Las micotoxinas son metabolitos secundarios tóxicos producidos por mohos y hongos, principalmente del género AspergillusyFusarium presentes en el grano.
Estas ocurren de forma natural y pueden desarrollarse en el campo (pre-harvest) o en el almacenamiento del grano (post-harvest).
Desafortunadamente, una vez que se producen las micotoxinas, no se pueden destruir sin comprometer significativamente la integridad del alimento ya que poseen una estabilidad química y térmica muy alta y son capaces de sobrevivir al proceso de fabricación del pienso.
⇒ La exposición a las micotoxinas ocurre principalmente cuando los animales ingieren el pienso contaminado con micotoxinas, estas se absorben al torrente sanguíneo y producen efectos tóxicos a concentraciones muy bajas de ppm y ppb, conocido como micotoxicosis.
La micotoxicosis varía dependiendo de la micotoxina y en general afecta gravemente la salud y el rendimiento de los animales y, en ciertos casos, sus metabolitos se acumulan en la leche, los huevos y la carne.
Una de las más relevantes y tóxicas es deoxynivalenol (DON), que pertenece a la familia de los tricotecenos. La alta contaminación de DON presente en las materias primas y en los piensos afecta a nivel mundial, además, de su conocida complejidad para ser capturada.
¿QUÉ TIPO DE TOXICIDADES PRODUCEN LAS MICOTOXINAS?
Las toxicidades varían según la micotoxina e incluyen hepatotoxicidad, genotoxicidad, nefrotoxicidad, neurotoxicidad, reprotoxicidad, inmunotoxicidad, traduciéndose estas en los parámetros productivos como:
- Reducción del consumo de alimentos y de la utilización de nutrientes
- Trastorno de la integridad intestinal
- Inmunosupresión
- Reducción de la fertilidad
- Pérdida de rendimiento
- Cáncer
PRINCIPIO DE LAS 3R
El principio de las tres erres es uno de los ejes básicos del concepto de protección animal en investigación y se basa en las siguientes aproximaciones: reemplazar, reducir y refinar. Este principio fue formulado con el objetivo de evitar o sustituir el uso de animales, limitar el número de animales y minimizar el sufrimiento de los mismos durante los ensayos.
Siguiendo dicho principio y con el fin de minimizar el impacto ambiental:
→ Los ensayos in vivo fueron reemplazados por test in vitro y virtuales con modelos predictivos de machine learning.
→ Los modelos de machine learning proporcionaron refinamiento en diseño de materiales. Las validaciones a través de ensayos in vivo fueron reducidas a un experimento para estudiar el efecto del Atox Nature Silver en la absorción oral de deoxinivalenol (DON) en pollos para consumo.
¿CUÁL ES LA MEJOR ESTRATEGIA PARA ENFRENTARSE AL PROBLEMA DE LAS MICOTOXINAS?
Materiales activamente porosos (binder), como ciertas arcillas especiales, pueden adsorber las micotoxinas evitando que pasen a la sangre y causar micotoxicosis de los animales.
Una vez creado el complejo binder-micotoxina, este pasa por el tracto gastrointestinal y se expulsa con las heces. Las diferentes afinidades químicas entre binder y las moléculas de las micotoxinas complican la búsqueda experimental de la formulación óptima.
La estrategia propuesta por la EFSA aconseja test in vitro con el objetivo de testar las mejores formulaciones. Para acelerar el proceso, herramientas adicionales y avanzadas como los modelos predictivos de inteligencia artificial, machine learning, proporcionan eficiencia para encontrar la mejor solución frente a un amplio rango de micotoxinas.
Una vez identificada la formulación óptima y bajo los principios de las 3Rs, reducir el uso de animales para investigación, los ensayos en vivo con biomarcadores permiten valorar de manera robusta los niveles de micotoxinas en la sangre, así como cuantificar el poder adsorbente del binder.
TRES ACTIVOS DIFERENTES: UNA SOLUCIÓN
La nueva solución de Tolsa frente a la presencia de micotoxinas en el pienso es Atox® Nature Silver.
Una formulación innovadora, probada y patentada después de años de experiencia e investigación avanzada con machine learning para desarrollar un secuestrante de micotoxinas de amplio rango para las industrias avícola, porcina y de rumiantes.
Atox® Nature Silver combina tres activos diferentes basados en diferentes propiedades físicas y químicas con tres claros objetivos:
Incrementar el rango de micotoxinas adsorbidas, incluidas las menos polares.
→ Incrementar la especificidad del secuestro para asegurar que no se adsorban nutrientes esenciales.
→ Asegurar la fuerza de adsorción para evitar la desorción de las micotoxinas durante el tránsito por el tracto gastrointestinal.
