Ta članek je del raziskovalne teme »Uporaba protimikrobnih zdravil, odpornost na protimikrobna zdravila in mikrobiom živali za prehrano ljudi«. Oglejte si vseh 13 člankov.
Organske kisline so še vedno zelo iskane kot dodatki živalski krmi. Do danes je bil poudarek na varnosti hrane, zlasti na zmanjševanju pojavnosti patogenov, ki se prenašajo s hrano, pri perutnini in drugih živalih. Trenutno se preučuje ali pa se že komercialno uporablja več organskih kislin. Med številnimi organskimi kislinami, ki so bile obsežno preučene, je mravljinčna kislina ena izmed njih. Mravljinčna kislina se dodaja perutninski prehrani, da se omeji prisotnost salmonele in drugih patogenov, ki se prenašajo s hrano, v krmi in v prebavilih po zaužitju. Ker se razumevanje učinkovitosti in vpliva mravljinčne kisline na gostitelja in patogene, ki se prenašajo s hrano, povečuje, postaja jasno, da lahko prisotnost mravljinčne kisline sproži specifične poti pri salmoneli. Ta odziv lahko postane bolj zapleten, ko mravljinčna kislina vstopi v prebavila in interagira ne le s salmonelo, ki že kolonizira prebavila, temveč tudi z lastno mikrobno floro črevesja. Pregled bo preučil trenutne rezultate in možnosti za nadaljnje raziskave mikrobioma perutnine in krme, obdelane z mravljinčno kislino.
Tako pri živinoreji kot pri perutninarstvu je izziv razviti strategije upravljanja, ki optimizirajo rast in produktivnost, hkrati pa omejujejo tveganja za varnost hrane. Zgodovinsko gledano je dajanje antibiotikov v subterapevtskih koncentracijah izboljšalo zdravje, dobrobit in produktivnost živali (1–3). Z vidika mehanizma delovanja je bilo predlagano, da antibiotiki, ki se dajejo v subinhibitornih koncentracijah, posredujejo pri odzivih gostitelja z moduliranjem gastrointestinalne (GI) flore in posledično njihovih interakcij z gostiteljem (3). Vendar pa so nenehne skrbi glede morebitnega širjenja patogenov, ki se prenašajo s hrano, odpornih na antibiotike, in njihove morebitne povezave z okužbami, odpornimi na antibiotike, pri ljudeh privedle do postopnega umika uporabe antibiotikov pri živalih za prehrano (4–8). Zato je razvoj krmnih dodatkov in izboljševalcev, ki izpolnjujejo vsaj nekatere od teh zahtev (izboljšano zdravje, dobrobit in produktivnost živali), zelo zanimiv tako z vidika akademskih raziskav kot komercialnega razvoja (5, 9). Na trg živalske hrane je vstopila vrsta komercialnih krmnih dodatkov, vključno s probiotiki, prebiotiki, eteričnimi olji in sorodnimi spojinami iz različnih rastlinskih virov ter kemikalijami, kot so aldehidi (10–14). Drugi komercialni krmni dodatki, ki se pogosto uporabljajo pri perutnini, vključujejo bakteriofage, cinkov oksid, eksogene encime, produkte kompetitivne izključitve in kisle spojine (15, 16).
Med obstoječimi kemičnimi krmnimi dodatki so bili aldehidi in organske kisline v preteklosti najbolj preučene in uporabljene spojine (12, 17–21). Organske kisline, zlasti kratkoverižne maščobne kisline (SCFA), so dobro znani antagonisti patogenih bakterij. Te organske kisline se uporabljajo kot krmni dodatki ne le za omejevanje prisotnosti patogenov v krmni matriki, temveč tudi za aktivno delovanje na delovanje prebavil (17, 20–24). Poleg tega SCFA nastajajo s fermentacijo črevesne flore v prebavnem traktu in naj bi imele mehanistično vlogo pri sposobnosti nekaterih probiotikov in prebiotikov, da delujejo proti patogenom, zaužitim v prebavilih (21, 23, 25).
Skozi leta so različne kratkoverižne maščobne kisline (SCFA) pritegnile veliko pozornosti kot krmni dodatki. Zlasti propionat, butirat in format so bili predmet številnih študij in komercialnih uporab (17, 20, 21, 23, 24, 26). Medtem ko so se zgodnje študije osredotočale na nadzor patogenov, ki se prenašajo s hrano, v živalski in perutninski krmi, so novejše študije svojo pozornost preusmerile na splošno izboljšanje živalske učinkovitosti in zdravja prebavil (20, 21, 24). Acetat, propionat in butirat so pritegnili veliko pozornosti kot organski kisli krmni dodatki, med katerimi je mravljinčna kislina prav tako obetaven kandidat (21, 23). Veliko pozornosti je bilo namenjene vidikom varnosti živil mravljinčne kisline, zlasti zmanjšanju pojavnosti patogenov, ki se prenašajo s hrano, v živinski krmi. Vendar pa se preučujejo tudi druge možne uporabe. Splošni cilj tega pregleda je preučiti zgodovino in trenutni status mravljinčne kisline kot izboljševalca živinske krme (slika 1). V tej študiji bomo preučili antibakterijski mehanizem mravljinčne kisline. Poleg tega si bomo podrobneje ogledali njegove učinke na živino in perutnino ter razpravljali o možnih metodah za izboljšanje njegove učinkovitosti.
Slika 1. Miselni zemljevid tem, obravnavanih v tem pregledu. Osredotočili smo se predvsem na naslednje splošne cilje: opisati zgodovino in trenutni status mravljinčne kisline kot izboljševalca krme za živino, protimikrobne mehanizme mravljinčne kisline in vpliv njene uporabe na zdravje živali in perutnine ter možne metode za izboljšanje učinkovitosti.
Proizvodnja krme za živino in perutnino je kompleksen postopek, ki vključuje več korakov, vključno s fizično obdelavo žita (npr. mletjem za zmanjšanje velikosti delcev), toplotno obdelavo za peletiranje in dodajanjem več hranil v prehrano, odvisno od specifičnih prehranskih potreb živali (27). Glede na to kompleksnost ni presenetljivo, da predelava krme izpostavlja žito različnim okoljskim dejavnikom, preden doseže mlin za krmo, med mletjem in nato med transportom ter krmljenjem v krmnih mešanicah (9, 21, 28). Tako je bila skozi leta v krmi identificirana zelo raznolika skupina mikroorganizmov, vključno z bakterijami, temveč tudi bakteriofage, glive in kvasovke (9, 21, 28–31). Nekateri od teh onesnaževalcev, kot so nekatere glive, lahko proizvajajo mikotoksine, ki predstavljajo tveganje za zdravje živali (32–35).
Bakterijske populacije so lahko relativno raznolike in so do neke mere odvisne od posameznih metod, uporabljenih za izolacijo in identifikacijo mikroorganizmov, ter od vira vzorca. Na primer, profil mikrobne sestave se lahko razlikuje pred toplotno obdelavo, povezano s peletiranjem (36). Čeprav so klasične metode gojenja in nanašanja na plošče zagotovile nekaj informacij, je nedavna uporaba metode sekvenciranja naslednje generacije (NGS) na osnovi gena 16S rRNA zagotovila celovitejšo oceno skupnosti krmnega mikrobioma (9). Ko so Solanki in sod. (37) preučevali bakterijski mikrobiom pšeničnih zrn, ki so bila določen čas shranjena v prisotnosti fosfina, fumiganta za zatiranje žuželk, so ugotovili, da je bil mikrobiom po žetvi in ​​po 3 mesecih skladiščenja bolj raznolik. Poleg tega so Solanki in sod. (37) (37) so pokazali, da so Proteobacteria, Firmicutes, Actinobacteria, Bacteroidetes in Planctomyces prevladujoča debla v pšeničnih zrnih, Bacillus, Erwinia in Pseudomonas so bili prevladujoči rodovi, Enterobacteriaceae pa so predstavljale manjši delež. Na podlagi taksonomskih primerjav so ugotovili, da je fumigacija s fosfinom bistveno spremenila bakterijske populacije, vendar ni vplivala na glivično raznolikost.
