Uso de Pre y Probióticos en la alimentación de monogástricos

Uso de Pre y Probióticos en la alimentación de monogástricos

La microbiota del tracto gastrointestinal (TGI) de los mamíferos comprende aproximadamente 10¹⁴ microorganismos e incluye una amplia diversidad de especies microbianas (Míguez et al., 2016; Yang e Xu, 2018; Yazad et al., 2020). El TGI es el órgano más colonizado del organismo.

• Su microbiota está asociada a una amplia gama de funciones dentro del huésped, incluyendo la fermentación de macronutrientes complejos, producción de nutrientes y vitaminas, protección contra patógenos e mantenimiento del equilibrio del sistema inmunológico (Han et al., 2018; Li et al., 2020; Yin et al., 2018, 2020).

Estudios recientes indicaron que la dieta tiene un efecto considerable sobre la modulación de la microbiota intestinal (Donaldson et al., 2016; Lalles, 2016). Algunos de los principales aditivos utilizados en la nutrición animal para la modulación de la microbiota intestinal son los probióticos y los prebióticos.

Probióticos

A pesar de que los probióticos ya fueron usados hace muchos años, fue en la década de 1960, en que se demostró por primera vez que las cepas de Lactobacillus eran capaces de mejorar el desempeño de crecimiento de los cerdos (Ahasan et al. 2015). Desde entonces, los probióticos más frecuentemente usados en monogástricos son las levaduras (Saccharomyces boulardii y S. cerevisiae) y las bacterias (Lactobacillus spp., Enterococcus spp., Pediococcus spp., Bacillus spp.) que tienen como lugar de acción el ciego y el colon.

Los beneficios más comunes del uso de los probióticos para monogástricos son:

• Aumento del peso corporal
• Reducción de la incidencia de diarrea
• Mejora de la eficiencia alimenticia
• Aumento de la digestibilidad de la dieta (Ahasan et al. 2015).

Es importante destacar que los probióticos desempeñan un importante papel en la prevención de diarrea en los lechones. Además, los probióticos como Enterococcus faecium y Bacillus subtilis pueden reducir la concentración de amonio en las excretas de las aves (Dhama et al., 2008), lo que colabora en el mantenimiento de la cama, la calidad del aire en los galpones, la reducción de problemas respiratorios y en las lesiones del cojín plantar.

Producción de sustancias antimicrobianas, como ácidos orgánicos (principalmente ácido láctico, acético y fórmico), bacteriocinas, peróxido de hidrógeno y otros compuestos que inhiben los patógenos intestinales (Corcionivoschi et al., 2010; Murali y Kavitha, 2010);

Producción de enzimas (por ejemplo, proteasas, amilasas, lipasas y glicosidasas) por la microbiota. Bifidobacterium bifidum produce una ADN polimerasa que fue descripta como importante en la reparación de células damnificadas;

Reducción de aminas tóxicas, que son producidas por algunos microorganismos intestinales, y que tienen actividad irritante y tóxica o causan diarrea;

Competición por nutrientes y/o por lugares de fijación (exclusión competitiva) en la mucosa intestinal con bacterias potencialmente patógenas y, por tanto, evitan que las bacterias patógenas colonicen el tracto intestinal;

Estímulo del sistema inmunológico, sea directa o indirectamente, por medio de la modulación de la flora comensal o del sistema inmunológico. Los probióticos desempeñan un papel en las respuestas inmunes específicas y no específicas del huésped y en el estímulo de la producción de citocinas pro y antiinflamatorias (O’Hara y Shanahan, 2006; Walsh et al., 2008; Wang et al., 2009).

Algunas cepas probióticas actúan como inmunomoduladores, aumentando la actividad de los macrófagos y los niveles de anticuerpos locales, induciendo la producción de interferón, y activando así, células Natural Killer (Yasui et al., 1989; Perdigon et al., 2001).

Probióticos más utilizados como aditivos en la nutrición animal

Lactobacillus  [registrados]

Algunas especies del género Lactobacillus utilizadas como aditivo alimentario demostraron habilidades benéficas, en particular para reducir la mortalidad en peces, mejorar el desempeño de crecimiento en lechones, mejorar la producción y la calidad de los huevos en las aves.

Es una bacteria Gram-positiva perteneciente al grupo de las bacterias productoras de ácido láctico. Además, los Lactobacillus fueron asociados a mejorar los mecanismos de defensa inmunológica en peces y a una reducción de la contaminación por Salmonella en pollos de engorde. (Leer también «Probióticos en pollos: una estrategia para las producciones intensivas»)

Bifidobacterium

Las bifidobacterias son encontradas en gran número en el intestino de animales y humanos. Su presencia no siempre indica la buena salud intestinal del huésped. Cuando es utilizada como aditivo alimentario en lechones, la especie Bifidobacterium pseudolongum mostró resultados significativos con mejor tasa de conversión alimenticia.