→ La formulación disfruta la sinergia positiva entre tres componentes activos: bentonita, sepiolita y carbón activo.
ESTUDIOS IN VITRO: PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Hemos llevado a cabo una serie de estudios in vitro mediante cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) en el laboratorio de micotoxinas de referencia estadounidense TRILOGY con los cuáles el equipo técnico de Tolsa lleva años trabajando estrechamente.
El método consiste en la simulación de los jugos gástricos e intestinales del estómago a pH 3 (adsorción) y el intestino delgado a pH 6.5 (desorción), de acuerdo con el tracto gastrointestinal del animal. La diferencia entre ellas es la eficiencia, %, aportando el resultado real de efectividad de los productos.
DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO
1/ Se realizan pruebas de adsorción a diferentes pH (ácido y básico).
2/ Se prepara una solución tampón que contiene la micotoxina a estudiar.
3/ A esta solución se le añade Atox® Nature Silver y se incuba durante 60 min a 37°C bajo agitación permanente.
4/ Después, se centrifugan las muestras.
5/ Finalmente, se analiza la cantidad de micotoxina que hay presente en el sobrenadante.
RESULTADOS
Los gráficos 1 y 2 muestran los resultados obtenidos in vitro medidos por HPLC.
DESGLOSE DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS IN VITRO
La gráfica 1 muestra el desglose de los resultados obtenidos in vitro siendo todas las eficacias superiores al 90% para las micotoxinas estudiadas (FUM, OCRA, T2 y ZEA).
Las condiciones del experimento consisten en medir la capacidad secuestrante de 2 mg/kg de Atox® Nature Silver frente a 2 ppm de concentración de cada micotoxina.
Estos resultados demuestran la eficiencia de Atox® Nature Silver no sólo en cuanto a la adsorción de la micotoxina, sino además en el mantenimiento de esa fuerza de cohesión consiguiendo prevenir la posible desorción de la micotoxina a pHs más elevados en el tracto intestinal.
Las investigaciones y pruebas realizadas se centran en maximizar la adsorción y mantenerla, minimizando por tanto la desorción.
De esta manera, la unión entre la micotoxina y el secuestrante permanece estable durante el trayecto a través del tracto gastrointestinal a distintos pH hasta el momento de la excreción. Gracias a ello aseguramos que los animales únicamente absorban los nutrientes esenciales y no las micotoxinas.
MODELOS DE MACHINE LEARNING
Nuestros algoritmos de machine learning han sido educados con la base de datos de los ensayos in vitro, y predicen el comportamiento de cualquier combinación entre formulaciones distintas y diferentes micotoxinas. Los modelos han sido validados experimentalmente, y han permitido valorar el poder secuestrante de nuestro Atox® Nature Silver frente a varias micotoxinas.
En la siguiente figura se puede apreciar la eficacia de Atox® Nature Silver (> ca. 80%) en la captura de 22 micotoxinas de seis grupos distintos.
Además, nos permiten predecir la eficacia frente a la micotoxina más difícil de adsorber (DON), así como la dosis apropiada de Atox® Nature Silver que se recomienda suministrar a los animales dependiendo de los grados de contaminación de los piensos.
ESTUDIO EN VIVO CON BIOMARCADOR
A través de ensayos in vitro, así como predicciones de los modelos, ha sido posible demostrar la eficiencia mínima de 94% del Atox® Nature Silver como secuestrante de todas las micotoxinas exploradas, excepto la deoxinivalenol (DON) con un eficiencia mínima del 80%-Por consiguiente ésta última, DON, ha sido seleccionada para corroborar los avances encontrados a través de un ensayo in vivo.
DISEÑO DEL ENSAYO
Para la prueba in vivo a pollos para consumo se estudiaron dos tratamientos:
- Grupo de control: Se les administró vía oral un único bolo con deoxinivalenol (0.5 mg/kg peso animal)
- Grupo de tratamiento: Se les administró vía oral un único bolo con deoxinivalenol (0.5 mg/kg peso del pollo) en combinación con Atox Nature Silver (0.4 g/kg peso animal).
PARÁMETROS EVALUADOS
Se tomaron muestras de sangre en distintos momentos del ensayo y se analizaron a través de la detección de deoxinivalenol (DON) y del biomarcador deoxinivalenolsulfato (DON-S).
RESULTADOS
El gráfico de la izquierda muestra la concentración y desviación estándar de DON, después de su administración, y DON en combinación con Atox Nature Silver; mientras que el gráfico de la derecha representa la respuesta media y desviación estándar de DON-S en sangre, después de su administración,y DON en combinación con Atox Nature Silver a 8 pollos para consumo.
