Nathalia María del Pilar Correa, MV, M.Sc, D.Sc
Dirección de I&D Biotecno
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La producción animal está experimentando un desafío continuo frente al desarrollo de estrategias que optimicen la eficiencia de los animales a la vez que limiten las preocupaciones sobre la seguridad alimentaria por parte de los consumidores. Tradicionalmente, los antimicrobianos se han utilizado ampliamente para mejorar la salud y el crecimiento; sin embargo, existe actualmente una mayor conciencia pública sobre el riesgo de desarrollar resistencia cruzada de patógenos a los antibióticos, lo cual ha resultado en la eliminación gradual de los mismos para usos terapéuticos y profilácticos en animales destinados al consumo. Lo anterior ha dado lugar a un tremendo crecimiento en la investigación centrada en la aplicación de métodos de control alternativos efectivos, con el objetivo de mejorar la salud, el bienestar y la productividad de los animales en sintonía con la salud pública.
La gama actual de aditivos utilizados en la producción animal incluye un amplio espectro de aceites esenciales (AEs) y compuestos que son fuente de ácidos orgánicos (AOs) de origen botánico, así como a los probióticos y prebióticos, productos químicos como los aldehídos, bacteriófagos, óxido de zinc, enzimas exógenas y productos de exclusión competitiva.
En particular, los aditivos fitogénicos (AFs) —conocidos popularmente como fitobióticos o productos botánicos, han adquirido una importancia cada vez mayor, generando un especial interés como aditivos alimentarios rentables con efectos positivos comprobados en la salud intestinal de los animales de producción. De hecho, los efectos antioxidantes, inmunomoduladores y promotores del crecimiento también han sido ampliamente descritos en la literatura.
El objetivo del presente Bioboletin es resumir los principales resultados de estudios recientes que evalúan el efecto de la suplementación con AFs y AOs como alternativa a los antimicrobianos en la alimentación animales de producción, a la luz de lo logrado, los desafíos y las perspectivas al respecto.
Logros
Una importante cantidad de productos derivados de plantas pueden entrar en la categoría de AFs. Según su origen (la parte de la planta), se pueden clasificar en hierbas (productos de plantas con flores, no leñosos y no persistentes, de las que se utilizan hojas y flores) y especias (partes de plantas que no son hojas, incluidas semillas, frutos, corteza o raíz con sabor u olor intenso); o dependiendo del proceso utilizado para derivar los principios activos como AEs (sustancias lipofílicas volátiles obtenidas por extracción en frío o por destilación al vapor o con alcohol) y oleorresinas (extractos derivados por disolventes no acuosos). Los componentes bioactivos de los AFs son metabolitos secundarios que incluyen principalmente polifenoles, pero también otros como los terpenoides, fenoles, glucósidos y alcaloides(1). La composición y concentración de estas sustancias bioactivas puede variar de acuerdo con varios factores, incluyendo aquellos inherentes a la planta (como la parte de la planta), origen geográfico, temporada de cosecha, condiciones climáticas, técnicas de procesamiento como extracción, destilación y estabilización, así como como condiciones de almacenamiento(2,3).
En los últimos años, los AFs han atraído una atención creciente como alternativa natural a antibióticos promotores del crecimiento (APC) en la producción animal que se pueden incluir en los alimentos como forma seca, sólida y molida, o como extractos (crudos, concentrados y purificados), Una gran variedad de hierbas y especias (tomillo, orégano, canela, romero, mejorana, milenrama, ajo, jengibre, té verde, comino negro, cilantro, entre otros), así como AEs (de timol, carvacrol, cinamaldehído, ajo, anís, romero, cítricos, clavo, jengibre) se han utilizado en animales —de forma individual o mixta, para su potencial aplicación como alternativas a los APC.
Aunque el repertorio de mecanismos de acción de los AFs no está completamente dilucidado, uno de los principales está relacionado con sus efectos antimicrobianos, que permiten el control de patógenos potenciales. Sin embargo, algunos estudios no reportaron efectos positivos de la inclusión de AF. Esta discrepancia puede atribuirse a varios factores, incluyendo la variabilidad inherente de la composición botánica, así como la variabilidad de los escenarios de los animales, condiciones ambientales, de manejo y sanitarias (es decir, la presencia probable de un desafío sanitario). La técnica de tratamiento (frío, vapor destilación, extracción o maceración con disolventes no acuosos, entre otros) también ha sido reportada como un factor que potencialmente podría modificar las sustancias activas y compuestos relacionados en el producto final(2).