Solanki in sod. (37) so na podlagi odkritja Enterobacteriaceae v mikrobiomu pokazali, da lahko viri krme vsebujejo tudi patogene, ki se prenašajo s hrano in lahko povzročijo težave z javnim zdravjem. Patogeni, ki se prenašajo s hrano, kot so Clostridium perfringens, Clostridium botulinum, Salmonella, Campylobacter, Escherichia coli O157:H7 in Listeria monocytogenes, so bili povezani z živalsko krmo in silažem (9, 31, 38). Obstojnost drugih patogenov, ki se prenašajo s hrano, v živalski in perutninski krmi trenutno ni znana. Ge in sod. (39) so pregledali več kot 200 sestavin živalske krme in izolirali Salmonelo, E. coli in enterokoke, vendar niso odkrili E. coli O157:H7 ali Campylobacter. Vendar pa lahko matrice, kot je suha krma, služijo kot vir patogene E. coli. Pri sledenju vira izbruha seroskupin O121 in O26 Escherichia coli (STEC), ki proizvaja Shiga toksin, leta 2016, povezanih s človeškimi boleznimi, so Crowe in sod. (40) so uporabili sekvenciranje celotnega genoma za primerjavo kliničnih izolatov z izolati, pridobljenimi iz živilskih izdelkov. Na podlagi te primerjave so sklenili, da je verjeten vir surova pšenična moka z nizko vsebnostjo vlage iz mlinov za moko. Nizka vsebnost vlage v pšenični moki kaže na to, da lahko STEC preživi tudi v živalski krmi z nizko vsebnostjo vlage. Vendar pa, kot ugotavljajo Crowe in sod. (40), je izolacija STEC iz vzorcev moke težka in zahteva imunomagnetne ločevalne metode za pridobitev zadostnega števila bakterijskih celic. Podobni diagnostični postopki lahko otežijo tudi odkrivanje in izolacijo redkih patogenov, ki se prenašajo s hrano, v živalski krmi. Težave pri odkrivanju so lahko posledica tudi dolge obstojnosti teh patogenov v matricah z nizko vsebnostjo vlage. Forghani in sod. (41) je pokazala, da je bila pšenična moka, shranjena pri sobni temperaturi in inokulirana z mešanico enterohemoragične Escherichia coli (EHEC) seroskupin O45, O121 in O145 ter Salmonella (S. Typhimurium, S. Agona, S. Enteritidis in S. Anatum), količinsko merljiva pri 84 in 112 dneh ter še vedno zaznavna pri 24 in 52 tednih.
Zgodovinsko gledano kampilobakterja nikoli niso izolirali iz živalske in perutninske krme s tradicionalnimi metodami gojenja (38, 39), čeprav je kampilobakterja mogoče zlahka izolirati iz prebavil perutnine in perutninskih proizvodov (42, 43). Vendar pa ima krma še vedno svoje prednosti kot potencialni vir. Alves in sodelavci (44) so ​​na primer dokazali, da je inokulacija krme za pitane piščance s C. jejuni in nadaljnje shranjevanje krme pri dveh različnih temperaturah 3 ali 5 dni povzročilo okrevanje živih C. jejuni in v nekaterih primerih celo njihovo proliferacijo. Sklenili so, da lahko C. jejuni zagotovo preživi v krmi za perutnino in je zato lahko potencialni vir okužbe za piščance.
Kontaminacija živalske in perutninske krme s salmonelo je bila v preteklosti deležna velike pozornosti in ostaja v središču nenehnih prizadevanj za razvoj metod odkrivanja, ki so posebej uporabne za krmo, in za iskanje učinkovitejših nadzornih ukrepov (12, 26, 30, 45–53). Skozi leta so številne študije preučevale izolacijo in karakterizacijo salmonele v različnih obratih za proizvodnjo krme in mlinih za krmo (38, 39, 54–61). Na splošno te študije kažejo, da je salmonelo mogoče izolirati iz različnih sestavin krme, virov krme, vrst krme in postopkov proizvodnje krme. Stopnje razširjenosti in prevladujoči izolirani serotipi salmonele so se prav tako razlikovali. Li in sod. (57) so na primer potrdili prisotnost Salmonella spp. Odkrili so jo v 12,5 % od 2058 vzorcev, zbranih iz popolne živalske krme, sestavin krme, hrane za hišne ljubljenčke, priboljškov za hišne ljubljenčke in prehranskih dopolnil za hišne ljubljenčke v obdobju zbiranja podatkov od 2002 do 2009. Poleg tega sta bila najpogostejša serotipa, odkrita v 12,5 % vzorcev salmonele, ki so bili pozitivni, S. Senftenberg in S. Montevideo (57). V študiji živil, pripravljenih za uživanje, in stranskih proizvodov živalske krme v Teksasu so Hsieh in sodelavci (58) poročali, da je bila najvišja razširjenost salmonele v ribji moki, sledile so živalske beljakovine, pri čemer sta bila S. Mbanka in S. Montevideo najpogostejša serotipa. Tudi v mlinih za krmo obstaja več potencialnih točk kontaminacije krme med mešanjem in dodajanjem sestavin (9, 56, 61). Magossi in sodelavci (61) so lahko dokazali, da se med proizvodnjo krme v Združenih državah lahko pojavi več točk kontaminacije. Pravzaprav so Magossi in sodelavci (61) našli vsaj eno pozitivno kulturo salmonele v 11 mlinih za krmo (skupaj 12 mest vzorčenja) v osmih zveznih državah Združenih držav. Glede na možnost kontaminacije s salmonelo med ravnanjem s krmo, prevozom in vsakodnevnim hranjenjem ni presenetljivo, da se vlaga veliko truda v razvoj krmnih dodatkov, ki lahko zmanjšajo in ohranijo nizko raven mikrobne kontaminacije v celotnem ciklu živalske proizvodnje.
O mehanizmu specifičnega odziva bakterije Salmonella na mravljinčno kislino je znanega malo. Vendar pa so Huang in sodelavci (62) nakazali, da je mravljinčna kislina prisotna v tankem črevesu sesalcev in da so Salmonella spp. sposobne proizvajati mravljinčno kislino. Huang in sodelavci (62) so uporabili vrsto delecijskih mutantov ključnih poti za odkrivanje izražanja genov virulence bakterije Salmonella in ugotovili, da lahko format deluje kot difuzibilni signal, ki povzroči, da salmonela vdre v epitelijske celice Hep-2. Nedavno so Liu in sodelavci (63) iz bakterije Salmonella typhimurium izolirali transporter formata, FocA, ki deluje kot specifični kanal za format pri pH 7,0, lahko pa deluje tudi kot pasivni izvozni kanal pri visokem zunanjem pH ali kot sekundarni aktivni kanal za uvoz formata/vodikovih ionov pri nizkem pH. Vendar je bila ta študija izvedena le na enem serotipu bakterije S. Typhimurium. Vprašanje ostaja, ali se vsi serotipi odzivajo na mravljinčno kislino s podobnimi mehanizmi. To ostaja ključno raziskovalno vprašanje, ki ga je treba obravnavati v prihodnjih študijah. Ne glede na rezultate je pri presejalnih poskusih pri razvoju splošnih priporočil za uporabo kislih dodatkov za zmanjšanje ravni salmonele v krmi preudarno uporabiti več serotipov salmonele ali celo več sevov vsakega serotipa. Novejši pristopi, kot je uporaba genetskega črtnega kodiranja za kodiranje sevov za razlikovanje med različnimi podskupinami istega serotipa (9, 64), ponujajo možnost zaznavanja drobnejših razlik, ki lahko vplivajo na zaključke in interpretacijo razlik.