En aves, las especies Bifidobacterium animalis, Bifidobacterium thermophilum y Bifidobacterium longum, demostraron su capacidad para reducir la coccidiosis en pollos infectados con Eimeria tenella, actividad protectora contra Salmonella y Listeria in vitro y contra E. coli en pollos.

En general, las bacterias pertenecientes al género Bifidobacterium poseen potencial como aditivo para raciones y como alternativa a los antibióticos convencionales.

Bacillus

Algunas bacterias de este género, como Bacillus subtilis, son regularmente usadas como suplemento alimenticio, especialmente en piscicultura y en avicultura. Diversas investigaciones demostraron que esas especies poseen un alto potencial de inmunomodulación y protección contra enfermedades.

Bacillus licheniformis también mostró aptitudes probióticas, cuando fue usado como aditivo en cerdos, y se mostró eficaz contra la diarrea que ocurre en lechones 3-10 días tras el destete, causada por cepas enterotóxicas de E. coli.

Sin embargo, algunas especies como Bacillus cereus pueden causar problemas debido a las endotoxinas y a las toxinas eméticas que producen.

Enterococcus

Enterococcus es un miembro común de la microbiota intestinal endógena de humanos y animales. Cepas de Enterococcus han sido usadas como aditivos para raciones en aves y cerdos como alternativas al uso de antibióticos en las raciones.

La cepa E. faecium demostró su capacidad de estimular otras bacterias ácido lácticas (especialmente Lactobacillus) en el intestino delgado de pavos y una mejora en la conversión alimenticia, en la morfología intestinal y en la manipulación benéfica de la microflora cecal en pollos. Sin embargo, el género Enterococcus presenta algunas desventajas ya que esas bacterias pueden participar en la transmisión de la resistencia a los antibióticos.

Además, este género está frecuentemente asociado a patologías como infecciones del tracto urogenital y endocarditis. A pesar de haber demostrado buenos resultados, el uso de probióticos pertenecientes a este género debe ser verificado previamente para utilizar solamente cepas que no presentan ningún peligro a la salud de los animales.

Saccharomyces

Saccharomyces es un género de levadura que también forma parte de la microbiota intestinal. Dentro de este género, S. cerevisiae es la especie más conocida y más utilizada como probiótico.

Es reconocida por mejorar el desempeño reproductivo de cerdas, elevar la concentración de inmunoglobulina G (IgG) en el calostro y, subsecuentemente, IgG plasmático de lechones para mejorar el desempeño de crecimiento y promover intestinos “saludables” en cerdos. Resultados positivos del uso de S. cerevisiae también fueron observados en peces.

Siendo capaz de mejorar el crecimiento, las respuestas hematológicas, antioxidantes e inmunológicas de la tilapia del Nilo, mejorar la resistencia de la tilapia del Nilo contra un hongo patógeno, así también como aumentar la respuesta inmune innata del dorado. Otras especies pertencentes a este género, como Saccharomyces carlsbergensis, también son utilizadas como probióticos en la alimentación animal.

Prebióticos

El concepto prebiótico fue descripto por primera vez en 1995 por Gibson y Robertfroid (1995) y sufrió algunos cambios a lo largo del tiempo.

Definiciones de prebióticos

• 1995 “Componentes alimentarios no digeridos que, por medio de la estimulación del crecimiento y/o actividad de un único tipo o de una cantidad limitada de microorganismos residir en tracto gastrointestinal, mejora la condición de salud de un huésped” (Gibson y Roberfroid, 1995)

• 2004 “Un componente fermentado selectivamente que permite mudanzas específicas en la composición y/o actividad de microorganismos en el tracto gastrointestinal, siendo benéfico para la salud y el bienestar del huésped” (Gibson et al., 2004)

• 2007 “Componente alimentario inviable que confiere un beneficio a la salud del huésped asociado a la modulación de la microbiota” (FAO, 2007)

• 2010 ‘Prebióticos dietéticos’ como “un ingrediente fermentado selectivamente que resulta en mudanzas específicas en la composición y/o actividad gastrointestinal de la microbiota, confiriendo así beneficio(s) a la salud del huésped” (Gibson et al., 2010)

• 2015 “Compuesto no digerible que, por medio de su metabolización por microorganismos en el intestino, modula la composición y/o actividad de la microbiota intestinal, conferindo así un efecto fisiológico benéfico al huésped” (Bindels et al., 2015)

• 2016 “Substrato que es utilizado selectivamente por microorganismos huéspedes, confiriendo benefício(s) a la salud” (Gibson et al., 2017)

Son diversos los prebióticos que pueden ser utilizados en la nutrición animal, como:

• Mananoligosacaridos (MOS)
• Fructoligosacáridos (FOS)
• Glucoligosacáridos (GOS)
• Inulina
• Arabinoxilanos (AXOS)
• Quito-oligosacáridos (CHOS)
• Isomalto-oligosacáridos (IMOS)
• Glucomanano (OGM)
• Oligosacáridos de alginato (AOS)
• Oligosacáridos de pectina (POS)

Siendo, MOS, GOS y FOS los más estudiados y utilizados como aditivos en la nutrición animal.

