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Modulación estratégica de la microbiota intestinal: Conceptos a entender

La salud intestinal es importante para maximizar la salud, el bienestar y el rendimiento de especies animales de abasto. Tradicionalmente, debido a la falta de tecnologías disponibles, nuestro conocimiento de la diversidad de microbios de las comunidades intestinales de los animales se había simplificado demasiado y entendíamos poco acerca de ellas. Sin embargo, los avances recientes han permitido que nuestra comprensión en este respecto evolucione, dado que estas tecnologías permiten una evaluación molecular y fisiológica detallada, incluida la cuantificación de especies microbianas individuales y sus metabolitos.

Ha emergido entonces un área de investigación que evalúa los cambios microbianos que ocurren en respuesta a la suplementación de las dietas de los animales con productos alternativos, destinados a promover la salud intestinal. La buena noticia es que las tecnologías moleculares disponibles actualmente pueden utilizarse para ayudar a avanzar en nuestra comprensión del mecanismo de acción de estas alternativas, mediante la evaluación de los cambios en el microbioma intestinal y la función inmunológica después de la suplementación con estos nuevos productos. Y, aunque su eficacia a menudo se evalúa utilizando parámetros relacionados con rendimiento productivo, como el consumo de alimento, conversión alimenticia y aumento de peso, además de medidas relacionadas con la integridad intestinal como altura de las vellosidades y relación de la misma con la profundidad de las criptas, evaluación de puntuaciones de lesiones, evaluación de la respuesta inmune innata y recuentos de organismos patógenos, pero aun tenemos muchos frentes por explorar.

Adicionalmente, como resultado de la conciencia del consumidor y el desarrollo de organismos resistentes a los antibióticos, existe una creciente presión social para el uso de productos no antibióticos en la promoción de la salud en los animales que sirven a la cadena de abasto humana.

Se incluyen en este selecto grupo, los prebióticos, probióticos, ácidos orgánicos, aceites esenciales, enzimas y ácidos grasos volátiles, entre otros. No se debe perder el norte en que lo fundamental es lograr una aplicación práctica en la industria, minimizando los riesgos para la salud pública y maximizando los indicadores productivos bajo un uso controlado y bien fundamentado de antibióticos.

Se presentan entonces a continuación alguna de los productos alternativos mencionados, discutidos a mayor profundidad, incluyendo su mecanismo de acción y eficacia potencial.

Probióticos: Alimentación a base de microorganismos

Aunque la práctica de la alimentación en consideración de los probióticos como agentes profilácticos para mejorar la salud intestinal no es nueva, el interés en ella se ha renovado recientemente. Un probiótico se define como “organismos vivos que, cuando se administra en cantidades suficientes, confiere un beneficio para la salud del huésped” (FAO, 2002).

La gama de probióticos de uso común en animales de abasto incluye Bacillus, Bifidobacterium, Enterococcus, Escherichia, Lactobacillus, Lactococcus, Saccharomyces y Streptococcus y cultivos mixtos, indefinidos (Gaggia et al. 2010; Lee et al., 2010). Además, levaduras como Saccharomyces cerevisiae y hongos como Aspergillus oryzae también se han utilizado (Lee et al., 2010).

El modo de acción de los probióticos está relacionado con conceptos que incluyen la exclusión competitiva de patógenos bacterianos, inmunomodulación y posiblemente por un tercer concepto denominado alimentación cruzada, mediante el cual las bacterias beneficiosas que ya existen en el intestino utilizan metabolitos producidos por probióticos para multiplicarse. Por ejemplo, Rodríguez-Lecompte et al. (2012), demostraron, a partir del uso de técnicas moleculares (qPCR), que una combinación de probióticos y ácidos orgánicos alteraron el receptor tipo Toll-2 y perfiles de citocinas —moléculas efectoras que activan la inmunidad. Gaggia et al. (2010) destaca otros modos de acción beneficiosos para los probióticos, incluyendo regulación de homeostasis microbiana intestinal, estabilización de la función de barrera gastrointestinal, expresión de bacteriocinas, actividad enzimática que induce la absorción y nutrición, efectos inmunomoduladores e interferencia con la capacidad de patógenos para colonizar e infectar la mucosa.

