Tento článok je súčasťou výskumnej témy „Používanie antimikrobiálnych látok, antimikrobiálna rezistencia a mikrobióm zvierat určených na výrobu potravín“. Zobraziť všetkých 13 článkov
Organické kyseliny sú naďalej veľmi žiadané ako prísady do krmív pre zvieratá. Doteraz sa pozornosť sústredila na bezpečnosť potravín, najmä na zníženie výskytu patogénov prenášaných potravinami u hydiny a iných zvierat. Niekoľko organických kyselín sa v súčasnosti skúma alebo sa už komerčne používa. Medzi mnohými organickými kyselinami, ktoré boli rozsiahlo študované, je jednou z nich kyselina mravčia. Kyselina mravčia sa pridáva do krmiva hydiny, aby sa obmedzila prítomnosť salmonely a iných patogénov prenášaných potravinami v krmive a v gastrointestinálnom trakte po požití. S rastúcim pochopením účinnosti a vplyvu kyseliny mravčej na hostiteľa a patogény prenášané potravinami je zrejmé, že prítomnosť kyseliny mravčej môže spustiť špecifické dráhy u salmonely. Táto reakcia sa môže stať zložitejšou, keď kyselina mravčia vstúpi do gastrointestinálneho traktu a interaguje nielen so salmonelou, ktorá už kolonizuje gastrointestinálny trakt, ale aj s vlastnou mikrobiálnou flórou čreva. Prehľad preskúma súčasné výsledky a perspektívy ďalšieho výskumu mikrobiómu hydiny a krmív ošetrených kyselinou mravčou.
V chove hospodárskych zvierat aj hydiny je výzvou vyvinúť stratégie riadenia, ktoré optimalizujú rast a produktivitu a zároveň obmedzujú riziká pre bezpečnosť potravín. Historicky podávanie antibiotík v subterapeutických koncentráciách zlepšilo zdravie, welfare a produktivitu zvierat (1–3). Z hľadiska mechanizmu účinku sa predpokladá, že antibiotiká podávané v subinhibičných koncentráciách sprostredkovávajú reakcie hostiteľa moduláciou gastrointestinálnej (GI) flóry a následne ich interakcií s hostiteľom (3). Pretrvávajúce obavy z potenciálneho šírenia patogénov prenášaných potravinami rezistentných na antibiotiká a ich potenciálnej súvislosti s infekciami rezistentnými na antibiotiká u ľudí však viedli k postupnému ukončeniu používania antibiotík u hospodárskych zvierat (4–8). Preto je vývoj kŕmnych doplnkových látok a zlepšovačov, ktoré spĺňajú aspoň niektoré z týchto požiadaviek (zlepšenie zdravia, welfare a produktivity zvierat), veľmi zaujímavý z hľadiska akademického výskumu aj komerčného vývoja (5, 9). Na trh s krmivami pre zvieratá vstúpilo množstvo komerčných kŕmnych doplnkových látok vrátane probiotík, prebiotík, esenciálnych olejov a príbuzných zlúčenín z rôznych rastlinných zdrojov a chemikálií, ako sú aldehydy (10–14). Medzi ďalšie komerčné kŕmne doplnkové látky bežne používané u hydiny patria bakteriofágy, oxid zinočnatý, exogénne enzýmy, produkty kompetitívneho vylúčenia a kyslé zlúčeniny (15, 16).
Spomedzi existujúcich chemických kŕmnych prísad boli aldehydy a organické kyseliny historicky najštudovanejšími a najpoužívanejšími zlúčeninami (12, 17–21). Organické kyseliny, najmä mastné kyseliny s krátkym reťazcom (SCFA), sú známymi antagonistami patogénnych baktérií. Tieto organické kyseliny sa používajú ako kŕmne prísady nielen na obmedzenie prítomnosti patogénov v kŕmnej matrici, ale aj na aktívne účinky na gastrointestinálne funkcie (17, 20–24). Okrem toho sa SCFA produkujú fermentáciou črevnou flórou v tráviacom trakte a predpokladá sa, že zohrávajú mechanickú úlohu v schopnosti niektorých probiotík a prebiotík pôsobiť proti patogénom požitým v gastrointestinálnom trakte (21, 23, 25).
V priebehu rokov priťahovali rôzne mastné kyseliny s krátkym reťazcom (SCFA) veľkú pozornosť ako kŕmne doplnkové látky. Najmä propionát, butyrát a mravčan boli predmetom mnohých štúdií a komerčných aplikácií (17, 20, 21, 23, 24, 26). Zatiaľ čo skoré štúdie sa zameriavali na kontrolu patogénov prenášaných potravinami v krmivách pre zvieratá a hydinu, novšie štúdie presunuli svoje zameranie na celkové zlepšenie výkonnosti zvierat a gastrointestinálneho zdravia (20, 21, 24). Acetát, propionát a butyrát priťahovali veľkú pozornosť ako organické kyslé kŕmne doplnkové látky, medzi ktorými je sľubným kandidátom aj kyselina mravčia (21, 23). Veľká pozornosť sa sústredila na aspekty bezpečnosti potravín súvisiace s kyselinou mravčou, najmä na zníženie výskytu patogénov prenášaných potravinami v krmivách pre hospodárske zvieratá. Zvažujú sa však aj iné možné použitia. Celkovým cieľom tejto recenzie je preskúmať históriu a súčasný stav kyseliny mravčej ako zlepšovača krmiva pre hospodárske zvieratá (obrázok 1). V tejto štúdii preskúmame antibakteriálny mechanizmus kyseliny mravčej. Okrem toho sa bližšie pozrieme na jeho účinky na hospodárske zvieratá a hydinu a prediskutujeme možné metódy na zlepšenie jeho účinnosti.
Obr. 1. Myšlienková mapa tém zahrnutých v tejto recenzii. Zamerali sme sa najmä na nasledujúce všeobecné ciele: opísať históriu a súčasný stav kyseliny mravčej ako prísady na zlepšenie krmiva pre hospodárske zvieratá, antimikrobiálne mechanizmy kyseliny mravčej a vplyv jej použitia na zdravie zvierat a hydiny a potenciálne metódy na zlepšenie účinnosti.
Výroba krmiva pre hospodárske zvieratá a hydinu je zložitá operácia zahŕňajúca viacero krokov vrátane fyzikálneho spracovania zrna (napr. mletie na zníženie veľkosti častíc), tepelného spracovania na peletovanie a pridávania viacerých živín do stravy v závislosti od špecifických nutričných potrieb zvieraťa (27). Vzhľadom na túto zložitosť nie je prekvapujúce, že spracovanie krmiva vystavuje zrno rôznym environmentálnym faktorom predtým, ako sa dostane do kŕmneho mlyna, počas mletia a následne počas prepravy a kŕmenia v kŕmnych dávkach (9, 21, 28). V priebehu rokov bola teda v krmive identifikovaná veľmi rozmanitá skupina mikroorganizmov, vrátane nielen baktérií, ale aj bakteriofágov, húb a kvasiniek (9, 21, 28–31). Niektoré z týchto kontaminantov, ako napríklad niektoré huby, môžu produkovať mykotoxíny, ktoré predstavujú zdravotné riziko pre zvieratá (32–35).
