Combinaciones de derivados de plantas como estrategias para reducir la campylobacteriosis en broilers

Campylobacteriosis es la infección alimentaria más comúnmente declarada en el mundo (EFSA, 2007; WHO, 2000)

El consumo de carne de pollo insuficientemente cocinada y contaminaciones cruzadas en la preparación de alimentos relacionados con carne de pollo son los principales riesgos de contagio en humanos (Lindmark, et al., 2009; Sahin, et al., 2002; Wingstrand, et al., 2006).

Más del 80% de los pollos que entran en las plantas procesadoras están infectados con Campylobacter, y más del 80% de las muestras de carne post-procesado siguen siendo positivas

Se puede recuperar Campylobacter de casi todos los puntos del intestino, pero principalmente se encuentran en los ciegos, a niveles de 109 ufc (unidades formadoras de colonias) por gramo de contenido intestinal (Newell and Fearnley, 2003).

Extrapolando estos datos, una nave de 20.000 pollos infectados entrando en el matadero contiene sobre 1013 ufc, lo cual supone un considerable riesgo potencial para la salud pública (Lee and Newell, 2006) si tenemos en cuenta que la dosis infectiva para humanos susceptibles es alrededor de 500 ufc (Robinson, 1981).

 

 

La reducción de la prevalencia de Campylobacter en los pollos en granja es la estrategia más aceptada en la comunidad científica para reducir la contaminación de los alimentos y el número de casos de campylobacteriosis en humanos (Pasquali, et al., 2011).

Una reducción de 2 log₁₀ de las ufc en la canal del pollo puede reducir hasta 30 veces la frecuencia en la campylobacteriosis humana (Rosenquist, et al., 2003)

ESTRATEGIAS PARA REDUCIR CAMPYLOBACTER EN BROILERS

Las estrategias de intervención en granja son las que pueden conseguir mayor reducción de la contaminación de la carne del pollo, y para poder ser implementadas deben ser económicamente viables, sostenibles, legales y aceptadas por los consumidores (Ganan, et al., 2012).

Aplicación de medidas de bioseguridad y medidas complementarias

La estricta aplicación de las medidas de bioseguridad como tratamiento del agua de bebida, aislamiento de la granja contra las moscas, roedores, animales salvajes y estricto control de las visitas humanas, así como la descontaminación de la yacija, son pasos básicos, aunque Newell, et al. (2011) concluyeron que la implementación sostenida de estas medidas era difícil de mantener y son necesarias medidas complementarias para poder llegar a controlar Campylobacter.

Reducción del estrés, incremento de la resistencia del pollo a Campylobacter mediante vacunas, competencia excluyente y selección genética de líneas de pollos más resistentes a la colonizaciones son estrategias innovadoras en estudio, aunque ninguna de ellas ha llegado a una posible aplicación comercial todavía (Bull, et al., 2008; Li, et al., 2010; Swaggerty, et al., 2009).

Las estrategias de intervención en granja son las que pueden conseguir mayor reducción de la contaminación de la carne del pollo

Estrategias antimicrobianas

El uso de alternativas antimicrobianas como bacteriófagos, probióticos, ácidos orgánicos y compuestos derivados de plantas son alternativas prometedoras para reducir e incluso llegar a eliminar la colonización por Campylobacter en broiler.

› Bacteriófagos

Los bacteriófagos son entidades virales bacterio-específicos que parasitan y destruyen la célula huésped, aunque han sido probados para tratar enfermedades animales con éxito (infecciones de Salmonella y Escherichia en pollitos) (El-Shibiny, et al., 2007; Loc Carrillo, et al., 2005).

Campylobacter ha demostrado desarrollar rápidas resistencias a los bacteriófagos

› Probióticos

El modo de acción de los probióticos podría estar relacionado con una competencia por los nutrientes, por el punto de anclaje en el intestino o por la producción de compuestos antimicrobianos como acidos orgánicos o ácidos grasos volátiles (Callaway, et al., 2008).

Algunos probióticos como Bifidobacterium o Lactobacillus tienen cierta actividad contra Campylobacter in vivo e in vitro

 › Ácidos Orgánicos

Diversos autores han conseguido aislar bacterias acido-láctico positivas (Lactobacillus salivarius) productoras de bacteriocinas con actividad contra Campylobacter (Nazef, et al., 2008; Stern, et al., 2006).