Se cuenta también con evaluaciones de la eficacia de la alternativa comparada con productos antibióticos. Mountzouris et al. (2007), reportó que las aves que recibieron un probiótico que contiene dos cepas de Lactobacillus, además de una sola de Bifidobacterium, de Enterococcus y de Pediococcus, tenían una tasa de conversión alimenticia que no difería significativamente de aves que recibieron avilamicin. Además, aves que recibieron probióticos en el alimento, tenían concentraciones de bacterias pertenecientes a los géneros Bifidobacterium, Lactobacillus y cocos grampositivos que fueron significativamente mayores en comparación con el control y con tratamientos con antibióticos, indicando una composición microbiana alterada. Otro tipo de enfoques no comparativos de forma directa, han demostrado que el tratamiento con probióticos reduce significativamente la colonización cecal por el patógeno Campylobacter jejuni (Ghareeb et al., 2012) y que la suplementación con Bacillus subtilis mejora la salud intestinal en aves desafiadas con Campylobacter jejuni al disminuir significativamente Clostridium perfringens,  aumentando tanto la longitud de las vellosidades como su relación con la profundidad de las criptas (Jayaraman et al., 2013).

Prebióticos: Nutriendo los microbios

Los prebióticos se definen como ingredientes que afectan de forma positiva al huésped al estimular selectivamente el crecimiento y la actividad de bacterias en el colon. Un prebiótico debe cumplir con tres criterios: no ser hidrolizado ni absorbido en el estómago o intestino delgado, debe seleccionar las bacterias beneficiosas comensales en el intestino grueso y la fermentación del sustrato debe inducir efectos beneficiosos dentro del huésped (FAO, 2007). Este tipo de alternativas tienen la ventaja sobre los probióticos de que las bacterias estimuladas por su uso son aquellas que se encuentran naturalmente en el medio intestinal.

Los prebióticos predominantes utilizados en animales de abasto son los fructooligosacáridos (FOS), manano-oligosacárido (MOS), oligofructosa e inulina, clásicamente. Otros incluyen gluco-oligosacáridos, estaquiosa y oligoquitosano.

Se ha demostrado que los prebióticos producen efectos benéficos sobre la salud intestinal, incluida la modulación de la microbiota, promoviendo el incremento selectivo de bacterias benéficas en coordinación con la disminución de bacterias indeseables. Por ejemplo, Rehman et al. (2008) reportaron que la inulina alteraba la actividad metabólica microbiana cecal sin alterar la composición de las comunidades bacterianas intestinales.

A diferencia de lo logrado en la investigación de probióticos, son pocos los estudios que han investigado los mecanismos inmunes detrás de los prebióticos. Janardhana et al. (2009) reportaron que la suplementación prebiótica con MOS y FOS tuvo efectos inmunomoduladores en el tejido linfoide asociado a intestino, similar a los de un grupo tratado con antibióticos, sin tener un resultado negativo sobre la producción. Además, la suplementación con MOS puede mejorar el rendimiento, mejorando el perfil microbiano al actuar como un sustrato y fuente de energía para Lactobacillus, y como sitio vinculante competitivo para prohibir el ingreso de bacterias Gram negativas a la mucosa intestinal (Holscher, 2017).

Entender si los prebióticos son un reemplazo adecuado para los antibióticos ha generado resultados contradictorios. La literatura reporta que la modulación de la composición microbiana intestinal por prebióticos a uno que está dominado por bacterianas benéficas, como Bifidobacteria o Lactobacilli, es factible. Kim et al. (2007) evaluaron los cambios en la microbiota intestinal después de la suplementación con FOS y MOS mediante análisis molecular (qPCR), encontrando que la suplementación prebiótica cambió significativamente el perfil microbiano del intestino delgado de pollos de engorde, específicamente, dietas que contienen 0.25% de FOS y 0.05% de MOS condujeron a un aumento de la diversidad de la comunidad de lactobacilos en el íleon. Baurhoo et al. (2009) reportaron que la suplementación con MOS otorgó beneficios para la salud intestinal a los pollos mejorando el desarrollo morfológico y la ecología microbiana. Otro estudio reportó que, en contraste con las aves alimentadas con dietas que contienen antibióticos (virginiamicina y bacitracina), las aves alimentadas con dietas que contienen 0,2 o 0,5% de MOS de forma constante tuvieron una mayor altura de las vellosidades y un mayor número de células caliciformes en todas las ubicaciones intestinales, además de concentraciones de bifidobacterias significativamente más altas, además de mostrar una menor cantidad de Campylobacter en el ciego, aunque sin cambios diferenciales en los perfiles productivos.

Simbióticos

El modo de acción de los simbióticos favorece la supervivencia y el crecimiento del organismo probiótico, proporcionando un sustrato disponible para su fermentación. Esto afecta beneficiosamente el huésped, mejorando la supervivencia e implantación de suplementos dietéticos microbianos vivos en el tracto gastrointestinal. Los fructooligosacáridos y bifidobacterias, y el lactitol y lactobacilos son ejemplos de simbióticos.