Bakteriálne populácie môžu byť relatívne rozmanité a do istej miery závisia od príslušných metód použitých na izoláciu a identifikáciu mikroorganizmov, ako aj od zdroja vzorky. Napríklad profil mikrobiálneho zloženia sa môže líšiť pred tepelným spracovaním spojeným s peletovaním (36). Hoci klasické metódy kultivácie a platňového nanášania poskytli určité informácie, nedávne použitie metódy sekvenovania novej generácie (NGS) založenej na géne 16S rRNA poskytlo komplexnejšie posúdenie spoločenstva krmovinového mikrobiómu (9). Keď Solanki a kol. (37) skúmali bakteriálny mikrobióm pšeničných zŕn skladovaných určitý čas v prítomnosti fosfínu, fumigantu na kontrolu hmyzu, zistili, že mikrobióm bol rozmanitejší po zbere a po 3 mesiacoch skladovania. Okrem toho Solanki a kol. (37) (37) preukázali, že Proteobacteria, Firmicutes, Actinobacteria, Bacteroidetes a Planctomyces boli dominantnými kmeňmi v pšeničných zrnách, Bacillus, Erwinia a Pseudomonas boli dominantnými rodmi a Enterobacteriaceae tvorili menšiu časť. Na základe taxonomických porovnaní dospeli k záveru, že fumigácia fosfínom významne zmenila bakteriálne populácie, ale neovplyvnila diverzitu húb.
Solanki a kol. (37) preukázali, že krmivové zdroje môžu tiež obsahovať patogény prenášané potravinami, ktoré môžu spôsobiť problémy verejného zdravia na základe detekcie enterobaktérií v mikrobióme. Patogény prenášané potravinami, ako sú Clostridium perfringens, Clostridium botulinum, Salmonella, Campylobacter, Escherichia coli O157:H7 a Listeria monocytogenes, boli spájané s krmivom pre zvieratá a silážou (9, 31, 38). Pretrvávanie iných patogénov prenášaných potravinami v krmive pre zvieratá a hydinu nie je v súčasnosti známe. Ge a kol. (39) preskúmali viac ako 200 zložiek krmív pre zvieratá a izolovali Salmonelu, E. coli a enterokoky, ale nezistili E. coli O157:H7 ani Campylobacter. Matrice, ako napríklad suché krmivo, však môžu slúžiť ako zdroj patogénnej E. coli. Pri sledovaní zdroja ohniska séroskupín O121 a O26 produkujúcej Shiga toxín, ktoré sa spájajú s ľudskými ochoreniami, Crowe a kol. (40) použili sekvenovanie celého genómu na porovnanie klinických izolátov s izolátmi získanými z potravinárskych výrobkov. Na základe tohto porovnania dospeli k záveru, že pravdepodobným zdrojom bola surová pšeničná múka s nízkym obsahom vlhkosti z mlynov na múku. Nízky obsah vlhkosti v pšeničnej múke naznačuje, že STEC môže prežiť aj v krmivách pre zvieratá s nízkym obsahom vlhkosti. Ako však poznamenávajú Crowe a kol. (40), izolácia STEC zo vzoriek múky je náročná a vyžaduje si imunomagnetické separačné metódy na získanie dostatočného počtu bakteriálnych buniek. Podobné diagnostické procesy môžu tiež komplikovať detekciu a izoláciu zriedkavých patogénov prenášaných potravinami v krmivách pre zvieratá. Ťažkosti s detekciou môžu byť spôsobené aj dlhou perzistenciou týchto patogénov v matriciach s nízkym obsahom vlhkosti. Forghani a kol. (41) preukázali, že pšeničná múka skladovaná pri izbovej teplote a naočkovaná zmesou enterohemoragickej Escherichia coli (EHEC) séroskupín O45, O121 a O145 a Salmonella (S. Typhimurium, S. Agona, S. Enteritidis a S. Anatum) bola kvantifikovateľná po 84 a 112 dňoch a stále detekovateľná po 24 a 52 týždňoch.
Historicky nebol Campylobacter nikdy izolovaný z krmiva pre zvieratá a hydinu tradičnými kultivačnými metódami (38, 39), hoci Campylobacter sa dá ľahko izolovať z gastrointestinálneho traktu hydiny a hydinových výrobkov (42, 43). Krmivo má však stále svoje výhody ako potenciálny zdroj. Napríklad Alves a kol. (44) preukázali, že inokulácia krmiva pre vykrmované kurčatá C. jejuni a následné skladovanie krmiva pri dvoch rôznych teplotách počas 3 alebo 5 dní viedlo k obnoveniu životaschopnej C. jejuni a v niektorých prípadoch dokonca k ich proliferácii. Dospeli k záveru, že C. jejuni môže určite prežiť v krmive pre hydinu, a preto môže byť potenciálnym zdrojom infekcie pre kurčatá.
Kontaminácia krmiva pre zvieratá a hydinu salmonelou sa v minulosti tešila veľkej pozornosti a zostáva predmetom prebiehajúceho úsilia o vývoj metód detekcie špecificky použiteľných pre krmivá a o nájdenie účinnejších kontrolných opatrení (12, 26, 30, 45–53). V priebehu rokov sa mnoho štúdií zaoberalo izoláciou a charakterizáciou salmonely v rôznych krmivárskych prevádzkach a kŕmnych závodoch (38, 39, 54–61). Celkovo tieto štúdie naznačujú, že salmonelu možno izolovať z rôznych zložiek krmív, zdrojov krmív, typov krmív a prevádzok na výrobu krmív. Miera prevalencie a prevládajúce izolované sérotypy salmonely sa tiež líšili. Napríklad Li a kol. (57) potvrdili prítomnosť Salmonella spp. Bola zistená v 12,5 % z 2058 vzoriek odobratých z kompletných krmív pre zvieratá, zložiek krmív, krmív pre domáce zvieratá, maškŕt pre domáce zvieratá a doplnkov pre domáce zvieratá počas obdobia zberu údajov 2002 až 2009. Okrem toho, najčastejšie zistené sérotypy v 12,5 % vzoriek Salmonella s pozitívnym testom boli S. Senftenberg a S. Montevideo (57). V štúdii potravín pripravených na spotrebu a vedľajších produktov z krmív pre zvieratá v Texase Hsieh a kol. (58) uviedli, že najvyššia prevalencia Salmonella bola v rybej múčke, nasledovanej živočíšnymi bielkovinami, pričom S. Mbanka a S. Montevideo boli najbežnejšími sérotypmi. Mlyny na výrobu krmiva tiež predstavujú niekoľko potenciálnych bodov kontaminácie krmiva počas miešania a pridávania zložiek (9, 56, 61). Magossi a kol. (61) dokázali, že počas výroby krmiva v Spojených štátoch sa môže vyskytnúť viacero bodov kontaminácie. Magossi a kol. (61) v skutočnosti zistili aspoň jednu pozitívnu kultúru Salmonella v 11 mlynoch na výrobu krmiva (celkovo 12 odberových miest) v ôsmich štátoch Spojených štátov. Vzhľadom na potenciál kontaminácie salmonelou počas manipulácie s krmivom, prepravy a denného kŕmenia nie je prekvapujúce, že sa vynakladá značné úsilie na vývoj kŕmnych doplnkových látok, ktoré dokážu znížiť a udržať nízku úroveň mikrobiálnej kontaminácie počas celého cyklu živočíšnej výroby.
