Xilanasas bacterianas: ¿por qué son tan eficientes?

Debido a los desarrollos demográficos y sociopolíticos, la nutrición animal moderna debe centrarse cada vez más en la eficiencia alimentaria. Esta eficiencia depende en gran medida de la digestibilidad de los nutrientes presentes, donde la presencia de factores antinutritivos (FAN) juega un papel importante.

Entre otros, los polisacáridos no amiláceos (PNAs) desempeñan una función clave en este sentido, especialmente en la alimentación de aves y cerdos.

LOS ARABINOXILANOS REPRESENTAN LA FRACCIÓN MÁS ELEVADA DE LOS PNAs

Los PNAs incluyen los arabinoxilanos (AX), que se encuentran en todos los tipos de granos (especialmente el trigo, centeno y cebada), pero también en el maíz.

Los arabinoxilanos constituyen hasta el 90% de los PNAs en los granos de cereales y se dividen a su vez en arabinoxilanos solubles e insolubles. 

Los arabinoxilanos solubles tienen el efecto de aumentar la viscosidad del bolo alimenticio debido a su alta capacidad de fijación de agua y, por lo tanto, reducen la velocidad de paso por el intestino.

Los arabinoxilanos insolubles tienen la propiedad de retener los nutrientes (efecto jaula), reduciendo así su disponibilidad para ser digeridos por las propias enzimas intestinales del animal. 

Ambos tipos de arabinoxilanos perjudican los procesos digestivos y tienen un fuerte impacto negativo en la utilización de la energía neta.

SOLUBILIDAD DE LOS ARABINOXILANOS ¿QUÉ IMPORTANCIA TIENE?

No se deben subestimar los AX insolubles

El contenido de arabinoxilanos solubles e insolubles varía entre materias primas, pero la proporción de arabinoxilanos insolubles es significativamente mayor que la de arabinoxilanos solubles. Esta diferencia es aún más marcada en el maíz y los subproductos de los cereales (ver Tabla 1).

Tabla 1 – Contenido en arabinoxilanos solubles, insolubles, y totales (AX) (% de MS) de los principales ingredientes utilizados en los piensos para aves. 

Durante muchos años se llevan añadiendo enzimas PNA a los piensos ricos en granos destinados a animales monogástricos con el fin de reducir estos factores antinutricionales (FAN). En particular, su uso puede optimizar el contenido energético del pienso y puede reducir los costos del mismo.

Por otro lado, también es posible ampliar la gama de materias primas utilizables en alimentación animal, incluyendo materias primas con gran contenido de fibra.

Desafortunadamente, en la práctica, el uso de xilanasas suele reservarse para piensos que contienen granos altamente viscosos como el trigo donde su eficiencia es claramente demostrada.

Esto puede explicarse en parte por la idea tradicional de que las xilanasas reducen la viscosidad intestinal y que el aumento de la viscosidad del quimo se encuentra generalmente en las raciones a base de trigo.

Sin embargo, la realidad es que el 75-90% de los arabinoxilanos son insolubles y, por lo tanto, es necesario que las xilanasas sean efectivas sobre ambos arabinoxilanos: solubles e insolubles. 

Aunque en un estudio sobre la capacidad de solubilización de los AX de trigo se demostró que varias xilanasas son activas sobre los AX insolubles (Courtin et al., 2001), también se ha demostrado que las xilanasas producidas por bacterias, como es el caso de Belfeed, tienen una ventaja en comparación con las xilanasas producidas por hongos (Tabla 2), debido a su mayor actividad sobre los AX insolubles (Moers et al.2003).

Tabla 2 – Relación de la actividad endoxilanasa en AX insoluble/ AX soluble (adaptado de Moers et al., 2003).

La degradación de ambas fracciones de AX, resultando en la reducción de la viscosidad, pero sobre todo en una mejor utilización de los nutrientes, se ha demostrado en diversas pruebas realizadas en animales, como la que se muestra en lechones (figura 1) o aves (figura 2). 

Figura 1 – Resultados de GMD y IC en lechones alimentados con una dieta suplementada con Belfeed y reducida en energía neta (100 kcal/kg) en comparación con un grupo testigo.