Pomembni sta lahko tudi kemijska narava in oblika disociacije formata. V seriji študij so Beyer in sod. (65–67) pokazali, da je bila inhibicija Enterococcus faecium, Campylobacter jejuni in Campylobacter coli povezana s količino disociirane mravljinčne kisline in neodvisna od pH ali nedisociirane mravljinčne kisline. Zdi se, da je pomembna tudi kemijska oblika formata, ki ji so bakterije izpostavljene. Kovanda in sod. (68) so pregledali več gramnegativnih in grampozitivnih organizmov ter primerjali minimalne inhibitorne koncentracije (MIC) natrijevega formata (500–25.000 mg/L) in mešanice natrijevega formata in prostega formata (40/60 m/v; 10–10.000 mg/L). Na podlagi vrednosti MIC so ugotovili, da je natrijev format zaviral le Campylobacter jejuni, Clostridium perfringens, Streptococcus suis in Streptococcus pneumoniae, ne pa tudi Escherichia coli, Salmonella typhimurium ali Enterococcus faecalis. Nasprotno pa je bila mešanica natrijevega formata in prostega natrijevega formata zaviralna za vse organizme, kar je avtorje pripeljalo do zaključka, da ima prosta mravljinčna kislina večino protimikrobnih lastnosti. Zanimivo bi bilo preučiti različna razmerja teh dveh kemičnih oblik, da bi ugotovili, ali je razpon vrednosti MIC povezan z ravnijo mravljinčne kisline v mešani formuli in odzivom na 100 % mravljinčno kislino.
Gomez-Garcia in sodelavci (69) so testirali kombinacije eteričnih olj in organskih kislin (kot je mravljinčna kislina) proti več izolatom Escherichia coli, Salmonella in Clostridium perfringens, pridobljenim iz prašičev. Testirali so učinkovitost šestih organskih kislin, vključno z mravljinčno kislino, in šestih eteričnih olj proti izolatom prašičev, pri čemer so kot pozitivno kontrolo uporabili formaldehid. Gomez-García in sodelavci (69) so določili MIC50, MBC50 in MIC50/MBC50 mravljinčne kisline proti Escherichia coli (600 in 2400 ppm, 4), Salmonella (600 in 2400 ppm, 4) in Clostridium perfringens (1200 in 2400 ppm, 2), med katerimi se je izkazalo, da je mravljinčna kislina učinkovitejša od vseh organskih kislin proti E. coli in Salmonella. (69) Mravljinčna kislina je učinkovita proti Escherichia coli in Salmonella zaradi svoje majhne molekulske velikosti in dolge verige (70).
Beyer in sodelavci so pregledali seve Campylobacter, izolirane iz prašičev (66), in seve Campylobacter jejuni, izolirane iz perutnine (67), ter pokazali, da mravljinčna kislina disociira pri koncentracijah, ki so skladne z odzivi MIC, izmerjenimi za druge organske kisline. Vendar pa so bile relativne moči teh kislin, vključno z mravljinčno kislino, vprašljive, ker lahko Campylobacter te kisline uporablja kot substrate (66, 67). Izkoriščanje kisline pri C. jejuni ni presenetljivo, saj je bilo dokazano, da ima neglikolitično presnovo. Tako ima C. jejuni omejeno sposobnost katabolizma ogljikovih hidratov in se za večino svoje energijske presnove in biosintetske aktivnosti zanaša na glukoneogenezo iz aminokislin in organskih kislin (71, 72). Zgodnja študija Linea in sodelavcev (73) je uporabila fenotipsko matriko, ki je vsebovala 190 virov ogljika, in pokazala, da lahko C. jejuni 11168(GS) uporablja organske kisline kot vire ogljika, od katerih je večina intermediatov cikla trikarboksilnih kislin. Nadaljnje študije Waglija in sodelavcev... (74) je z uporabo fenotipskega niza za izkoriščanje ogljika pokazala, da so sevi C. jejuni in E. coli, ki so jih preučevali v njuni študiji, sposobni rasti na organskih kislinah kot viru ogljika. Format je glavni donor elektronov za dihalni energijski metabolizem C. jejuni in zato glavni vir energije za C. jejuni (71, 75). C. jejuni lahko uporablja format kot donor vodika prek membransko vezanega kompleksa format dehidrogenaze, ki oksidira format v ogljikov dioksid, protone in elektrone ter služi kot donor elektronov za dihanje (72).
Mravljinčna kislina se že dolgo uporablja kot protimikrobno sredstvo za izboljšanje krme, vendar lahko nekatere žuželke proizvajajo tudi mravljinčno kislino za uporabo kot protimikrobna obrambna kemikalija. Rossini in sodelavci (76) so predlagali, da je mravljinčna kislina lahko sestavina kislega soka mravelj, ki ga je pred skoraj 350 leti opisal Ray (77). Od takrat se je naše razumevanje proizvodnje mravljinčne kisline pri mravljah in drugih žuželkah znatno povečalo in zdaj je znano, da je ta proces del kompleksnega obrambnega sistema pred toksini pri žuželkah (78). Različne skupine žuželk, vključno z brezželnimi čebelami, koničastimi mravljami (Hymenoptera: Apidae), deževniki (Galerita lecontei in G. janus), brezželnimi mravljami (Formicinae) in nekaterimi ličinkami moljev (Lepidoptera: Myrmecophaga), proizvajajo mravljinčno kislino kot obrambno kemikalijo (76, 78–82).
Mravlje so morda najbolje opisane zaradi svojih acidocitov, specializiranih odprtin, ki jim omogočajo, da razpršijo strup, sestavljen predvsem iz mravljinčne kisline (82). Mravlje uporabljajo serin kot predhodnik in shranjujejo velike količine formata v svojih strupenih žlezah, ki so dovolj izolirane, da zaščitijo gostiteljske mravlje pred citotoksičnostjo formata, dokler ga ne razpršijo (78, 83). Mravljinčna kislina, ki jo izločajo, lahko (1) služi kot alarmni feromon, ki privablja druge mravlje; (2) je obrambna kemikalija pred tekmeci in plenilci; in (3) deluje kot protiglivično in antibakterijsko sredstvo, če je kombinirana s smolo kot del materiala za gnezdo (78, 82, 84–88). Mravljinčna kislina, ki jo proizvajajo mravlje, ima protimikrobne lastnosti, kar kaže na to, da bi jo lahko uporabili kot lokalni dodatek. To so dokazali Bruch in sod. (88), ki so smoli dodali sintetično mravljinčno kislino in znatno izboljšali protiglivično delovanje. Nadaljnji dokaz učinkovitosti mravljinčne kisline in njene biološke uporabnosti je, da orjaški mravljejedi, ki ne morejo proizvajati želodčne kisline, uživajo mravlje, ki vsebujejo mravljinčno kislino, da si zagotovijo koncentrirano mravljinčno kislino kot alternativno prebavno kislino (89).