O mechanizme špecifickej reakcie Salmonely na kyselinu mravčiu sa vie len málo. Huang a kol. (62) však naznačili, že kyselina mravčia je prítomná v tenkom čreve cicavcov a že Salmonella spp. sú schopné produkovať kyselinu mravčiu. Huang a kol. (62) použili sériu delečných mutantov kľúčových dráh na detekciu expresie génov virulencie Salmonely a zistili, že mravčan môže pôsobiť ako difuzibilný signál na indukciu invázie epitelových buniek Hep-2 u Salmonely. Nedávno Liu a kol. (63) izolovali transportér mravčanu, FocA, zo Salmonella typhimurium, ktorý funguje ako špecifický kanál mravčanu pri pH 7,0, ale môže fungovať aj ako pasívny exportný kanál pri vysokom externom pH alebo ako sekundárny aktívny kanál mravčanu/importu vodíkových iónov pri nízkom pH. Táto štúdia sa však uskutočnila iba na jednom sérotype S. Typhimurium. Otázkou zostáva, či všetky sérotypy reagujú na kyselinu mravčiu podobnými mechanizmami. Toto zostáva kritickou výskumnou otázkou, ktorou by sa mali zaoberať budúce štúdie. Bez ohľadu na výsledky je naďalej rozumné použiť viacero sérotypov Salmonella alebo dokonca viacero kmeňov každého sérotypu v skríningových experimentoch pri vývoji všeobecných odporúčaní pre používanie kyslých doplnkov na zníženie hladín Salmonella v krmive. Novšie prístupy, ako napríklad použitie genetického čiarového kódovania na kódovanie kmeňov na rozlíšenie rôznych podskupín toho istého sérotypu (9, 64), ponúkajú možnosť rozlíšiť jemnejšie rozdiely, ktoré môžu ovplyvniť závery a interpretáciu rozdielov.
Chemická povaha a disociačná forma mravčanu môže byť tiež dôležitá. V sérii štúdií Beyer a kol. (65–67) preukázali, že inhibícia Enterococcus faecium, Campylobacter jejuni a Campylobacter coli korelovala s množstvom disociovanej kyseliny mravčej a bola nezávislá od pH alebo nedisociovanej kyseliny mravčej. Zdá sa, že dôležitá je aj chemická forma mravčanu, ktorej sú baktérie vystavené. Kovanda a kol. (68) skúmali niekoľko gramnegatívnych a grampozitívnych organizmov a porovnávali minimálne inhibičné koncentrácie (MIC) mravčanu sodného (500 – 25 000 mg/l) a zmesi mravčanu sodného a voľného mravčanu (40/60 m/v; 10 – 10 000 mg/l). Na základe hodnôt MIC zistili, že mravčan sodný bol inhibičný iba proti Campylobacter jejuni, Clostridium perfringens, Streptococcus suis a Streptococcus pneumoniae, ale nie proti Escherichia coli, Salmonella typhimurium alebo Enterococcus faecalis. Naproti tomu zmes mravčanu sodného a voľného mravčanu sodného bola inhibičná voči všetkým organizmom, čo viedlo autorov k záveru, že voľná kyselina mravčia má väčšinu antimikrobiálnych vlastností. Bolo by zaujímavé preskúmať rôzne pomery týchto dvoch chemických foriem, aby sa zistilo, či rozsah hodnôt MIC koreluje s hladinou kyseliny mravčej prítomnej v zmiešanom vzorci a reakciou na 100 % kyselinu mravčiu.
Gomez-Garcia a kol. (69) testovali kombinácie esenciálnych olejov a organických kyselín (ako je kyselina mravčia) proti viacerým izolátom Escherichia coli, Salmonella a Clostridium perfringens získaným z ošípaných. Testovali účinnosť šiestich organických kyselín vrátane kyseliny mravčej a šiestich esenciálnych olejov proti izolátom z ošípaných s použitím formaldehydu ako pozitívnej kontroly. Gomez-García a kol. (69) stanovili MIC50, MBC50 a MIC50/MBC50 kyseliny mravčej proti Escherichia coli (600 a 2400 ppm, 4), Salmonella (600 a 2400 ppm, 4) a Clostridium perfringens (1200 a 2400 ppm, 2), medzi ktorými sa zistilo, že kyselina mravčia je účinnejšia ako všetky organické kyseliny proti E. coli a Salmonella. (69) Kyselina mravčia je účinná proti Escherichia coli a Salmonella vďaka svojej malej molekulovej veľkosti a dlhému reťazcu (70).
Beyer a kol. skúmali kmene Campylobacter izolované z ošípaných (66) a kmene Campylobacter jejuni izolované z hydiny (67) a ukázali, že kyselina mravčia disociuje pri koncentráciách zodpovedajúcich odpovediam MIC meraným pre iné organické kyseliny. Relatívna účinnosť týchto kyselín, vrátane kyseliny mravčej, však bola spochybnená, pretože Campylobacter môže tieto kyseliny využívať ako substráty (66, 67). Využívanie kyselín C. jejuni nie je prekvapujúce, pretože sa preukázalo, že má neglykolytický metabolizmus. C. jejuni má teda obmedzenú kapacitu pre katabolizmus sacharidov a pre väčšinu svojho energetického metabolizmu a biosyntetickej aktivity sa spolieha na glukoneogenézu z aminokyselín a organických kyselín (71, 72). V skoršej štúdii Line a kol. (73) sa použilo fenotypové pole obsahujúce 190 zdrojov uhlíka a ukázalo sa, že C. jejuni 11168(GS) môže využívať organické kyseliny ako zdroje uhlíka, z ktorých väčšina sú medziprodukty cyklu trikarboxylových kyselín. Ďalšie štúdie Wagli a kol. (74) s použitím fenotypového poľa využitia uhlíka ukázali, že kmene C. jejuni a E. coli skúmané v ich štúdii sú schopné rásť na organických kyselinách ako zdroji uhlíka. Mravčan je hlavným donorom elektrónov pre respiračnú energiu C. jejuni, a preto je hlavným zdrojom energie pre C. jejuni (71, 75). C. jejuni je schopný využívať mravčan ako donor vodíka prostredníctvom membránovo viazaného komplexu formiátdehydrogenázy, ktorý oxiduje mravčan na oxid uhličitý, protóny a elektróny a slúži ako donor elektrónov pre dýchanie (72).
Kyselina mravčia má dlhú históriu používania ako antimikrobiálna prísada do krmiva, ale niektorí hmyz môžu tiež produkovať kyselinu mravčiu na použitie ako antimikrobiálna obranná chemikália. Rossini a kol. (76) naznačili, že kyselina mravčia môže byť zložkou kyslej šťavy mravcov, ktorú opísal Ray (77) takmer pred 350 rokmi. Odvtedy sa naše chápanie produkcie kyseliny mravčej u mravcov a iného hmyzu značne rozšírilo a teraz je známe, že tento proces je súčasťou komplexného systému obrany proti toxínom u hmyzu (78). Je známe, že rôzne skupiny hmyzu, vrátane bezžihadiel včiel, špicatých mravcov (Hymenoptera: Apidae), bystrušiek (Galerita lecontei a G. janus), bezžihadiel mravcov (Formicinae) a niektorých lariev molí (Lepidoptera: Myrmecophaga), produkujú kyselinu mravčiu ako obrannú chemikáliu (76, 78–82).