Hay un interés creciente en los AEs para la nutrición animal, ya que algunos de ellos han demostrado poseer una actividad biológica mucho más alta en comparación con la materia prima de la que fueron extraídos. Los AEs son mezclas complejas de compuestos volátiles, siendo principalmente hidrocarburos (terpenos, sesquiterpenos), compuestos oxigenados (alcohol, aldehídos, cetonas) y un pequeño porcentaje de residuos no volátiles (parafina, cera). Químicamente, se componen fundamentalmente de terpenos y fenilpropenos. Aunque, los efectos de una mezcla de AEs se basan en el aditivo y la sinergia o efectos antagónicos de sus componentes, 2 o 3 componentes pueden constituir hasta el 85% de la mezcla total y, por lo tanto, contribuyen a su propiedad primaria. De hecho, el timol y el carvacrol son los dos principales fenoles que representan casi el 80% de los AEs del orégano y son los principales contribuyentes a sus actividades antibacterianas y antioxidantes. El compuesto p-cimeno es otro componente dominante del AE del orégano. Aunque este componente no se considera un agente antimicrobiano eficaz, es un precursor del carvacrol que posee una mayor preferencia por las membranas liposomales, lo que permite que el carvacrol sea más fácil transportado a la célula(4).
Los AEs se perciben como promotores del crecimiento en dietas animales con fuertes propiedades antimicrobianas y actividades anticoccidiales. La literatura muestra que los efectos promotores del crecimiento de los AEs son abundantes a la vez que controvertidos, lo que hace imperativo realizar más investigación en profundidad para comprender los mecanismos subyacentes.
Desafíos
La realización de estudios sistemáticos y completos que evalúen la eficacia y la seguridad de los AFs sigue siendo un desafío, principalmente debido a su composición compleja. Además, la inconsistencia en los resultados obtenidos puede atribuirse a varios factores relacionados, ya sea con la enorme variabilidad de los AFs per se —incluida la fuente y los compuestos bioactivos que puede depender de la planta, los lugares de cultivo de origen botánico, los métodos de fabricación, las condiciones de almacenamiento y la dosis efectiva; o a las condiciones ambientales, manejo y las condiciones de producción de los animales (desafío vs. no desafío, y diferencias en las condiciones subyacentes al desafío microbiano si se aplica, edad, genética). Algunos autores también han reportaron que la concentración inhibitoria mínima apropiada para la mayoría de los compuestos fitogénicos es superior al nivel considerado rentable. Por otro lado, algunos AEs pueden evaporarse rápidamente debido a sus propiedades volátiles y naturaleza reactiva, lo que resulta en concentraciones muy variadas en el aditivo que finalmente se incorpora a las dietas. La eficacia en los animales también puede verse afectada por varias condiciones durante los procesos de producción y almacenamiento. Por lo tanto, asegurar su estabilidad representa una dificultad, al igual que conservar su actividad biológica y enmascarar su fuerte olor(4).
Adicionalmente, las interacciones con otras sustancias de la matriz del alimento —que tal vez cuenten con efectos biológicos más fuertes que los de los AFs, pueden darse en dietas fibrosas o ricas en proteínas. También se ha demostrado que varios compuestos fitogénicos se absorben en gran medida en el tracto intestinal anterior, lo que significa que, sin protección, la mayoría no llegaría al intestino posterior donde ejercería sus mayores funciones. Por lo tanto, se han desarrollado nuevas tecnologías de administración para proteger los AFs del proceso de degradación y oxidación durante el procesamiento y almacenamiento de alimentos (microencapsulamiento, partículas a base de polímeros, liposomas, entre otras), lo cual facilitaría su manejo y permitiría una liberación más lenta y apuntar al tracto intestinal posterior. Sin embargo, estas tecnologías no están masificadas y son aún costosas(3,4).
Perspectivas
Los aditivos para alimentos con diferentes funciones y complementarios entre sím, son la solución más prometedora para reemplazar los antibióticos en la alimentación animal, principalmente por tres razones: (i) es poco probable que se cubran todos los efectos beneficiosos de los antibióticos por una alternativa individual; (ii) algunas alternativas poseen un efecto sinérgico que puede disminuir la dosis requerida considerada costo-efectiva; (iii) sustituir los antibióticos debe ser un enfoque integrado que incluya alimentación, manejo y bioseguridad en lugar de que una suplementación de aditivos alimentarios solos(5).