De acuerdo con Wang (2009), existen cinco criterios básicos para la clasificación de alimentos como prebióticos:

1. Resistencia a la digestión en las secciones superiores del TGI

2. Fermentación por la microbiota intestinal

3. Efecto benéfico en la salud del huésped

4. Estimulación selectiva para el crecimiento de microorganismos probióticos

5. Estabilidad en varias condiciones de procesamiento de raciones

Modo de acción

Los mecanismos de acción de los prebióticos incluyen el bloqueo de la porción receptora para la adhesión bacteriana; modulación de la inmunidad producida por compuestos antibacterianos; aumento de la exudación en el lúmen del intestino; además de la inducción de alteración morfológica en la estructura intestinal (Pourabedin y Zhao., 2015; Hammed, 2021).

De esta forma, el ambiente ácido en el colon puede alterar la composición de la microbiota, lo que ayuda a suprimir el crecimiento de algunos patógenos potenciales como E. coli, Clostridium, Streptococcus faecalis y Proteus, y aumenta el crecimiento de algunas bacterias benéficas, incluyendo bifidobacterias, lactobacilos y Eubacterium (Morrison y Preston, 2016; O’Callaghan y van Sinderen, 2016; Zhang et al., 2015).

Los prebióticos pueden estimular o modular el sistema inmunológico. Uno de los mecanismos de modulación inmunológica por los prebióticos es atribuído al estímulo de la inmunidad humoral por medio de la interacción del azúcar con receptores específicos localizados en los macrófagos y células dendríticas, que inducen la liberación de citocinas y la proliferación de linfocitos (Saad et al., 2013).

Los prebióticos no son digeridos en el TGI superior y se cree que son fermentados por determinadas bacterias cuando llegan al colon. El ambiente en el colon es adecuado para la fermentación y el crecimiento de las bacterias comensales debido a su tránsito lento, disponibilidad de nutrientes y pH.

La fermentación de carbohidratos en el colon lleva la producción de ácidos grasos de cadena corta (AGCC), principalmente acetato, propionato, butirato y otros metabolitos, como lactato, piruvato, etanol y succinato (Janssen y Kersten, 2015; Sarbini y Rastall, 2011; Slavin, 2013).

Los AGCC son importantes pues pueden reducir la fermentación de proteínas en el tracto intestinal. El butirato, por ejemplo, regula el crecimiento celular e induce la diferenciación y apoptosis en el intestino delgado, resultando en proliferación celular mejorada, así como una mejor digestión y absorción en el intestino delgado (Linberg, 2014; van der Aar et al., 2017).

La presencia de prebióticos como oligosacáridos en el intestino también puede aumentar la resistencia de cepas probióticas por propiedades de adhesión bacteriana. Los oligosacáridos también ayudan en el mantenimiento de la integridad de la mucosa intestinal, aumentando la altura de las vellosidades, la liberación de mucina y la composición del biofilm de la mucosa (Wan et al., 2018a; Yasmin et al., 2015).

Algunos probióticos pueden modular el sistema inmunológico por ligación de los receptores de la proteína G dentro del tejido linfático asociado al intestino (GALT). Otro modo de acción es via estímulo de la producción de mucus, disminuyendo la conexión entre las bacterias y la barrera epitelial, aumentando la resistencia celular y la secreción de inmunoglobulina A (IgA) (Bischoff et al., 2014; Celi et al., 2019).

Algunos tipos específicos de prebióticos, como COS, inulina, AXOS y AOS, fueron asociados a efectos inmunomoduladores en monogástricos (Ding et al., 2018; Vogt et al., 2015; Wan et al., 2018b; Xiong et al., 2015).

Una revisión hecha por Seifert y Watzl (2007), concluye que la adición de inulina y FOS a la dieta tiene un efecto en el sistema inmunológico, con impacto positivo en los biomarcadores inmunológicos en tejidos linfoides asociados al intestino.

Se puede observar que el uso de pre y probióticos es beneficioso para la salud, el bienestar y la eficiencia productiva de aves y cerdos. Estos aditivos pueden traer diversos beneficios a la producción animal, especialmente con las restricciones crecientes a los antibióticos.

Diversos estudios demostraron que los prebióticos afectan positivamente la funcionalidad del sistema inmunológico, alterando la expresión de citocinas proinflamatorias (Hu et al., 2018; Wan et al., 2018a; Wang et al., 2016a; Xiao et al., 2016).

• Por otra parte, los prebióticos pueden afectar el microambiente intestinal y la utilización de otros ingredientes no digeribles y compuestos dietéticos, como antibióticos, minerales y vitaminas.

La suplementación de inulina (1%, 2% y 3%) en cerdos, aumentó las concentraciones plasmáticas de zinc y hierro (Samolinska y Grela, 2017). A su vez, mayores concentraciones de XOS (entre 0,1 y 0,5 g/kg) demostraron una mejora en la mineralización ósea (Wang et al., 2017).

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