Mravce sú azda najlepšie charakterizované, pretože majú acidocyty, špecializované otvory, ktoré im umožňujú rozprašovať jed zložený prevažne z kyseliny mravčej (82). Mravce používajú serín ako prekurzor a ukladajú veľké množstvo mravčanu vo svojich jedových žľazách, ktoré sú dostatočne izolované, aby chránili hostiteľské mravce pred cytotoxicitou mravčanu, kým nie sú rozprašované (78, 83). Kyselina mravčia, ktorú vylučujú, môže (1) slúžiť ako poplašný feromón na prilákanie iných mravcov; (2) byť obrannou chemikáliou proti konkurentom a predátorom; a (3) pôsobiť ako antimykotikum a antibakteriálne činidlo v kombinácii so živicou ako súčasťou materiálu hniezda (78, 82, 84–88). Kyselina mravčia produkovaná mravcami má antimikrobiálne vlastnosti, čo naznačuje, že by sa mohla používať ako lokálna prísada. Toto preukázali Bruch a kol. (88), ktorí pridali do živice syntetickú kyselinu mravčiu a výrazne zlepšili antimykotickú aktivitu. Ďalším dôkazom účinnosti kyseliny mravčej a jej biologickej užitočnosti je, že obrovské mravčiare, ktoré nie sú schopné produkovať žalúdočnú kyselinu, konzumujú mravce obsahujúce kyselinu mravčiu, aby si zabezpečili koncentrovanú kyselinu mravčiu ako alternatívnu tráviacu kyselinu (89).
Praktické využitie kyseliny mravčej v poľnohospodárstve sa zvažuje a skúma už mnoho rokov. Kyselina mravčia sa môže používať najmä ako prísada do krmiva pre zvieratá a siláže. Mravčan sodný v pevnej aj kvapalnej forme sa považuje za bezpečný pre všetky druhy zvierat, spotrebiteľov a životné prostredie (90). Na základe ich hodnotenia (90) sa maximálna koncentrácia 10 000 mg ekvivalentov kyseliny mravčej/kg krmiva považovala za bezpečnú pre všetky druhy zvierat, zatiaľ čo maximálna koncentrácia 12 000 mg ekvivalentov kyseliny mravčej/kg krmiva sa považovala za bezpečnú pre ošípané. Použitie kyseliny mravčej ako prísady do krmiva pre zvieratá sa skúma už mnoho rokov. Predpokladá sa, že má komerčnú hodnotu ako konzervačná látka do siláže a antimikrobiálne činidlo v krmive pre zvieratá a hydinu.
Chemické prísady, ako sú kyseliny, boli vždy neoddeliteľnou súčasťou výroby siláže a manažmentu krmiva (91, 92). Borreani a kol. (91) poznamenali, že na dosiahnutie optimálnej produkcie vysokokvalitnej siláže je potrebné udržiavať kvalitu krmiva a zároveň zachovať čo najviac sušiny. Výsledkom takejto optimalizácie je minimalizácia strát vo všetkých fázach silážovania: od počiatočných aeróbnych podmienok v sile až po následnú fermentáciu, skladovanie a opätovné otvorenie sila na kŕmenie. Špecifické metódy optimalizácie výroby poľnej siláže a následnej fermentácie siláže boli podrobne diskutované inde (91, 93-95) a tu nebudú podrobne rozoberané. Hlavným problémom je oxidačné znehodnotenie spôsobené kvasinkami a plesňami, keď je v siláži prítomný kyslík (91, 92). Preto boli zavedené biologické inokulanty a chemické prísady, aby sa zabránilo nepriaznivým účinkom kazenia (91, 92). Medzi ďalšie aspekty používania prísad do siláže patrí obmedzenie šírenia patogénov, ktoré môžu byť prítomné v siláži (napr. patogénna E. coli, Listeria a Salmonella), ako aj húb produkujúcich mykotoxíny (96–98).
Mack a kol. (92) rozdelili kyslé prísady do dvoch kategórií. Kyseliny ako kyselina propiónová, octová, sorbová a benzoová udržiavajú aeróbnu stabilitu siláže pri kŕmení prežúvavcov obmedzením rastu kvasiniek a plesní (92). Mack a kol. (92) oddelili kyselinu mravčiu od ostatných kyselín a považovali ju za priamy okysľovač, ktorý inhibuje klostrídie a mikroorganizmy spôsobujúce kazenie a zároveň zachováva integritu bielkovín siláže. V praxi sú ich soľné formy najbežnejšími chemickými formami, aby sa zabránilo korozívnym vlastnostiam kyselín v nesolnej forme (91). Mnohé výskumné skupiny tiež študovali kyselinu mravčiu ako kyslú prísadu do siláže. Kyselina mravčia je známa svojím rýchlym okysľovacím potenciálom a inhibičným účinkom na rast škodlivých mikroorganizmov v siláži, ktoré znižujú obsah bielkovín a vo vode rozpustných sacharidov v siláži (99). Preto He a kol. (92) porovnali kyselinu mravčiu s kyslými prísadami v siláži. (100) preukázali, že kyselina mravčia môže inhibovať Escherichia coli a znižovať pH siláže. Bakteriálne kultúry produkujúce kyselinu mravčiu a mliečnu boli tiež pridané do siláže na stimuláciu okyslenia a produkcie organických kyselín (101). Cooley a kol. (101) v skutočnosti zistili, že keď bola siláž okyslená 3 % (hm./obj.) kyselinou mravčou, produkcia kyseliny mliečnej a mravčej prekročila 800 a 1000 mg organickej kyseliny/100 g vzorky. Mack a kol. (92) podrobne preskúmali výskumnú literatúru o silážnych prísadách vrátane štúdií publikovaných od roku 2000, ktoré sa zameriavali na kyselinu mravčiu a iné kyseliny a/alebo ich zahŕňali. Preto sa táto recenzia nebude podrobne zaoberať jednotlivými štúdiami, ale jednoducho zhrnie niektoré kľúčové body týkajúce sa účinnosti kyseliny mravčej ako chemickej silážnej prísady. Bola skúmaná nepufrovaná aj pufrovaná kyselina mravčia a vo väčšine prípadov Clostridium spp. Jej relatívna aktivita (príjem sacharidov, bielkovín a laktátu a vylučovanie butyrátu) má tendenciu klesať, zatiaľ čo produkcia amoniaku a butyrátu sa znižuje a zadržiavanie sušiny sa zvyšuje (92). Existujú obmedzenia týkajúce sa účinku kyseliny mravčej, ale jej použitie ako prísady do siláže v kombinácii s inými kyselinami zrejme niektoré z týchto problémov prekonáva (92).