Praktična uporaba mravljinčne kisline v kmetijstvu se preučuje in obravnava že vrsto let. Mravljinčna kislina se lahko uporablja kot dodatek živalski krmi in silaži. Natrijev format v trdni in tekoči obliki velja za varnega za vse živalske vrste, potrošnike in okolje (90). Na podlagi njihove ocene (90) je bila najvišja koncentracija 10.000 mg ekvivalentov mravljinčne kisline/kg krme ocenjena kot varna za vse živalske vrste, medtem ko je bila najvišja koncentracija 12.000 mg ekvivalentov mravljinčne kisline/kg krme ocenjena kot varna za prašiče. Uporaba mravljinčne kisline kot izboljševalca živalske krme se preučuje že vrsto let. Šteje se, da ima komercialno vrednost kot konzervans silaže in protimikrobno sredstvo v živalski in perutninski krmi.
Kemični dodatki, kot so kisline, so bili vedno sestavni element pri proizvodnji silaže in upravljanju krme (91, 92). Borreani in sodelavci (91) so ugotovili, da je za doseganje optimalne proizvodnje visokokakovostne silaže treba ohraniti kakovost krme, hkrati pa ohraniti čim več suhe snovi. Rezultat takšne optimizacije je zmanjšanje izgub v vseh fazah siliranja: od začetnih aerobnih pogojev v silosu do poznejše fermentacije, skladiščenja in ponovnega odprtja silosa za krmljenje. Specifične metode za optimizacijo proizvodnje poljske silaže in poznejše fermentacije silaže so bile podrobno obravnavane drugje (91, 93–95) in jih tukaj ne bomo podrobno obravnavali. Glavna težava je oksidativno kvarjenje, ki ga povzročajo kvasovke in plesni, ko je v silaži prisoten kisik (91, 92). Zato so bili uvedeni biološki inokulanti in kemični dodatki za preprečevanje škodljivih učinkov kvarjenja (91, 92). Drugi dejavniki, ki jih je treba upoštevati pri uporabi dodatkov za silažo, vključujejo omejevanje širjenja patogenov, ki so lahko prisotni v silaži (npr. patogena E. coli, Listeria in Salmonella), ter gliv, ki proizvajajo mikotoksine (96–98).
Mack in sodelavci (92) so kisle dodatke razdelili v dve kategoriji. Kisline, kot so propionska, ocetna, sorbinska in benzojska kislina, ohranjajo aerobno stabilnost silaže pri krmljenju prežvekovalcev, saj omejujejo rast kvasovk in plesni (92). Mack in sodelavci (92) so ločili mravljinčno kislino od drugih kislin in jo imeli za neposredno sredstvo za zakisanje, ki zavira klostridije in mikroorganizme, ki povzročajo kvarjenje, hkrati pa ohranja celovitost beljakovin v silaži. V praksi so njihove soli najpogostejše kemične oblike, s katerimi se izognemo korozivnim lastnostim kislin v nesolni obliki (91). Številne raziskovalne skupine so preučevale tudi mravljinčno kislino kot kisli dodatek za silažo. Mravljinčna kislina je znana po svojem hitrem potencialu zakisanja in zaviralnem učinku na rast škodljivih mikroorganizmov v silaži, ki zmanjšujejo vsebnost beljakovin in v vodi topnih ogljikovih hidratov v silaži (99). Zato so He in sodelavci (92) primerjali mravljinčno kislino s kislimi dodatki v silaži. (100) so pokazali, da lahko mravljinčna kislina zavira Escherichia coli in znižuje pH silaže. Bakterijske kulture, ki proizvajajo mravljinčno in mlečno kislino, so bile dodane tudi silaži za spodbujanje zakisanja in proizvodnje organskih kislin (101). Cooley in sodelavci (101) so dejansko ugotovili, da je pri zakisanju silaže s 3 % (m/v) mravljinčne kisline proizvodnja mlečne in mravljinčne kisline presegla 800 oziroma 1000 mg organske kisline/100 g vzorca. Mack in sodelavci (92) so podrobno pregledali raziskovalno literaturo o dodatkih za silažu, vključno s študijami, objavljenimi od leta 2000, ki so se osredotočale na in/ali vključevale mravljinčno kislino in druge kisline. Zato ta pregled ne bo podrobno obravnaval posameznih študij, temveč bo preprosto povzel nekatere ključne točke glede učinkovitosti mravljinčne kisline kot kemičnega dodatka za silažu. Preučevali so tako nepuferirano kot puferirano mravljinčno kislino in v večini primerov Clostridium spp. Njene relativne aktivnosti (privzem ogljikovih hidratov, beljakovin in laktata ter izločanje butirata) se ponavadi zmanjšujejo, medtem ko se proizvodnja amoniaka in butirata zmanjšuje, zadrževanje suhe snovi pa se povečuje (92). Učinkovitost mravljinčne kisline ima svoje omejitve, vendar se zdi, da njena uporaba kot dodatka za silažo v kombinaciji z drugimi kislinami premaga nekatere od teh težav (92).
Mravljinčna kislina lahko zavira patogene bakterije, ki predstavljajo tveganje za zdravje ljudi. Pauly in Tam (102) sta na primer majhne laboratorijske silose inokulirala z L. monocytogenes, ki je vseboval tri različne ravni suhe snovi (200, 430 in 540 g/kg) ljuljke, nato pa sta ji dodala mravljinčno kislino (3 ml/kg) ali mlečnokislinske bakterije (8 × 105/g) in celulolitične encime. Poročala sta, da sta obe obdelavi zmanjšali L. monocytogenes na nezaznavne ravni v silaži z nizko vsebnostjo suhe snovi (200 g/kg). Vendar pa je bila L. monocytogenes v silaži s srednjo vsebnostjo suhe snovi (430 g/kg) po 30 dneh še vedno zaznavna v silaži, obdelani z mravljinčno kislino. Zdi se, da je zmanjšanje L. monocytogenes povezano z nižjim pH, mlečno kislino in kombiniranimi nedisociiranimi kislinami. Na primer, Pauly in Tam (102) sta ugotovila, da sta ravni mlečne kisline in kombiniranih nedisociiranih kislin še posebej pomembni, kar je lahko razlog, zakaj v gojiščih, obdelanih z mravljinčno kislino, iz silaž z višjo vsebnostjo suhe snovi niso opazili zmanjšanja L. monocytogenes. Podobne študije bi bilo treba v prihodnosti izvesti tudi za druge pogoste patogene silaže, kot sta Salmonella in patogena E. coli. Celovitejša analiza zaporedja 16S rDNA celotne mikrobne skupnosti silaže lahko pomaga tudi pri prepoznavanju sprememb v celotni mikrobni populaciji silaže, ki se pojavijo v različnih fazah fermentacije silaže v prisotnosti mravljinčne kisline (103). Pridobivanje podatkov o mikrobiomu lahko zagotovi analitično podporo za boljše napovedovanje napredka fermentacije silaže in za razvoj optimalnih kombinacij dodatkov za ohranjanje visoke kakovosti silaže.
V živalski krmi na osnovi žita se mravljinčna kislina uporablja kot protimikrobno sredstvo za omejevanje ravni patogenov v različnih krmnih matricah, pridobljenih iz žita, pa tudi v nekaterih sestavinah krme, kot so živalski stranski proizvodi. Učinke na populacije patogenov pri perutnini in drugih živalih lahko na splošno razdelimo v dve kategoriji: neposredni učinki na populacijo patogenov v sami krmi in posredni učinki na patogene, ki kolonizirajo prebavila živali po zaužitju obdelane krme (20, 21, 104). Jasno je, da sta ti dve kategoriji medsebojno povezani, saj bi moralo zmanjšanje patogenov v krmi povzročiti zmanjšanje kolonizacije, ko žival zaužije krmo. Vendar pa lahko na protimikrobne lastnosti določene kisline, dodane krmni matriki, vpliva več dejavnikov, kot sta sestava krme in oblika, v kateri je kislina dodana (21, 105).