Se aprecia una exposición sistémica de DON-S significativamente más baja para el grupo de tratamiento en comparación con el grupo de control, visible en la gráfica derecha (área bajo la curva de la respuesta de DON-S). (Detalles disponibles en: Lo Dico, G.; Croubels, S.; Carcelén, V.; Haranczyk, M. Machine Learning-Aided Design of Composite Mycotoxin Detoxifier Material for Animal Feed. Sci. Rep. 2022, 12 (1), 1–11. https://doi.org/10.1038/s41598-022-08410-x.)
La siguiente tabla muestra los resultados de los parámetros tóxico-cinéticos más importantes del metabolito DON-S después de la administración oral a los 8 pollos de consumo.
AUC0-∞: área bajo la curva de la respuesta de DON-S
Cmax: respuesta de DON-S máxima en sangre
Tmax : tiempo máximo de respuesta de DON-S
F relativa: biodisponibilidad relativa
IC: intervalo de confianza
Adicionalmente, la respuesta de DON-S máxima en sangre fue significativamente más baja en el grupo de tratamiento comparada con el grupo de control.
Por otra parte, la biodisponibilidad de DON-S en el grupo de tratamiento comparada con el grupo de control fue solo 67.8%. Esto muestra una reducción relevante en la exposición sistemática a DON durante ensayos in vivo, ya que más del 20% de reducción fue vista.
Finalmente, el 90% del intervalo de confianza de la proporción de log (AUC0-∞) fue 54-88% y por lo tanto casi cae completamente fuera del rango 80-125%, mostrando un significante efecto en la reducción de exposición sistemática a DON.
OTROS ESTUDIOS IN VIVO: PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Asimismo, una vez conocida la eficacia, se ha estudiado la seguridad y el efecto del Atox® Nature Silver frente al no secuestro de otros micronutrientes como vitaminas, minerales traza, aminoácidos que se encuentran dentro de una ración habitual del pienso.
Las investigaciones se llevaron a cabo en 3 especies, lechones, vacuno de carne y pollo para consumo.
Se lleva a cabo una prueba in vivo con lechones en tres explotaciones porcinas situadas en distintos lugares de España
DISEÑO DEL ESTUDIO EXPERIMENTAL
Animales
60 lechones:
- 30 grupo control
- 30 grupo tratamiento
DISEÑO DEL ESTUDIO EXPERIMENTAL
- El grupo experimental recibió 0,2% de Atox® Nature Silver incluido en la ración.
- El grupo control no recibió ningún secuestrante de micotoxinas en la ración.
PARÁMETROS EVALUADOS
Se analizaron los parámetros de rendimiento productivo:
- Crecimiento (BW)
- Ganancia media diaria (ADG)
- Índice de conversión (FCR) desde 0 hasta 35 días
RESULTADOS
En ninguna de las explotaciones del ensayo se observaron diferencias estadísticas significativas por lo que concluimos que el uso de Atox® Nature Silver es seguro y no produce el secuestro de ningún nutriente esencial que afecte a los parámetros productivos habituales.
En las tres granjas se observa un menor índice de conversión al usar Atox® Nature Silver.
GRANJA 1:
GRANJA 2:
GRANJA 3:
Por otro lado, se lleva a cabo una prueba in vivo en una granja de ganado vacuno situada en España.
En primer lugar, se analizan muestras del pienso y de la paja para comprobar el grado de contaminación natural por:
- Fumonisina (FUM)
- Vomitoxina (DON)
- Zearalenona (ZEA)
DISEÑO DEL ESTUDIO EXPERIMENTAL
En el diseño de experimento llevado a cabo en ganado vacuno donde se estudiaron 2 tratamientos
TRATAMIENTOS
- Grupo control. En el que se consumió pienso sin secuestrante de micotoxinas.
- Grupo Tratamiento. En el que se consumió pienso suministrado con 30g/animal/día de Atox® Nature Silver durante un periodo de 1 mes.
PARÁMETROS EVALUADOS
Se tomaron muestras de sangre en distintos momentos de la prueba y se analizaron los niveles de vitaminas, minerales y aminoácidos.
RESULTADOS
De nuevo, en ninguno de los tratamientos del ensayo se observaron diferencias estadísticas significativas por lo que concluimos que el uso de ATOX® NATURE SILVER (ANS) es seguro y no produce el secuestro de ningún nutriente esencial que afecte a los parámetros productivos habituales.
Los estudios realizados hasta la actualidad demuestran la eficacia de Atox® Nature Silver en el secuestro de micotoxinas además de asegurar su seguridad. Ofreciendo una solución natural, completamente inorgánica.
Atox® Nature Silver permite actuar a las vitaminas y minerales correctamente, siendo una solución tanto a dosis de mantenimiento como dosis de choque.