Kyselina mravčia môže inhibovať patogénne baktérie, ktoré predstavujú riziko pre ľudské zdravie. Napríklad Pauly a Tam (102) naočkovali malé laboratórne silá baktériou L. monocytogenes obsahujúcou tri rôzne úrovne sušiny (200, 430 a 540 g/kg) ražnej trávy a potom ich doplnili kyselinou mravčou (3 ml/kg) alebo baktériami mliečneho kvasenia (8 × 105/g) a celulózovými enzýmami. Uviedli, že obe ošetrenia znížili L. monocytogenes na nedetekovateľné hladiny v siláži s nízkym obsahom sušiny (200 g/kg). Avšak v siláži so stredným obsahom sušiny (430 g/kg) bola L. monocytogenes stále detekovateľná po 30 dňoch v siláži ošetrenej kyselinou mravčou. Zdá sa, že zníženie L. monocytogenes súviselo s nižším pH, kyselinou mliečnou a kombinovanými nedisociovanými kyselinami. Napríklad Pauly a Tam (102) poznamenali, že hladiny kyseliny mliečnej a kombinovanej nedisociovanej kyseliny boli obzvlášť dôležité, čo môže byť dôvodom, prečo sa v médiách ošetrených kyselinou mravčou zo siláží s vyšším obsahom sušiny nepozorovalo žiadne zníženie L. monocytogenes. Podobné štúdie by sa mali v budúcnosti vykonať aj pre iné bežné patogény siláže, ako je Salmonella a patogénna E. coli. Komplexnejšia analýza sekvencie 16S rDNA celej mikrobiálnej komunity siláže môže tiež pomôcť identifikovať zmeny v celkovej mikrobiálnej populácii siláže, ku ktorým dochádza v rôznych štádiách fermentácie siláže v prítomnosti kyseliny mravčej (103). Získanie údajov o mikrobióme môže poskytnúť analytickú podporu pre lepšie predpovedanie priebehu fermentácie siláže a pre vývoj optimálnych kombinácií prísad na udržanie vysokej kvality siláže.
V krmivách pre zvieratá na báze obilia sa kyselina mravčia používa ako antimikrobiálne činidlo na obmedzenie hladín patogénov v rôznych kŕmnych matriciach získaných z obilia, ako aj v niektorých zložkách krmiva, ako sú napríklad živočíšne vedľajšie produkty. Účinky na populácie patogénov u hydiny a iných zvierat možno zhruba rozdeliť do dvoch kategórií: priame účinky na populáciu patogénov v samotnom krmive a nepriame účinky na patogény, ktoré kolonizujú gastrointestinálny trakt zvierat po konzumácii ošetreného krmiva (20, 21, 104). Je zrejmé, že tieto dve kategórie spolu súvisia, pretože zníženie patogénov v krmive by malo viesť k zníženiu kolonizácie, keď zviera krmivo konzumuje. Antimikrobiálne vlastnosti konkrétnej kyseliny pridanej do kŕmnej matrice však môžu byť ovplyvnené niekoľkými faktormi, ako je zloženie krmiva a forma, v ktorej sa kyselina pridáva (21, 105).
Historicky sa používanie kyseliny mravčej a iných príbuzných kyselín zameriavalo predovšetkým na priamu kontrolu salmonely v krmivách pre zvieratá a hydinu (21). Výsledky týchto štúdií boli podrobne zhrnuté v niekoľkých prehľadoch publikovaných v rôznych časoch (18, 21, 26, 47, 104–106), takže v tomto prehľade sa diskutuje len o niektorých kľúčových zisteniach z týchto štúdií. Niekoľko štúdií ukázalo, že antimikrobiálna aktivita kyseliny mravčej v kŕmnych matriciach závisí od dávky a času expozície kyseline mravčej, obsahu vlhkosti v kŕmnej matrici a koncentrácie baktérií v krmive a gastrointestinálnom trakte zvieraťa (19, 21, 107–109). Typ kŕmnej matrice a zdroj zložiek krmiva pre zvieratá sú tiež ovplyvňujúcimi faktormi. Množstvo štúdií teda ukázalo, že hladiny salmonely Bakteriálne toxíny izolované zo živočíšnych vedľajších produktov sa môžu líšiť od hladín izolovaných z rastlinných vedľajších produktov (39, 45, 58, 59, 110–112). Rozdiely v reakcii na kyseliny, ako je kyselina mravčia, však môžu súvisieť s rozdielmi v prežívaní sérovarov v krmive a teplotou, pri ktorej sa krmivo spracováva (19, 113, 114). Rozdiely v reakcii sérovarov na ošetrenie kyselinami môžu byť tiež faktorom kontaminácie hydiny kontaminovaným krmivom (113, 115) a úlohu môžu zohrávať aj rozdiely v expresii génov virulencie (116). Rozdiely v tolerancii voči kyselinám môžu následne ovplyvniť detekciu Salmonely v kultivačných médiách, ak kyseliny z krmiva nie sú dostatočne pufrované (21, 105, 117–122). Fyzikálna forma krmiva (z hľadiska veľkosti častíc) môže tiež ovplyvniť relatívnu dostupnosť kyseliny mravčej v gastrointestinálnom trakte (123).
Stratégie na optimalizáciu antimikrobiálnej aktivity kyseliny mravčej pridávanej do krmiva sú tiež dôležité. Pre vysoko kontaminované zložky krmiva pred miešaním krmiva boli navrhnuté vyššie koncentrácie kyseliny, aby sa minimalizovalo potenciálne poškodenie zariadení kŕmnych mlynov a problémy s chutnosťou krmiva pre zvieratá (105). Jones (51) dospel k záveru, že Salmonella prítomná v krmive pred chemickým čistením sa ťažšie kontroluje ako Salmonella, ktorá je v kontakte s krmivom po chemickom ošetrení. Tepelné ošetrenie krmiva počas spracovania v kŕmnom mlyne bolo navrhnuté ako zásah na obmedzenie kontaminácie krmiva salmonelou, ale to závisí od zloženia krmiva, veľkosti častíc a ďalších faktorov spojených s procesom mletia (51). Antimikrobiálna aktivita kyselín je tiež závislá od teploty a zvýšené teploty v prítomnosti organických kyselín môžu mať synergický inhibičný účinok na Salmonella, ako sa pozorovalo v tekutých kultúrach Salmonella (124, 125). Niekoľko štúdií krmív kontaminovaných Salmonella podporuje myšlienku, že zvýšené teploty zvyšujú účinnosť kyselín v kŕmnej matrici (106, 113, 126). Amado a kol. (127) použili centrálny kompozitný dizajn na štúdium interakcie teploty a kyseliny (kyseliny mravčej alebo mliečnej) v 10 kmeňoch Salmonella enterica a Escherichia coli izolovaných z rôznych krmív pre dobytok a naočkovaných do okyslených peliet pre dobytok. Dospeli k záveru, že teplo je dominantným faktorom ovplyvňujúcim mikrobiálnu redukciu, spolu s kyselinou a typom bakteriálneho izolátu. Synergický účinok s kyselinou stále prevláda, takže je možné použiť nižšie teploty a koncentrácie kyselín. Poznamenali však tiež, že synergické účinky sa nie vždy pozorovali pri použití kyseliny mravčej, čo ich viedlo k podozreniu, že faktorom bolo prchanie kyseliny mravčej pri vyšších teplotách alebo tlmivé účinky zložiek kŕmnej matrice.