Zgodovinsko gledano se je uporaba mravljinčne kisline in drugih sorodnih kislin osredotočala predvsem na neposredno zatiranje salmonele v živalski in perutninski krmi (21). Rezultati teh študij so bili podrobno povzeti v več pregledih, objavljenih v različnih časih (18, 21, 26, 47, 104–106), zato so v tem pregledu obravnavane le nekatere ključne ugotovitve teh študij. Več študij je pokazalo, da je protimikrobna aktivnost mravljinčne kisline v krmnih matricah odvisna od odmerka in časa izpostavljenosti mravljinčni kislini, vsebnosti vlage v krmni matriki ter koncentracije bakterij v krmi in prebavilih živali (19, 21, 107–109). Vrsta krmne matrice in vir sestavin živalske krme sta prav tako vplivna dejavnika. Tako je več študij pokazalo, da se lahko ravni bakterijskih toksinov, izoliranih iz živalskih stranskih proizvodov, razlikujejo od tistih, izoliranih iz rastlinskih stranskih proizvodov (39, 45, 58, 59, 110–112). Vendar pa so lahko razlike v odzivu na kisline, kot je mravljinčna kislina, povezane z razlikami v preživetju serovarjev v krmi in temperaturo, pri kateri se krma predeluje (19, 113, 114). Razlike v odzivu serovarjev na obdelavo s kislino so lahko tudi dejavnik kontaminacije perutnine s kontaminirano krmo (113, 115), pomembno vlogo pa lahko igrajo tudi razlike v izražanju genov virulence (116). Razlike v toleranci na kisline lahko posledično vplivajo na odkrivanje salmonele v gojiščih, če kisline, ki se prenašajo s krmo, niso ustrezno pufrirane (21, 105, 117–122). Fizična oblika krme (glede na velikost delcev) lahko prav tako vpliva na relativno razpoložljivost mravljinčne kisline v prebavilih (123).
Ključnega pomena so tudi strategije za optimizacijo protimikrobnega delovanja mravljinčne kisline, dodane krmi. Za močno kontaminirane sestavine krme pred mešanjem krme so bile predlagane višje koncentracije kisline, da bi zmanjšali morebitno škodo na opremi krmnih mlinov in težave z okusnostjo živalske krme (105). Jones (51) je zaključil, da je salmonelo, prisotno v krmi pred kemičnim čiščenjem, težje nadzorovati kot salmonelo, ki je v stiku s krmo po kemični obdelavi. Kot intervencija za omejitev kontaminacije krme s salmonelo je bila predlagana termična obdelava krme med predelavo v krmnem mlinu, vendar je to odvisno od sestave krme, velikosti delcev in drugih dejavnikov, povezanih s postopkom mletja (51). Protimikrobno delovanje kislin je odvisno tudi od temperature, povišane temperature v prisotnosti organskih kislin pa imajo lahko sinergistični zaviralni učinek na salmonelo, kot je bilo opaženo v tekočih kulturah salmonele (124, 125). Več študij krme, kontaminirane s salmonelo, podpira idejo, da povišane temperature povečajo učinkovitost kislin v matriksu krme (106, 113, 126). Amado et al. (127) so uporabili centralno sestavljeno zasnovo za preučevanje interakcije temperature in kisline (mravljinčne ali mlečne kisline) pri 10 sevih Salmonella enterica in Escherichia coli, izoliranih iz različnih krmil za govedo in inokuliranih v nakisane pelete za govedo. Sklenili so, da je toplota prevladujoči dejavnik, ki vpliva na zmanjšanje mikrobov, skupaj s kislino in vrsto bakterijskega izolata. Sinergijski učinek s kislino še vedno prevladuje, zato se lahko uporabijo nižje temperature in koncentracije kisline. Vendar so tudi ugotovili, da sinergistični učinki niso bili vedno opaženi pri uporabi mravljinčne kisline, kar jih je navedlo k sumu, da sta dejavnik izhlapevanje mravljinčne kisline pri višjih temperaturah ali puferski učinki komponent matrice krme.
Omejitev roka uporabnosti krme pred hranjenjem živali je eden od načinov za nadzor vnosa patogenov, ki se prenašajo s hrano, v telo živali med hranjenjem. Ko pa kislina v krmi enkrat vstopi v prebavila, lahko še naprej izvaja svojo protimikrobno aktivnost. Protimikrobna aktivnost eksogeno danih kislih snovi v prebavilih je lahko odvisna od različnih dejavnikov, vključno s koncentracijo želodčne kisline, aktivnim mestom prebavil, pH in vsebnostjo kisika v prebavilih, starostjo živali in relativno sestavo populacije mikrobov v prebavilih (ki je odvisna od lokacije prebavil in zrelosti živali) (21, 24, 128–132). Poleg tega stalna populacija anaerobnih mikroorganizmov v prebavilih (ki postane prevladujoča v spodnjem prebavnem traktu monogastričnih živali, ko dozorijo) aktivno proizvaja organske kisline s fermentacijo, kar ima lahko tudi antagonistični učinek na prehodne patogene, ki vstopajo v prebavila (17, 19–21).
Velik del zgodnjih raziskav se je osredotočal na uporabo organskih kislin, vključno s formatom, za omejevanje salmonele v prebavilih perutnine, kar je bilo podrobno obravnavano v več pregledih (12, 20, 21). Če te študije obravnavamo skupaj, lahko podamo več ključnih opažanj. McHan in Shotts (133) sta poročala, da je krmljenje z mravljinčno in propionsko kislino zmanjšalo raven Salmonella Typhimurium v ​​cekumu piščancev, cepljenih z bakterijami, in jih kvantificiralo pri 7, 14 in 21 dneh starosti. Ko pa so Hume in sodelavci (128) spremljali propionat, označen s C-14, so ugotovili, da lahko zelo malo propionata v prehrani doseže cekum. Še vedno ni jasno, ali to velja tudi za mravljinčno kislino. Vendar pa so pred kratkim Bourassa in sodelavci ... (134) je poročal, da je hranjenje mravljinčne in propionske kisline zmanjšalo raven Salmonella Typhimurium v ​​cekumu piščancev, cepljenih z bakterijami, ki so bile kvantificirane pri 7, 14 in 21 dneh starosti. (132) je ugotovil, da je hranjenje brojlerjev s 4 g/t mravljinčne kisline v 6-tedenskem obdobju rasti zmanjšalo koncentracijo S. Typhimurium v ​​cekumu pod mejo zaznavnosti.