En cuanto a la sinergia entre los aditivos, el uso combinado de AEs hidrofóbicos con AOs lipofílicos se ha considerado como el método más prometedor para sustituir a los antibióticos, cuando se busca lograr efectos beneficiosos sinérgicos potenciales sobre la salud intestinal y el rendimiento de crecimiento, en comparación con AEs o AOs individuales. El principal modo de acción vinculado a la sinergia entre ambos, puede ser la modulación de la microbiota intestinal. Sin embargo, las actividades antimicrobianas se dan de acuerdo al tipo de bacteria, donde las Gram(-) difieren de las bacterias Gram(+) en la estructura de la pared celular. Las paredes celulares de las bacterias Gram(+) están compuestas en un 90-95% por peptidoglicanos, lo que permite a las moléculas hidrofóbicas (como los AEs) penetrar fácilmente en las células, actuando tanto en la pared celular y el citoplasma, causando una interrupción de la estructura y función de la célula bacteriana. Dicho aumento de la permeabilidad de la membrana bacteriana podría facilitar la entrada de AOs en el citoplasma debido a la naturaleza lipofílica de su forma no disociada. Los compuestos fenólicos —una vez dentro de la célula, pueden interferir con las enzimas involucradas en la producción de energía a concentraciones más bajas y desnaturalización de proteínas a concentraciones más altas. Sin embargo, las bacterias Gram(-) poseen una composición diferente, ya que su capa de peptidoglicanos es solo de 2-3 mm de espesor y compone solo el 20% del peso seco de la célula, a la vez que una membrana exterior compuesta por una doble capa de fosfolípidos unidos firmemente se encuentra por fuera de la capa de peptidoglicano, lo que hace que estas bacterias sean más resistente a los AEs y a otros extractos naturales que poseen actividades antimicrobianas, al compararse con las bacterias Gram(+). Estas características de las membranas hacen que los AEs sean más potentes en el control de las bacterias Gram(+) en comparación a las Gram(-). Sin embargo, se ha reportado que los AOs son más efectivos contra las bacterias Gram(-) que los AEs. El mecanismo de inhibición de los microorganismos por los AOs puede verse afectado por varios factores, incluyendo la reducción del pH, la proporción de la forma no disociada del ácido, la longitud de la cadena, el grado de ramificación y fisiología/metabolismo celular [189]. De hecho, la naturaleza lipofílica de los AOs débiles les permite penetrar fácilmente en la membrana plasmática y así acidificar el interior de la célula matando, eventualmente, la bacteria(4,5).
Este Bioboletín buscó de recopilar la información científica disponible más reciente sobre el uso de fitogénicos en la nutrición animal. Los AFs son una alternativa eficiente y prometedora a los APC, por lo que su incorporación a las realidades productivas actuales es mandatoria a la luz de la salud del consumidores. Varios estudios han reportado los efectos prometedores de estos aditivos alimentarios cuando se usan en combinados entre sí o con AOs; sin embargo, debe prestarse especial atención a la selección de compuestos activos para formar mezclas potencialmente efectivas. Es más, elegir la técnica adecuada de protección, así como los tipos y propiedades fisicoquímicas de los materiales de las paredes son los aspectos más críticos que gobiernan la eficiencia, al controlar tanto el tiempo como el lugar de liberación de los compuestos activos.
Referencias
- Yeoman CJ, White BA. Gastrointestinal tract microbiota and probiotics in production animals. Annu. Rev. Anim. Biosci. 2014(2):469-486.
- Windisch W, Schedle K, Plitzner C, Kroismayr A. Use of phytogenic products as feed additives for swine and poultry. J. Anim. Sci. 2008(86):E140-E148.
- Applegate TJ, Klose V, Steiner T, Ganner A, Schatzmayr G. Probiotics and phytogenics for poultry: Myth or reality? J. Appl. Poult. Res. 2010(19):194-210.
- Yang C, Chowdhury MAK, Hou Y, Gong J. Phytogenic compounds as alternatives to in-feed antibiotics: Potentials and challenges in application. Pathogens 2015(4):137-156.
- Abdelli N, Solà-Oriol D, Pérez JF. Phytogenic Feed Additives in Poultry: Achievements, Prospective and Challenges. Animals (Basel). 2021(12):3471.