Obmedzenie trvanlivosti krmiva pred kŕmením zvierat je jedným zo spôsobov, ako kontrolovať zavádzanie patogénov prenášaných potravinami do tela zvieraťa počas kŕmenia. Avšak akonáhle sa kyselina v krmive dostane do gastrointestinálneho traktu, môže naďalej vyvíjať svoju antimikrobiálnu aktivitu. Antimikrobiálna aktivita exogénne podávaných kyslých látok v gastrointestinálnom trakte môže závisieť od rôznych faktorov, vrátane koncentrácie žalúdočnej kyseliny, aktívneho miesta gastrointestinálneho traktu, pH a obsahu kyslíka v gastrointestinálnom trakte, veku zvieraťa a relatívneho zloženia mikrobiálnej populácie gastrointestinálneho traktu (ktoré závisí od umiestnenia gastrointestinálneho traktu a zrelosti zvieraťa) (21, 24, 128–132). Okrem toho, rezidentná populácia anaeróbnych mikroorganizmov v gastrointestinálnom trakte (ktorá sa stáva dominantnou v dolnom tráviacom trakte monogastrických zvierat s ich dozrievaním) aktívne produkuje organické kyseliny prostredníctvom fermentácie, čo môže mať tiež antagonistický účinok na prechodné patogény vstupujúce do gastrointestinálneho traktu (17, 19–21).
Veľká časť skorého výskumu sa zameriavala na použitie organických kyselín vrátane mravčanu na obmedzenie salmonely v gastrointestinálnom trakte hydiny, čo bolo podrobne rozobraté v niekoľkých prehľadoch (12, 20, 21). Ak sa tieto štúdie posudzujú spoločne, možno urobiť niekoľko kľúčových pozorovaní. McHan a Shotts (133) uviedli, že kŕmenie kyselinou mravčou a propiónovou znížilo hladiny Salmonella Typhimurium v ​​slepom čreve kurčiat inokulovaných baktériami a kvantifikovali ich vo veku 7, 14 a 21 dní. Keď však Hume a kol. (128) monitorovali propionát značený C-14, dospeli k záveru, že do slepého čreva sa môže dostať len veľmi málo propionátu v krmive. Zostáva určiť, či to platí aj pre kyselinu mravčiu. Nedávno však Bourassa a kol. (134) uviedli, že kŕmenie kyselinou mravčou a propiónovou znížilo hladiny Salmonella Typhimurium v ​​slepom čreve kurčiat inokulovaných baktériami, ktoré boli kvantifikované vo veku 7, 14 a 21 dní. (132) poznamenali, že kŕmenie brojlerových kurčiat kyselinou mravčou v dávke 4 g/t počas 6-týždňového obdobia rastu znížilo koncentráciu S. Typhimurium v ​​slepom čreve pod detekčnú úroveň.
Prítomnosť kyseliny mravčej v krmive môže mať vplyv na iné časti gastrointestinálneho traktu hydiny. Al-Tarazi a Alshavabkeh (134) preukázali, že zmes kyseliny mravčej a kyseliny propiónovej by mohla znížiť kontamináciu volovky a slepého čreva baktériou Salmonella pullorum (S. PRlorum). Thompson a Hinton (129) pozorovali, že komerčne dostupná zmes kyseliny mravčej a kyseliny propiónovej zvýšila koncentráciu oboch kyselín vo volovke a žalúdku a bola baktericídna proti Salmonella Enteritidis PT4 v modeli in vitro za reprezentatívnych podmienok chovu. Túto myšlienku podporujú aj údaje in vivo od Birda a kol. (135), ktorí pridali kyselinu mravčiu do pitnej vody brojlerových kurčiat počas simulovaného obdobia hladovania pred prepravou, podobného tomu, ktorému podstupujú brojlerové kurčatá hladujúce pred prepravou do závodu na spracovanie hydiny. Pridanie kyseliny mravčej do pitnej vody viedlo k zníženiu počtu S. Typhimurium v ​​hrčke a nadsemenníku a k zníženiu frekvencie hrčiek pozitívnych na S. Typhimurium, ale nie k zníženiu počtu pozitívnych nadsemenníkov (135). Vývoj systémov dodávania, ktoré dokážu chrániť organické kyseliny počas ich aktívneho pôsobenia v dolnom gastrointestinálnom trakte, môže pomôcť zlepšiť účinnosť. Napríklad sa ukázalo, že mikroenkapsulácia kyseliny mravčej a jej pridanie do krmiva znižuje počet Salmonella Enteritidis v obsahu slepého čreva (136). Toto sa však môže líšiť v závislosti od druhu zvieraťa. Napríklad Walia a kol. (137) nepozorovali zníženie Salmonella v slepom čreve alebo lymfatických uzlinách 28-dňových ošípaných kŕmených zmesou kapsúl kyseliny mravčej, kyseliny citrónovej a esenciálneho oleja a hoci sa vylučovanie Salmonella vo výkaloch znížilo na 14. deň, na 28. deň sa neznížilo. Ukázali, že sa zabránilo horizontálnemu prenosu Salmonella medzi ošípanými.
Hoci sa štúdie kyseliny mravčej ako antimikrobiálneho činidla v chove hospodárskych zvierat primárne zameriavali na Salmonelu prenášanú potravinami, existujú aj niektoré štúdie zamerané na iné gastrointestinálne patogény. Štúdie in vitro od Kovandu a kol. (68) naznačujú, že kyselina mravčia môže byť účinná aj proti iným gastrointestinálnym patogénom prenášaným potravinami, vrátane Escherichia coli a Campylobacter jejuni. Skoršie štúdie ukázali, že organické kyseliny (napr. kyselina mliečna) a komerčné zmesi obsahujúce kyselinu mravčiu ako zložku môžu znížiť hladiny Campylobacter u hydiny (135, 138). Ako však už predtým uviedli Beyer a kol. (67), používanie kyseliny mravčej ako antimikrobiálneho činidla proti Campylobacter si môže vyžadovať opatrnosť. Toto zistenie je obzvlášť problematické pri dopĺňaní stravy u hydiny, pretože kyselina mravčia je primárnym zdrojom energie na dýchanie pre C. jejuni. Okrem toho sa predpokladá, že časť jeho gastrointestinálnej niky je spôsobená metabolickým krížovým kŕmením so zmiešanými produktmi kyslej fermentácie produkovanými gastrointestinálnymi baktériami, ako je napríklad mravčan (139). Tento názor má určitý základ. Keďže mravčan je chemoatraktantom pre C. jejuni, dvojité mutanty s defektmi mravčandehydrogenázy aj hydrogenázy majú zníženú mieru kolonizácie slepého čreva u brojlerových kurčiat v porovnaní s divokými kmeňmi C. jejuni (140, 141). Stále nie je jasné, do akej miery externá suplementácia kyselinou mravčou ovplyvňuje kolonizáciu gastrointestinálneho traktu C. jejuni u kurčiat. Skutočné koncentrácie mravčanu v gastrointestinálnom trakte môžu byť nižšie v dôsledku katabolizmu mravčanu inými gastrointestinálnymi baktériami alebo absorpcie mravčanu v hornej časti gastrointestinálneho traktu, takže to môže ovplyvniť niekoľko premenných. Okrem toho je mravčan potenciálnym fermentačným produktom produkovaným niektorými gastrointestinálnymi baktériami, čo môže ovplyvniť celkové hladiny mravčanu v gastrointestinálnom trakte. Kvantifikácia mravčanu v gastrointestinálnom obsahu a identifikácia génov mravčandehydrogenázy pomocou metagenomiky môže objasniť niektoré aspekty ekológie mikroorganizmov produkujúcich mravčan.