Es de conocimiento general que el uso de simbióticos en cerdos asegura una influencia positiva en la microbiota del tracto gastrointestinal y su salud, con un mayor efecto que si se utilizaran estos componentes individualmente (Roselli et al., 2017). Sin embrago, la investigación al respecto de estos productos es aún limitada al definir cuáles son las combinaciones ideales y mutuamente potenciadoras (Slizewska y Chlebicz, 2019).

Mensajes para llevarse a casa:

Cada vez es más necesario preservar la eficacia de los antibióticos existentes, dadas las responsabilidades adquiridas del sector de producción de proteína de origen animal para con el consumidor. Por lo tanto, es fundamental contar con productos alternativos a adicionar en el alimento con finalidades profilácticas, promoviendo la salud intestinal.

Los efectos benéficos de estos productos alternativos incluyen una conversión alimenticia mejorada, desarrollo temprano de la inmunidad innata, estimulación de la respuesta inmune, aumento de la vitalidad y disminución de la mortalidad. Además, logran promover el bienestar animal y la eliminación de los peligros para la seguridad alimentaria.

La inclusión de los productos alternativos en la alimentación de animales de abasto es económicamente justificable, ya que conducen a una reducción potencial de los costos de producción, aunque el alcance del beneficio económico depende en gran medida del costo del antibiótico reemplazado. De todos modos, el costo del tratamiento de una enfermedad es mucho mayor que el costo de prevenirla… es importante siempre tenerlo presente.

Boletín realizado por: Nathalia María del Pilar Correa Valencia, MV, MSc, Dsc.

Referencias:

Baurhoo B, Ferket PR, Zhao X. Effects of diets containing different concentrations of mannanoligosaccharide or antibiotics on growth performance, intestinal development, cecal and litter microbial populations, and carcass parameters of broilers. Poult Sci 2009; 88:2262-2272.

FAO. Food and Agriculture Organization. FAO Guidelines for the Evaluation of Probiotics, Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO). FAO Technical Meeting Report. FAO: Ontario, Canada, April 30 and May 1, 2002.

FAO. Food and Agriculture Organization. FAO Technical Meeting on Prebiotics: Food Quality and Standards Service (AGNS), Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO). FAO Technical Meeting Report. FAO: Rome, Italy, September, 2007.

Gaggıa F, Mattarelli P, Biavati B. Probiotics and prebiotics in animal feeding for safe food production. Int J Food Microbiol 2010; 141:S15-S28.

Ghareeb K, Awad WA, Mohnl M, Porta R, Biarnes M, Böhm J, Schatzmayr G. Evaluating the efficacy of an avian-specific probiotic to reduce the colonization of Campylobacter jejuni in broiler chickens. Poult Sci 2012; 91:1825-1832.

Holscher HD. Dietary fiber and prebiotics and the gastrointestinal microbiota. Gut Microbes 2017; 8(2):172-184.

Jayaraman S, Thangavel G, Kurian H, Mani R, Mukkalil R, Chirakkal H. Bacillus subtilis PB6 improves intestinal health of broiler chickens challenged with Clostridium perfringens-induced necrotic enteritis. Poult Sci 2013; 92:370-374.

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Mountzouris KC, Tsirtsikos P, Kalamara E, Nitsch S, Schatzmayr G, Fegeros K. Evaluation of the efficacy of a probiotic containing Lactobacillus, Bifidobacterium, Enterococcus, and Pediococcus strains in promoting broiler performance and modulating cecal microflora composition and metabolic activities. Poult Sci 2007; 86:309-317.

Rehman H, Hellweg P, Taras D, Zentek J. Effects of dietary inulin on the intestinal short chain fatty acids and microbial ecology in broiler chickens as revealed by denaturing gradient gel electrophoresis. Poult Sci 2008; 87:783-789.

Rodríguez-Lecompte JC, Yitbarek A, Brady J, Sharif S, Cavanagh MD, Crow G, Guenter W, House JD, Camelo-Jaimes G. The effect of microbial nutrient interaction on the immune system of young birds after early probiotic and organic acid administration. J Anim Sci 2012; 90:2246-2254.

Roselli M, Pieper R, Rogel-Gaillard C, de Vries H, Bailey M, Smidt H, Lauridsen C. Immunomodulating effects of probiotics for microbiota modulation, gut health and disease resistance in pigs. Anim Feed Sci Technol 2017; 233:104-119.

Slizewska K, Chlebicz A. Synbiotics impact on dominant faecal microbiota and short-chain fatty acids production in sows.  2019. FEMS Microbiol Let 2009; 157(366):i133–i146.