Prisotnost mravljinčne kisline v prehrani lahko vpliva na druge dele prebavil perutnine. Al-Tarazi in Alshavabkeh (134) sta dokazala, da lahko mešanica mravljinčne in propionske kisline zmanjša kontaminacijo s Salmonello pullorum (S. PRlorum) v volovcu in cekumu. Thompson in Hinton (129) sta opazila, da je komercialno dostopna mešanica mravljinčne in propionske kisline povečala koncentracijo obeh kislin v volovcu in želodcu ter bila baktericidna proti Salmonelli Enteritidis PT4 v modelu in vitro v reprezentativnih pogojih reje. To domnevo podpirajo podatki in vivo Birda in sodelavcev (135), ki so dodali mravljinčno kislino v pitno vodo piščancev brojlerjev med simuliranim obdobjem posta pred odpremo, podobno kot ga prestajajo piščanci brojlerji na postu pred prevozom v obrat za predelavo perutnine. Dodatek mravljinčne kisline v pitno vodo je zmanjšal število bakterij S. Typhimurium v ​​gojišču in epididimisu ter zmanjšal pogostost gojišča, pozitivnega na S. Typhimurium, ne pa tudi števila pozitivnih epididimisov (135). Razvoj sistemov za dajanje, ki lahko zaščitijo organske kisline, medtem ko so aktivne v spodnjem delu prebavil, lahko pomaga izboljšati učinkovitost. Na primer, dokazano je, da mikrokapsulacija mravljinčne kisline in njeno dodajanje krmi zmanjšata število bakterij Salmonella Enteritidis v vsebini cekuma (136). Vendar se to lahko razlikuje glede na živalsko vrsto. Na primer, Walia in sod. (137) niso opazili zmanjšanja količine salmonele v cekumu ali bezgavkah 28 dni starih prašičev, ki so jih hranili z mešanico kapsul mravljinčne kisline, citronske kisline in eteričnega olja, in čeprav se je izločanje salmonele z blatom zmanjšalo 14. dan, se 28. dan ni zmanjšalo. Pokazali so, da je bil preprečen horizontalni prenos salmonele med prašiči.
Čeprav so se študije mravljinčne kisline kot protimikrobnega sredstva v živinoreji osredotočale predvsem na salmonelo, ki se prenaša s hrano, obstajajo tudi nekatere študije, ki so usmerjene tudi na druge gastrointestinalne patogene. Študije in vitro, ki so jih izvedli Kovanda in sodelavci (68), kažejo, da je mravljinčna kislina lahko učinkovita tudi proti drugim gastrointestinalnim patogenom, ki se prenašajo s hrano, vključno z Escherichia coli in Campylobacter jejuni. Prejšnje študije so pokazale, da lahko organske kisline (npr. mlečna kislina) in komercialne mešanice, ki vsebujejo mravljinčno kislino kot sestavino, zmanjšajo raven kampilobakterja pri perutnini (135, 138). Vendar pa je, kot so že prej ugotovili Beyer in sodelavci (67), pri uporabi mravljinčne kisline kot protimikrobnega sredstva proti kampilobakterju potrebna previdnost. Ta ugotovitev je še posebej problematična pri prehranskih dopolnilih pri perutnini, ker je mravljinčna kislina primarni vir energije za dihanje za C. jejuni. Poleg tega naj bi bil del njene gastrointestinalne niše posledica presnovnega navzkrižnega hranjenja z mešanimi produkti kislinske fermentacije, ki jih proizvajajo gastrointestinalne bakterije, kot je format (139). To stališče ima nekaj podlage. Ker je format kemoatraktant za C. jejuni, imajo dvojni mutanti z okvarami tako format dehidrogenaze kot hidrogenaze zmanjšano stopnjo kolonizacije cekuma pri piščancih brojlerjih v primerjavi z divjimi sevi C. jejuni (140, 141). Še vedno ni jasno, v kolikšni meri zunanje dodajanje mravljinčne kisline vpliva na kolonizacijo prebavil s C. jejuni pri piščancih. Dejanske koncentracije formata v prebavilih so lahko nižje zaradi katabolizma formata z drugimi prebavnimi bakterijami ali absorpcije formata v zgornjem delu prebavil, zato lahko na to vpliva več spremenljivk. Poleg tega je format potencialni produkt fermentacije, ki ga proizvajajo nekatere prebavne bakterije, kar lahko vpliva na skupne ravni formata v prebavilih. Kvantifikacija formata v vsebini prebavil in identifikacija genov format dehidrogenaze z uporabo metagenomike lahko osvetli nekatere vidike ekologije mikroorganizmov, ki proizvajajo format.
Roth in sodelavci (142) so primerjali učinke hranjenja brojlerskih piščancev z antibiotikom enrofloksacinom ali mešanico mravljinčne, ocetne in propionske kisline na prevalenco bakterije Escherichia coli, odporne na antibiotike. Skupni in na antibiotike odporni izolati E. coli so bili prešteti v združenih vzorcih blata 1 dan starih brojlerskih piščancev in v vzorcih vsebine cekala 14 in 38 dni starih brojlerskih piščancev. Izolate E. coli so testirali na odpornost na ampicilin, cefotaksim, ciprofloksacin, streptomicin, sulfametoksazol in tetraciklin v skladu s predhodno določenimi mejnimi vrednostmi za vsak antibiotik. Ko so bile posamezne populacije E. coli kvantificirane in karakterizirane, niti enrofloksacin niti dodajanje kislinskega koktajla nista spremenila skupnega števila bakterij E. coli, izoliranih iz ceka 17 in 28 dni starih brojlerskih piščancev. Ptice, ki so prejemale prehrano z dodatkom enrofloksacina, so imele povečano raven E. coli, odporne na ciprofloksacin, streptomicin, sulfametoksazol in tetraciklin, ter zmanjšano raven E. coli, odporne na cefotaksim, v cekumu. Ptice, ki so prejemale mešanico, so imele v cekumu zmanjšano število E. coli, odpornih na ampicilin in tetraciklin, v primerjavi s kontrolno skupino in pticami, ki so prejemale dodatek enrofloksacina. Ptice, ki so prejemale mešano kislino, so imele tudi zmanjšano število E. coli, odpornih na ciprofloksacin in sulfametoksazol, v cekumu v primerjavi s pticami, ki so prejemale enrofloksacin. Mehanizem, s katerim kisline zmanjšajo število E. coli, odpornih na antibiotike, ne da bi zmanjšale skupno število E. coli, še vedno ni jasen. Vendar pa so rezultati študije Rotha in sodelavcev skladni z rezultati skupine z enrofloksacinom. (142) To je lahko znak zmanjšane diseminacije genov za odpornost na antibiotike v E. coli, kot so plazmidno vezani inhibitorji, ki jih opisujejo Cabezon in sodelavci (143). Zanimivo bi bilo izvesti poglobljeno analizo plazmidno posredovane odpornosti na antibiotike v gastrointestinalni populaciji perutnine v prisotnosti krmnih dodatkov, kot je mravljinčna kislina, in to analizo dodatno izpopolniti z oceno gastrointestinalnega rezistoma.
Razvoj optimalnih protimikrobnih krmnih dodatkov proti patogenom bi moral imeti idealen minimalen vpliv na celotno črevesno floro, zlasti na tisto mikrobioto, ki velja za koristno za gostitelja. Vendar pa imajo lahko eksogeno dane organske kisline škodljive učinke na rezidenčno črevesno mikrobioto in do neke mere izničijo njihove zaščitne lastnosti proti patogenom. Thompson in Hinton (129) sta na primer opazila znižane ravni mlečne kisline v pridelku pri kokoših nesnicah, ki so se hranile z mešanico mravljinčne in propionske kisline, kar kaže na to, da je prisotnost teh eksogenih organskih kislin v pridelku povzročila zmanjšanje laktobacilov v pridelku. Laktobacili v pridelku veljajo za oviro za salmonelo, zato lahko motnje v tej rezidenčni mikrobioti v pridelku škodujejo uspešnemu zmanjšanju kolonizacije prebavil s salmonelo (144). Açıkgöz in sodelavci so ugotovili, da so učinki ptic na spodnji del prebavil lahko manjši. (145) Pri 42 dni starih piščancih brojlerjih, ki so pili vodo, nakisano z mravljinčno kislino, niso ugotovili razlik v skupni črevesni flori ali številu Escherichia coli. Avtorji so predlagali, da je to lahko posledica presnove formata v zgornjem delu prebavil, kot so opazili tudi drugi raziskovalci pri eksogeno apliciranih kratkoverižnih maščobnih kislinah (SCFA) (128, 129).