Roth a kol. (142) porovnávali účinky kŕmenia brojlerových kurčiat antibiotikom enrofloxacín alebo zmesou kyseliny mravčej, octovej a propiónovej na prevalenciu Escherichia coli rezistentnej na antibiotiká. Celkové a antibiotikum rezistentné izoláty E. coli boli počítané v združených vzorkách trusu od 1-dňových brojlerových kurčiat a vo vzorkách obsahu slepého čreva od 14- a 38-dňových brojlerových kurčiat. Izoláty E. coli boli testované na rezistenciu na ampicilín, cefotaxím, ciprofloxacín, streptomycín, sulfametoxazol a tetracyklín podľa predtým stanovených hraničných hodnôt pre každé antibiotikum. Keď boli príslušné populácie E. coli kvantifikované a charakterizované, ani enrofloxacín, ani doplnok kyslého kokteilu nezmenili celkový počet E. coli izolovaných z slepého čreva 17- a 28-dňových brojlerových kurčiat. Vtáky kŕmené krmivom s prídavkom enrofloxacínu mali zvýšené hladiny E. coli rezistentnej na ciprofloxacín, streptomycín, sulfametoxazol a tetracyklín a znížené hladiny E. coli rezistentnej na cefotaxím v slepom čreve. Vtáky kŕmené kokteilom mali v slepom čreve znížený počet E. coli rezistentných na ampicilín a tetracyklín v porovnaní s kontrolnou skupinou a vtákmi s prídavkom enrofloxacínu. Vtáky kŕmené zmesou kyselín mali tiež zníženie počtu E. coli rezistentných na ciprofloxacín a sulfametoxazol v slepom čreve v porovnaní s vtákmi kŕmenými enrofloxacínom. Mechanizmus, ktorým kyseliny znižujú počet E. coli rezistentných na antibiotiká bez zníženia celkového počtu E. coli, je stále nejasný. Výsledky štúdie Rotha a kol. sú však v súlade s výsledkami skupiny s enrofloxacínom. (142) To môže naznačovať znížené šírenie génov rezistencie na antibiotiká v E. coli, ako sú napríklad plazmidom viazané inhibítory opísané Cabezonom a kol. (143). Bolo by zaujímavé vykonať hlbšiu analýzu plazmidmi sprostredkovanej antibiotickej rezistencie v gastrointestinálnej populácii hydiny v prítomnosti kŕmnych doplnkových látok, ako je kyselina mravčia, a túto analýzu ďalej spresniť posúdením gastrointestinálneho rezistencie.
Vývoj optimálnych antimikrobiálnych kŕmnych doplnkových látok proti patogénom by mal mať ideálne minimálny vplyv na celkovú gastrointestinálnu flóru, najmä na tú mikrobiotu, ktorá sa považuje za prospešnú pre hostiteľa. Exogénne podávané organické kyseliny však môžu mať škodlivé účinky na rezidentnú gastrointestinálnu mikrobiotu a do istej miery negovať jej ochranné vlastnosti proti patogénom. Napríklad Thompson a Hinton (129) pozorovali znížené hladiny kyseliny mliečnej v plodinách u nosníc kŕmených zmesou kyseliny mravčej a propiónovej, čo naznačuje, že prítomnosť týchto exogénnych organických kyselín v plodinách viedla k zníženiu počtu laktobacilov v plodinách. Laktobacily v plodinách sa považujú za bariéru pre salmonelu, a preto narušenie tejto rezidentnej mikrobioty v plodinách môže byť škodlivé pre úspešné zníženie kolonizácie gastrointestinálneho traktu salmonelou (144). Açıkgöz a kol. zistili, že účinky vtákov na dolný gastrointestinálny trakt môžu byť nižšie. (145) Neboli zistené žiadne rozdiely v celkovej črevnej flóre ani v počte Escherichia coli u 42-dňových brojlerových kurčiat, ktoré pili vodu okyslenú kyselinou mravčou. Autori naznačili, že to môže byť spôsobené metabolizáciou mravčanu v hornej časti gastrointestinálneho traktu, ako pozorovali aj iní výskumníci pri exogénne podávaných mastných kyselinách s krátkym reťazcom (SCFA) (128, 129).
Ochrana kyseliny mravčej prostredníctvom nejakej formy enkapsulácie môže pomôcť jej dosiahnuť dolný gastrointestinálny trakt. (146) poznamenal, že mikroenkapsulovaná kyselina mravčia významne zvýšila celkový obsah mastných kyselín s krátkym reťazcom (SCFA) v slepom čreve ošípaných v porovnaní s ošípanými kŕmenými nechránenou kyselinou mravčou. Tento výsledok viedol autorov k domnienke, že kyselina mravčia sa môže účinne dostať do dolného gastrointestinálneho traktu, ak je správne chránená. Niekoľko ďalších parametrov, ako sú koncentrácie mravčanu a laktátu, hoci boli vyššie ako u ošípaných kŕmených kontrolnou stravou, sa však štatisticky nelíšilo od koncentrácií u ošípaných kŕmených nechránenou stravou mravčou. Hoci ošípané kŕmené nechránenou aj chránenou kyselinou mravčou vykazovali takmer trojnásobný nárast kyseliny mliečnej, počet laktobacilov sa pri žiadnej z týchto metód nezmenil. Rozdiely môžu byť výraznejšie u iných mikroorganizmov produkujúcich kyselinu mliečnu v slepom čreve (1), ktoré nie sú týmito metódami detegované a/alebo (2), ktorých metabolická aktivita je ovplyvnená, čím sa mení fermentačný vzorec tak, že rezidentné laktobacily produkujú viac kyseliny mliečnej.
Na presnejšie štúdium účinkov kŕmnych doplnkových látok na gastrointestinálny trakt hospodárskych zvierat sú potrebné metódy mikrobiálnej identifikácie s vyšším rozlíšením. V posledných rokoch sa na identifikáciu taxónov mikrobiómu a porovnanie diverzity mikrobiálnych spoločenstiev použilo sekvenovanie novej generácie (NGS) génu 16S RNA (147), čo poskytlo lepšie pochopenie interakcií medzi kŕmnymi doplnkovými látkami a gastrointestinálnou mikrobiotou hospodárskych zvierat, ako je hydina.
Niekoľko štúdií použilo sekvenovanie mikrobiómu na vyhodnotenie reakcie gastrointestinálneho mikrobiómu kurčiat na suplementáciu formiátom. Oakley a kol. (148) vykonali štúdiu na 42-dňových brojlerových kurčatách, ktorým boli v pitnej vode alebo krmive podávané rôzne kombinácie kyseliny mravčej, kyseliny propiónovej a mastných kyselín so stredne dlhým reťazcom. Imunizované kurčatá boli vystavené infekcii kmeňom Salmonella typhimurium rezistentným na kyselinu nalidixovú a ich slepé črevo bolo odstránené vo veku 0, 7, 21 a 42 dní. Vzorky slepého čreva boli pripravené na 454 pyrosekvenovaní a výsledky sekvenovania boli vyhodnotené na klasifikáciu a porovnanie podobnosti. Celkovo liečba významne neovplyvnila slepý mikrobióm ani hladiny S. Typhimurium. Celková miera detekcie Salmonely sa však s pribúdajúcim vekom vtákov znižovala, čo potvrdila taxonomická analýza mikrobiómu, a relatívna abundancia sekvencií Salmonella sa tiež časom znižovala. Autori poznamenávajú, že s pribúdajúcim vekom brojlerov sa zvyšovala diverzita mikrobiálnej populácie slepého čreva, pričom najvýznamnejšie zmeny boli pozorované vo všetkých liečebných skupinách. V nedávnej štúdii Hu a kol. (149) porovnávali účinky pitnej vody a kŕmenia stravou doplnenou zmesou organických kyselín (kyselina mravčia, kyselina octová, kyselina propiónová a mravčan amónny) a virginiamycínu na vzorky cekálneho mikrobiómu brojlerových kurčiat odobratých v dvoch štádiách (1 – 21 dní a 22 – 42 dní). Hoci sa medzi liečebnými skupinami vo veku 21 dní pozorovali určité rozdiely v diverzite cekálneho mikrobiómu, vo veku 42 dní sa nezistili žiadne rozdiely v diverzite α- alebo β-baktérií. Vzhľadom na absenciu rozdielov vo veku 42 dní autori predpokladali, že výhoda rastu môže byť spôsobená skorším vytvorením optimálne diverzného mikrobiómu.
