul din tractul gastrointestinal poate reacționa diferit la formiat, deoarece poate utiliza formiatul ca donator de electroni, iar formiatul este principala sa sursă de energie. Nu este clar dacă creșterea concentrațiilor de formiat în tractul gastrointestinal ar fi benefică pentru Campylobacter, iar acest lucru s-ar putea să nu se întâmple, în funcție de alte flore gastrointestinale care pot utiliza formiatul ca substrat.
Sunt necesare studii suplimentare pentru a investiga efectele acidului formic gastrointestinal asupra microbilor gastrointestinali rezidenți nepatogeni. Preferăm să țintim selectiv agenții patogeni fără a perturba membrii microbiomului gastrointestinal care sunt benefici pentru gazdă. Cu toate acestea, acest lucru necesită o analiză mai aprofundată a secvenței microbiomului acestor comunități microbiene gastrointestinale rezidenți. Deși au fost publicate unele studii asupra microbiomului cecal al păsărilor tratate cu acid formic, este necesară o atenție sporită asupra comunității microbiene gastrointestinale superioare. Identificarea microorganismelor și compararea asemănărilor dintre comunitățile microbiene gastrointestinale în prezența sau absența acidului formic pot fi o descriere incompletă. Sunt necesare analize suplimentare, inclusiv metabolomică și metagenomică, pentru a caracteriza diferențele funcționale dintre grupuri similare din punct de vedere compozițional. O astfel de caracterizare este esențială pentru a stabili relația dintre comunitatea microbiană gastrointestinală și răspunsurile performanței păsărilor la amelioratorii pe bază de acid formic. Combinarea mai multor abordări pentru a caracteriza mai precis funcția gastrointestinală ar trebui să permită dezvoltarea unor strategii mai eficiente de suplimentare cu acid organic și, în cele din urmă, să îmbunătățească predicțiile privind sănătatea și performanța optimă a păsărilor, limitând în același timp riscurile legate de siguranța alimentară.
SR a scris această recenzie cu asistență din partea lui DD și KR. Toți autorii au adus contribuții substanțiale la lucrarea prezentată în această recenzie.
Autorii declară că această analiză a primit finanțare de la Anitox Corporation pentru a iniția redactarea și publicarea acesteia. Finanțatorii nu au avut nicio influență asupra opiniilor și concluziilor exprimate în acest articol de analiză sau asupra deciziei de publicare a acestuia.
Autorii rămași declară că cercetarea a fost realizată în absența oricăror relații comerciale sau financiare care ar putea fi interpretate ca un potențial conflict de interese.
Dr. DD dorește să mulțumească Școlii Postuniversitare a Universității din Arkansas prin intermediul unei Burse de Studii Distinse, precum și sprijinului continuu din partea Programului de Biologie Celulară și Moleculară al Universității din Arkansas și a Departamentului de Științe Alimentare. În plus, autorii doresc să mulțumească Anitox pentru sprijinul inițial în redactarea acestei recenzii.
1. Dibner JJ, Richards JD. Utilizarea promotorilor de creștere antibiotici în agricultură: istoric și mecanisme de acțiune. Poultry Science (2005) 84:634–43. doi: 10.1093/ps/84.4.634
2. Jones FT, Rick SC. Istoricul dezvoltării și supravegherii antimicrobienelor în hrana păsărilor de curte. Poultry Science (2003) 82:613–7. doi: 10.1093/ps/82.4.613
3. Broom LJ. Teoria subinhibitorie a promotorilor de creștere antibiotici. Poultry Science (2017) 96:3104–5. doi: 10.3382/ps/pex114
4. Sorum H, L'Abe-Lund TM. Rezistența la antibiotice a bacteriilor transmise prin alimente - consecințele perturbărilor rețelelor genetice bacteriene globale. International Journal of Food Microbiology (2002) 78:43–56. doi: 10.1016/S0168-1605(02)00241-6
5. Van Immerseel F, Cauwaerts K, Devriese LA, Heesebroek F, Ducatel R. Aditivi furajeri pentru controlul Salmonellei în furaje. World Journal of Poultry Science (2002) 58:501–13. doi: 10.1079/WPS20020036
6. Angulo FJ, Baker NL, Olsen SJ, Anderson A, Barrett TJ. Utilizarea antimicrobiană în agricultură: controlul transmiterii rezistenței antimicrobiene la oameni. Seminarii în boli infecțioase pediatrice (2004) 15:78–85. doi: 10.1053/j.spid.2004.01.010
7. Lekshmi M, Ammini P, Kumar S, Varela MF. Mediile de producție alimentară și evoluția rezistenței antimicrobiene la agenții patogeni umani derivați de la animale. Microbiology (2017) 5:11. doi: 10.3390/microorganismes5010011
8. Lourenço JM, Seidel DS, Callaway TR. Capitolul 9: Antibioticele și funcția intestinală: istoric și stadiu actual. În: Ricke SC, ed. Îmbunătățirea sănătății intestinale la păsările de curte. Cambridge: Burley Dodd (2020). Paginile 189–204. DOI: 10.19103/AS2019.0059.10
9. Rick SC. Nr. 8: Igiena furajelor. În: Dewulf J, van Immerzeel F, eds. Biosecuritate în producția animală și medicina veterinară. Leuven: ACCO (2017). Paginile 144–76.