Zaščita mravljinčne kisline z neko obliko enkapsulacije ji lahko pomaga doseči spodnji del prebavil. (146) je ugotovil, da je mikrokapsulirana mravljinčna kislina znatno povečala skupno vsebnost kratkoverižnih maščobnih kislin (SCFA) v cekumu prašičev v primerjavi s prašiči, ki so se hranili z nezaščiteno mravljinčno kislino. Ta rezultat je avtorje spodbudil k domnevi, da lahko mravljinčna kislina učinkovito doseže spodnji del prebavil, če je ustrezno zaščitena. Vendar pa se več drugih parametrov, kot so koncentracije formata in laktata, čeprav višje kot pri prašičih, ki so se hranili s kontrolno dieto, niso statistično razlikovali od tistih pri prašičih, ki so se hranili z nezaščiteno dieto z formatom. Čeprav se je pri prašičih, ki so se hranili tako z nezaščiteno kot z zaščiteno mravljinčno kislino, mlečna kislina skoraj trikrat povečala, se število laktobacilov ni spremenilo pri nobenem od teh načinov zdravljenja. Razlike so lahko bolj izrazite pri drugih mikroorganizmih, ki proizvajajo mlečno kislino v cekumu (1), ki jih te metode ne zaznajo in/ali (2), katerih presnovna aktivnost je prizadeta, s čimer se spremeni vzorec fermentacije tako, da rezidenčni laktobacili proizvajajo več mlečne kisline.
Za natančnejše preučevanje učinkov krmnih dodatkov na prebavila rejnih živali so potrebne metode identifikacije mikrobov z višjo ločljivostjo. V zadnjih nekaj letih se je za identifikacijo taksonov mikrobioma in primerjavo raznolikosti mikrobnih združb uporabljalo sekvenciranje naslednje generacije (NGS) gena 16S RNA (147), kar je omogočilo boljše razumevanje interakcij med prehranskimi dodatki in prebavno mikrobioto živali, kot je perutnina.
Več študij je uporabilo sekvenciranje mikrobioma za oceno odziva gastrointestinalnega mikrobioma piščancev na dodajanje formata. Oakley in sod. (148) so izvedli študijo pri 42 dni starih brojlerjih, ki so jim v pitni vodi ali krmi dodajali različne kombinacije mravljinčne kisline, propionske kisline in srednjeverižnih maščobnih kislin. Imunizirani piščanci so bili izpostavljeni sevu Salmonella typhimurium, odpornemu na nalidiksično kislino, in jim je bilo cekum odstranjen pri starosti 0, 7, 21 in 42 dni. Vzorci cekuma so bili pripravljeni za 454 pirosekvenciranja, rezultati sekvenciranja pa so bili ovrednoteni za klasifikacijo in primerjavo podobnosti. Na splošno zdravljenje ni bistveno vplivalo na mikrobiom cekuma ali raven S. Typhimurium. Vendar pa so se splošne stopnje odkrivanja salmonele zmanjševale s staranjem ptic, kar je potrdila taksonomska analiza mikrobioma, sčasoma pa se je zmanjševala tudi relativna številčnost zaporedij salmonele. Avtorji ugotavljajo, da se je s staranjem brojlerjev raznolikost mikrobne populacije cekuma povečevala, pri čemer so bile najpomembnejše spremembe v gastrointestinalni flori opažene v vseh tretiranih skupinah. V nedavni študiji so Hu in sodelavci (149) primerjali učinke pitja vode in hranjenja s prehrano, dopolnjeno z mešanico organskih kislin (mravljinčna kislina, ocetna kislina, propionska kislina in amonijev format) in virginiamicina, na vzorce mikrobioma cekuma brojlerjev, odvzete v dveh fazah (1–21 dni in 22–42 dni). Čeprav so bile med tretiranimi skupinami pri 21 dneh starosti opažene nekatere razlike v raznolikosti mikrobioma cekuma, pri 42 dneh niso bile zaznane razlike v raznolikosti α- ali β-bakterij. Glede na pomanjkanje razlik pri 42 dneh starosti so avtorji postavili hipotezo, da je prednost v rasti lahko posledica zgodnejše vzpostavitve optimalno raznolikega mikrobioma.
Analiza mikrobioma, ki se osredotoča le na mikrobno skupnost cekala, morda ne odraža, kje v prebavilih se pojavi večina učinkov organskih kislin iz hrane. Mikrobiom zgornjih prebavil piščancev brojlerjev je lahko bolj dovzeten za učinke organskih kislin iz hrane, kot kažejo rezultati Humea in sodelavcev (128). Hume in sodelavci (128) so pokazali, da se večina eksogeno dodanega propionata absorbira v zgornjih prebavilih ptic. Nedavne študije o karakterizaciji mikroorganizmov v prebavilih prav tako podpirajo to stališče. Nava in sodelavci (150) so pokazali, da kombinacija mešanice organskih kislin [DL-2-hidroksi-4(metiltio)maslena kislina], mravljinčne kisline in propionske kisline (HFP) vpliva na črevesno mikrobioto in poveča kolonizacijo Lactobacillus v ileumu piščancev. Nedavno so Goodarzi Borojeni in sodelavci ... (150) je dokazal, da kombinacija mešanice organskih kislin [DL-2-hidroksi-4(metiltio)maslena kislina], mravljinčne kisline in propionske kisline (HFP) vpliva na črevesno mikrobioto in poveča kolonizacijo Lactobacillus v ileumu piščancev. (151) je preučeval hranjenje brojlerjev z mešanico mravljinčne in propionske kisline v dveh koncentracijah (0,75 % in 1,50 %) 35 dni. Na koncu poskusa so odstranili voljo, želodec, distalni dve tretjini ileuma in cekum ter odvzeli vzorce za kvantitativno analizo specifične gastrointestinalne flore in metabolitov z uporabo RT-PCR. V kulturi koncentracija organskih kislin ni vplivala na številčnost Lactobacillus ali Bifidobacterium, povečala pa je populacijo Clostridium. V ileumu so bile edine spremembe zmanjšanje Lactobacillus in Enterobacter, medtem ko je v cekumu ta flora ostala nespremenjena (151). Pri najvišji koncentraciji dodatka organskih kislin se je skupna koncentracija mlečne kisline (D in L) v volovki zmanjšala, koncentracija obeh organskih kislin se je zmanjšala v želodčku, koncentracija organskih kislin pa je bila nižja v cekumu. V ileumu ni bilo sprememb. Kar zadeva kratkoverižne maščobne kisline (SCFA), je bila edina sprememba v volovki in želodčku ptic, hranjenih z organskimi kislinami, raven propionata. Ptice, hranjene z nižjo koncentracijo organske kisline, so pokazale skoraj desetkratno povečanje propionata v volovki, medtem ko so ptice, hranjene z obema koncentracijama organske kisline, pokazale osemkratno oziroma petnajstkratno povečanje propionata v želodčku. Povečanje acetata v ileumu je bilo manj kot dvakratno. Na splošno ti podatki podpirajo stališče, da je bila večina učinkov zunanje uporabe organskih kislin očitna v pridelku, medtem ko so imele organske kisline minimalne učinke na mikrobno skupnost spodnjih prebavil, kar kaže na to, da so se lahko spremenili vzorci fermentacije flore zgornjih prebavil.