Figura 2 (2a & 2b)- Rendimiento, consumo de agua y calidad de la cama de pollos alimentados con una dieta control y una dieta control suplementada con Belfeed 10 UI/Kg.

Además de la mejora en la eficacia alimenticia, que se puede atribuir a la reducción de la viscosidad de la dieta y a la liberación de nutrientes, también se puede observar en la Figura 2b que hay un efecto positivo en el consumo de agua de las aves en el grupo Belfeed, lo que resulta en una mejor calidad de la cama.

ENFOQUE EN LA ACTIVIDAD ENDOXILANASA

Existen dos tipos de actividad xilanasa: la endo-xilanasa y la exo-xilanasa. La actividad ‘exo’ hidroliza la cadena de AX cortando un azúcar (xilosa) por su parte distal. Estas xilosas libres no son metabolizadas por el animal y deben ser excretadas por el riñón. Por otro lado, la actividad ‘endo’ corta aleatoriamente los enlaces entre xilosas, produciendo fragmentos de (arabino) xilo-oligosacáridos, más comúnmente llamados AXOS (Figura 3). 

Estos AXOS tienen un efecto prebiótico, promoviendo una microbiota favorable y, por lo tanto, teniendo un efecto beneficioso sobre la salud intestinal de los animales. Las dos actividades están generalmente presentes en una misma xilanasa, aunque la proporción puede variar en función del origen de la misma.

Figura 3 – Actividad exo- y endo- de las xilanasas.

BELFEED PROMUEVE LA SALUD INTESTINAL MEDIANTE LA PRODUCCIÓN DE AXOS

La xilanasa Belfeed, no sólo es única por su origen bacteriano, sino también por el proceso de purificación tras su producción. En este sistema de purificación se eliminan todas las actividades enzimáticas no deseadas que provienen del proceso de producción. Por lo tanto, Belfeed contiene casi exclusivamente actividad endoxilanasa que es la responsable de producir estos AXOS.

Los AXOS estimulan selectivamente el crecimiento y/o la actividad de ciertas bacterias del tracto intestinal distal, consideradas beneficiosas para la salud del huésped, como Lactobacillus y Bifidobacterias. Un estudio de Luise et al. (2020) demostró un aumento de Lactobacillus en el intestino de cerdos alimentados con Belfeed (Figura 4).

Figura 4 – Permanencia de la población de Lactobacillus spp. en el intestino de cerdos alimentados con maíz-cebada (control) y suplementados con la xilanasa bacteriana Belfeed. (Adaptado de Luise et al., 2020).

EL FACTOR ADICIONAL MÁS OLVIDADO: LOS INHIBIDORES DE LA XILANASA

Los inhibidores de la xilanasa forman parte del arsenal de defensa de la planta durante el ataque de un hongo o durante la transición de una etapa metabólica a otra. 

Los inhibidores de la xilanasa tienen poco o ningún efecto inhibidor sobre las endoxilanasas endógenas de las plantas, sin embargo, son capaces de inactivar las xilanasas de origen fúngico exógenas a la planta. 

Debido al origen bacteriano de la xilanasa Belfeed, estos inhibidores presentes en los cereales tienen una actividad muy limitada sobre ella. Por lo tanto, Belfeed asegura unos resultados más homogéneos independientemente de la presencia o no de los inhibidores en el pienso.

Figura 5 – Imagen esquemática de la afinidad de los inhibidores de la xilanasa sobre las xilanasas según su origen

Figura 6 – Porcentaje de actividad de diferentes xilanasas después de incubación con el inhibidor de xilanasa Triticum Aestivum Xylanase Inhibitor (TAXI).

Evidentemente, esto tiene un efecto negativo en la utilización de la energía, como fue demostrado en un estudio de Pérez-Vendrell et al en 2003. En este estudio, se alimentaron pollos con trigo no esterilizado en autoclave (que contenía inhibidores de xilanasas activos) y trigo esterilizado en autoclave (los inhibidores de xilanasas son muy termoestables y solo se destruyen a altas temperaturas como es el proceso de esterilización en autoclave). Ambos fueron suplementados con xilanasa de origen fúngica. Los resultados se presentan en la figura 7.

Figura 7 – Impacto negativo de los inhibidores de la xilanasa en la digestibilidad de la energía metabolizable. (Adaptado de Pérez-Vendrell et al en 2003).

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