Similares resultados se han descrito con organismos como Paenibacillus polymyxa (Stern, et al., 2005) o Enterococcus faecium (Svetoch, et al., 2008).

Sin embargo, se ha demostrado que Campylobacter puede desarrollar resistencias a las bacteriocinas (Hoang, et al., 2011a; Hoang, et al., 2011b).

En general, los ácidos orgánicos tienen una fuerte actividad bactericida in vitro contra Campylobacter, pero en experimentos con broilers muestran tener un efecto muy limitado (de los Santos, et al., 2008; de los Santos, et al., 2009; Hermans, et al., 2010; Hilmarsson, et al., 2006; Mohyla, et al., 2007; Molatová, et al., 2010; Skånseng, et al., 2010; Thormar, et al., 2006).

Los ácidos orgánicos tienen una fuerte actividad bactericida in vitro contra Campylobacter, pero en experimentos con broilers muestran tener un efecto muy limitado

Actividad antimicrobiana de extractos de plantas, aceites esenciales y fitoquímicos

Numerosas publicaciones han demostrado ampliamente que Campylobacter es sensible a diferentes aceites esenciales y fitoquímicos

Literalmente, hay centenares de publicaciones relacionadas con las propiedades antimicrobianas de los aceites esenciales, extractos de plantas o sus derivados.

En los últimos años, se han buscado nuevas fuentes de compuestos derivados de plantas en los residuos procedentes del procesado de plantas y frutas de la industria alimentaria.

Nuevos compuestos y fuentes más económicas de antimicrobianos naturales están surgiendo en esta área (Balasundram, et al., 2006; Moure, et al., 2001; Schieber, et al., 2001). Numerosas publicaciones han demostrado ampliamente que Campylobacter es sensible a diferentes aceites esenciales (Tabla 1) y fitoquímicos (Tabla 2).

La literatura sobre las sinergias antimicrobianas en derivados de plantas disponible es escasa y difícil de interpretar

Sin embargo, comparar la actividad antimicrobiana de un mismo compuesto entre diferentes publicaciones es a menudo difícil porque las diferencias pueden ser debidas a múltiples factores:

• variaciones en el método de extracción,
• la madurez de la planta en el momento de la recolecciones
• o al tipo de test (difusión por disco o micro-dilución) utilizado en el laboratorio para determinar la actividad antimicrobiana del compuesto estudiado (Gutiérrez-Larraínzar, et al., 2012).

Por otra parte, desde hace tiempo se conoce que la interacción de antimicrobianos derivados de plantas puede producir sinergias, potenciando la actividad y reduciendo la toxicidad, la cantidad de compuestos en la fórmula final y consecuentemente el coste del antimicrobiano. Sin embargo, la literatura sobre las sinergias antimicrobianas en derivados de plantas disponible es escasa y difícil de interpretar (van Vuuren and Viljoen, 2011), y es todavía más acusado en relación a Campylobacter

Compuestos derivados de plantas con actividad anti-Campylobacter (Concentración Inhibitoria Mínima) descritos en la literatura

TESTANDO Y VALORANDO LOS RESULTADOS 

En nuestro laboratorio hemos adaptado y validado un sistema de micro-diluciones en placa a las condiciones de incubación de Campylobacter, que permite testar específicamente derivados de plantas con diferente solubilidad y sus combinaciones, de manera fácil y rápida.

Utilizando este método hemos determinado la actividad de diferentes aceites esenciales, fitoquímicos, residuos fermentados de sorgo procedente de la fabricación de biocombustibles y ácidos orgánicos, y buscar las potenciales sinergias de sus combinaciones contra Campylobacter.

¿A qué resulta más sensible Campylobacter?

• Los resultados obtenidos mostraron una sensibilidad de Campylobacter muy alta por el aceite esencial de orégano y de tomillo y de sus principales constituyentes carvacrol y timol.
• El romero y plantas nativas australianas (Mirto limón y Pimienta de Tasmania) mostraron también una interesante actividad contra Campylobacter.
• De entre los ácidos orgánicos testados, el acido fórmico fue el más activo contra Campylobacter, seguido por el acido láctico, cítrico, málico y tartárico.
• El residuo de la producción de etanol a partir de la fermentación por levaduras de sorgo está disponible en grandes cantidades en algunos países, entre ellos Australia (Navarro, et al., 2015; Puri, et al., 2012), a un coste muy bajo.