Jasno je, da je za popolno razjasnitev mikrobnih odzivov na format v celotnem prebavnem traktu potrebna poglobljena karakterizacija mikrobioma. Poglobljena analiza mikrobne taksonomije specifičnih prebavnih predelov, zlasti zgornjih predelov, kot je gojišče, lahko zagotovi nadaljnji vpogled v izbor določenih skupin mikroorganizmov. Njihove presnovne in encimske aktivnosti lahko določijo tudi, ali imajo antagonistični odnos s patogeni, ki vstopajo v prebavila. Zanimivo bi bilo tudi izvesti metagenomske analize, da bi ugotovili, ali izpostavljenost kislim kemičnim dodatkom med življenjem ptic selekcionira bolj "kislinsko odporne" rezidenčne bakterije in ali bi prisotnost in/ali presnovna aktivnost teh bakterij predstavljala dodatno oviro za kolonizacijo patogenov.
Mravljinčna kislina se že vrsto let uporablja kot kemični dodatek v živalski krmi in kot sredstvo za zakisanje silaže. Ena njenih glavnih uporab je protimikrobno delovanje za omejevanje števila patogenov v krmi in njihove poznejše kolonizacije v prebavilih ptic. Študije in vitro so pokazale, da je mravljinčna kislina relativno učinkovito protimikrobno sredstvo proti salmoneli in drugim patogenom. Vendar pa je uporaba mravljinčne kisline v krmnih matricah lahko omejena zaradi velike količine organskih snovi v krmnih sestavinah in njihove potencialne puferske sposobnosti. Zdi se, da ima mravljinčna kislina antagonističen učinek na salmonelo in druge patogene, če jih zaužijemo s krmo ali pitno vodo. Vendar se ta antagonizem pojavlja predvsem v zgornjem delu prebavil, saj se lahko koncentracije mravljinčne kisline v spodnjem delu prebavil zmanjšajo, kot je to v primeru propionske kisline. Koncept zaščite mravljinčne kisline z enkapsulacijo ponuja potencialni pristop k dovajanju več kisline v spodnji del prebavil. Poleg tega so študije pokazale, da je mešanica organskih kislin učinkovitejša pri izboljšanju perutnine kot dajanje ene same kisline (152). Kampilobakter v prebavilih se lahko na format odziva različno, saj lahko format uporablja kot donor elektronov, format pa je njegov glavni vir energije. Ni jasno, ali bi bilo povečanje koncentracije formata v prebavilih koristno za kampilobakter, in do tega morda ne bo prišlo, odvisno od druge prebavne flore, ki lahko format uporablja kot substrat.
Potrebne so dodatne študije za preučitev učinkov mravljinčne kisline v prebavilih na nepatogene rezidenčne mikrobe v prebavilih. Raje selektivno ciljamo na patogene, ne da bi pri tem motili člane prebavnega mikrobioma, ki so koristni za gostitelja. Vendar pa to zahteva poglobljeno analizo zaporedja mikrobioma teh rezidenčnih prebavnih mikrobnih združb. Čeprav je bilo objavljenih nekaj študij o mikrobiomu cekala ptic, zdravljenih z mravljinčno kislino, je treba več pozornosti nameniti mikrobni združbi zgornjih prebavil. Identifikacija mikroorganizmov in primerjava podobnosti med prebavnimi mikrobnimi združbami v prisotnosti ali odsotnosti mravljinčne kisline je morda nepopoln opis. Za opredelitev funkcionalnih razlik med sestavo podobnimi skupinami so potrebne dodatne analize, vključno z metabolomiko in metagenomiko. Takšna karakterizacija je ključnega pomena za vzpostavitev povezave med prebavno mikrobno združbo in odzivi ptic na izboljševalce na osnovi mravljinčne kisline. Združevanje več pristopov za natančnejšo opredelitev delovanja prebavil bi moralo omogočiti razvoj učinkovitejših strategij dodajanja organskih kislin in na koncu izboljšati napovedi optimalnega zdravja in uspešnosti ptic, hkrati pa omejiti tveganja za varnost hrane.
SR je ta pregled napisal s pomočjo DD in KR. Vsi avtorji so pomembno prispevali k delu, predstavljenemu v tem pregledu.
Avtorji izjavljajo, da je ta pregled prejel sredstva družbe Anitox Corporation za začetek pisanja in objave tega pregleda. Financerji niso imeli vpliva na stališča in sklepe, izražene v tem preglednem članku, ali na odločitev o njegovi objavi.
Preostali avtorji izjavljajo, da je bila raziskava izvedena v odsotnosti kakršnih koli komercialnih ali finančnih odnosov, ki bi jih lahko razumeli kot potencialno navzkrižje interesov.
Dr. DD se želi zahvaliti za podporo Podiplomske šole Univerze v Arkansasu prek štipendije za izjemen pouk, pa tudi za stalno podporo Programa za celično in molekularno biologijo Univerze v Arkansasu in Oddelka za živilske znanosti. Avtorji se zahvaljujejo tudi podjetju Anitox za začetno podporo pri pisanju te recenzije.
1. Dibner JJ, Richards JD. Uporaba antibiotičnih rastnih spodbujevalnikov v kmetijstvu: zgodovina in mehanizmi delovanja. Poultry Science (2005) 84:634–43. doi: 10.1093/ps/84.4.634
2. Jones FT, Rick SC. Zgodovina razvoja in nadzora protimikrobnih zdravil v krmi za perutnino. Poultry Science (2003) 82:613–7. doi: 10.1093/ps/82.4.613
3. Broom LJ. Subinhibitorna teorija antibiotičnih rastnih promotorjev. Poultry Science (2017) 96:3104–5. doi: 10.3382/ps/pex114
4. Sorum H, L'Abe-Lund TM. Odpornost na antibiotike pri bakterijah, ki se prenašajo s hrano – posledice motenj v globalnih bakterijskih genetskih omrežjih. International Journal of Food Microbiology (2002) 78:43–56. doi: 10.1016/S0168-1605(02)00241-6
5. Van Immerseel F, Cauwaerts K, Devriese LA, Heesebroek F, Ducatel R. Krmni dodatki za nadzor salmonele v krmi. World Journal of Poultry Science (2002) 58:501–13. doi: 10.1079/WPS20020036
6. Angulo FJ, Baker NL, Olsen SJ, Anderson A, Barrett TJ. Uporaba protimikrobnih zdravil v kmetijstvu: nadzor prenosa odpornosti na protimikrobna zdravila na ljudi. Seminarji o pediatričnih infekcijskih boleznih (2004) 15:78–85. doi: 10.1053/j.spid.2004.01.010
7. Lekshmi M, Ammini P, Kumar S, Varela MF. Okolja za proizvodnjo hrane in razvoj protimikrobne odpornosti pri človeških patogenih živalskega izvora. Microbiology (2017) 5:11. doi: 10.3390/microorganisms5010011
8. Lourenço JM, Seidel DS, Callaway TR. Poglavje 9: Antibiotiki in delovanje črevesja: zgodovina in trenutno stanje. V: Ricke SC, ur. Izboljšanje zdravja črevesja pri perutnini. Cambridge: Burley Dodd (2020). Strani 189–204. DOI: 10.19103/AS2019.0059.10
9. Rick SC. Št. 8: Higiena krme. V: Dewulf J, van Immerzeel F, ur. Biološka varnost v živinoreji in veterinarski medicini. Leuven: ACCO (2017). Strani 144–76.