En este estudio realizamos una primera aproximación para determinar la posible actividad antimicrobiana de este residuo, que contiene muchos de los compuestos fenólicos procedentes del sorgo.

Diferentes extracciones y concentraciones del residuo original fueron obtenidas usando una extracción de disolvente acelerado (ASE) o una simple evaporación por rotación, para comparar su actividad con el residuo original, siendo esta la primera vez que se describió actividad contra Campylobacter en un residuo de la industria de producción de etanol por fermentación de sorgo.

Los resultados obtenidos demostraron la existencia de actividad contra Campylobacter en un residuo de la industria de producción de etanol por fermentación de sorgo.

• Las combinaciones de compuestos derivados de plantas para determinar sinergias fueron seleccionadas mediante un programa informático (Central Composite Design, Minitab Inc., State Collage, Pennsylvania) que generó una tabla con las concentraciones de cada substancia, dentro de la combinación, potencialmente más activas (Tabla 4).
• Para evaluar el efecto de la combinación se categorizaron como sinérgicos, aditivos, indiferentes o antagónicos en base al resultado del índice calculado, siguiendo la metodología de la concentración inhibitoria fraccional (FIC).
• Las combinaciones binarias del residuo fermentado de sorgo con orégano mostraron prometedores resultados con índice FIC de 0.55 (Table 4), muy cercano a un valor sinérgico.
• Cuando el orégano se combinó con ácidos orgánicos, mostró sinergia con el ácido fórmico, aunque en una combinación terciaria fue la combinación de orégano, residuo fermentado de sorgo y ácido láctico, la que resultó sinérgica contra Campylobacter.

El residuo industrial demostró tener actividad contra Campylobacter (CIM= 1%), siendo esta la primera vez que se describió actividad antimicrobiana en un residuo de la industria de producción de etanol por fermentación de sorgo.

Para tratar de identificar la fracción del residuo con mayor actividad, diferentes extracciones del residuo original fueron obtenidas usando una extracción de disolvente acelerado (ASE). Las extracciones con agua y metanol demostraron contener mayor actividad contra Campylobacter ( CIM = 4%) que el resto de extracciones (acetona, hexano o etanol), probablemente debido a la presencia de altos niveles de polifenoles hidrofílicos y a la presencia de péptidos con actividad antimicrobiana procedentes de la levadura utilizada en la fermentación del sorgo.

Evaluación de las interacciones de orégano con otros derivados de plantas y ácidos orgánicos contra C. jejuni 1016, 1065, 1119, 1132, y C. coli 1955

(Navarro et al., 2015)

CONCLUSIONES

Se ha especulado que el carácter lipófilo de los principales constituyentes del aceite esencial de orégano (carvacrol, timol and p-cymene) pueden ser responsables de una desestabilización de la membrana bacteriana (Ultee, et al., 2002; Xu, et al., 2008).

Nosotros sugerimos que esta desestabilización inicial puede permitir que los polifenoles hidrosolubles procedentes del sorgo y el ácido láctico penetren con más eficacia en la bacteria, destruyéndola más rápidamente.

La combinación de orégano con el residuo fermentado de sorgo y el ácido láctico reduce en un 80% la concentración del aceite esencial de orégano necesario para obtener la concentración inhibitoria mínima, reducción significativamente el coste del antimicrobiano.

La técnica de micro-placas utilizada en este estudio es un método robustos, simple y rápido para determinar la actividad anti-Campylobacter de diferentes tipos de productos derivados de plantas y ácidos orgánicos con diferentes solubilidades.

Este tipo de ensayo es también un buen método para cribar combinaciones de sustancias con potenciales sinergias contra Campylobacter.

Este tipo de ensayo es también un buen método para cribar combinaciones de sustancias con potenciales sinergias contra Campylobacter.

Artículo basado en la referencia:

Navarro, M., R. Stanley, A. Cusack, and Y. Sultanbawa. 2015. Combinations of plant-derived compounds against Campylobacter in vitro. Journal of Poultry Applied Research, 24: 352-363.