Analýza mikrobiómu zameraná iba na mikrobiálnu komunitu slepého čreva nemusí odrážať, v ktorej časti gastrointestinálneho traktu sa vyskytuje väčšina účinkov organických kyselín z potravy. Mikrobióm horného gastrointestinálneho traktu brojlerových kurčiat môže byť náchylnejší na účinky organických kyselín z potravy, ako naznačujú výsledky Humea a kol. (128). Hume a kol. (128) preukázali, že väčšina exogénne pridaného propionátu sa absorbovala v hornom gastrointestinálnom trakte vtákov. Tento názor podporujú aj nedávne štúdie o charakterizácii gastrointestinálnych mikroorganizmov. Nava a kol. (150) preukázali, že kombinácia zmesi organických kyselín [kyselina DL-2-hydroxy-4(metyltio)maslová], kyseliny mravčej a kyseliny propiónovej (HFP) ovplyvnila črevnú mikrobiotu a zvýšila kolonizáciu Lactobacillus v ileu kurčiat. Nedávno Goodarzi Borojeni a kol. (150) preukázali, že kombinácia zmesi organických kyselín [kyselina DL-2-hydroxy-4(metyltio)maslová], kyseliny mravčej a kyseliny propiónovej (HFP) ovplyvnila črevnú mikrobiotu a zvýšila kolonizáciu Lactobacillus v ileu kurčiat. (151) skúmali kŕmenie brojlerových kurčiat zmesou kyseliny mravčej a kyseliny propiónovej v dvoch koncentráciách (0,75 % a 1,50 %) počas 35 dní. Na konci experimentu boli odstránené volíno, žalúdok, distálne dve tretiny ilea a slepé črevo a boli odobraté vzorky na kvantitatívnu analýzu špecifickej gastrointestinálnej flóry a metabolitov pomocou RT-PCR. V kultúre koncentrácia organických kyselín neovplyvnila početnosť Lactobacillus alebo Bifidobacterium, ale zvýšila populáciu Clostridium. V ileu boli jedinými zmenami pokles Lactobacillus a Enterobacter, zatiaľ čo v slepom čreve zostala táto flóra nezmenená (151). Pri najvyššej koncentrácii doplnku organických kyselín sa celková koncentrácia kyseliny mliečnej (D a L) v plodidle znížila, koncentrácia oboch organických kyselín sa znížila v žalúdku a koncentrácia organických kyselín bola nižšia v slepom čreve. V ileu nedošlo k žiadnym zmenám. Pokiaľ ide o mastné kyseliny s krátkym reťazcom (SCFA), jedinou zmenou v plodidle a žalúdku vtákov kŕmených organickými kyselinami bola hladina propionátu. Vtáky kŕmené nižšou koncentráciou organickej kyseliny vykazovali takmer desaťnásobný nárast propionátu v plodidle, zatiaľ čo vtáky kŕmené dvoma koncentráciami organickej kyseliny vykazovali osemnásobný a pätnásťnásobný nárast propionátu v žalúdku. Nárast acetátu v ileu bol menej ako dvojnásobný. Celkovo tieto údaje podporujú názor, že väčšina účinkov vonkajšej aplikácie organických kyselín bola evidentná vo výťažku, zatiaľ čo organické kyseliny mali minimálny vplyv na mikrobiálnu komunitu dolného gastrointestinálneho traktu, čo naznačuje, že fermentačné vzorce rezidentnej flóry horného gastrointestinálneho traktu mohli byť zmenené.
Je zrejmé, že na úplné objasnenie mikrobiálnych reakcií na formiát v celom gastrointestinálnom trakte je potrebná hlbšia charakterizácia mikrobiómu. Hlbšia analýza mikrobiálnej taxonómie špecifických gastrointestinálnych kompartmentov, najmä horných kompartmentov, ako je napríklad volína, môže poskytnúť ďalší pohľad na výber určitých skupín mikroorganizmov. Ich metabolické a enzymatické aktivity môžu tiež určiť, či majú antagonistický vzťah s patogénmi vstupujúcimi do gastrointestinálneho traktu. Bolo by tiež zaujímavé vykonať metagenomické analýzy, aby sa zistilo, či vystavenie kyslým chemickým prísadám počas života vtákov selektuje viac „kyselinovo tolerantných“ rezidentných baktérií a či by prítomnosť a/alebo metabolická aktivita týchto baktérií predstavovala ďalšiu bariéru kolonizácie patogénmi.
Kyselina mravčia sa už mnoho rokov používa ako chemická prísada do krmiva pre zvieratá a ako okysľovač siláže. Jedným z jej hlavných použití je jej antimikrobiálny účinok na obmedzenie počtu patogénov v krmive a ich následnej kolonizácie v gastrointestinálnom trakte vtákov. Štúdie in vitro ukázali, že kyselina mravčia je relatívne účinné antimikrobiálne činidlo proti salmonele a iným patogénom. Použitie kyseliny mravčej v kŕmnych matriciach však môže byť obmedzené vysokým množstvom organickej hmoty v kŕmnych zložkách a ich potenciálnou pufrovacou kapacitou. Zdá sa, že kyselina mravčia má antagonistický účinok na salmonelu a iné patogény pri požití prostredníctvom krmiva alebo pitnej vody. Tento antagonizmus sa však vyskytuje predovšetkým v hornom gastrointestinálnom trakte, pretože koncentrácie kyseliny mravčej sa môžu v dolnom gastrointestinálnom trakte znížiť, ako je to v prípade kyseliny propiónovej. Koncept ochrany kyseliny mravčej prostredníctvom enkapsulácie ponúka potenciálny prístup k dodávaniu väčšieho množstva kyseliny do dolného gastrointestinálneho traktu. Štúdie ďalej ukázali, že zmes organických kyselín je účinnejšia pri zlepšovaní výkonnosti hydiny ako podávanie jednej kyseliny (152). Campylobacter v gastrointestinálnom trakte môže reagovať na mravčan odlišne, pretože dokáže využiť mravčan ako donor elektrónov a mravčan je jeho hlavným zdrojom energie. Nie je jasné, či by zvýšenie koncentrácie mravčanu v gastrointestinálnom trakte bolo pre Campylobacter prospešné, a nemusí k tomu dôjsť v závislosti od inej gastrointestinálnej flóry, ktorá dokáže mravčan ako substrát využívať.
Na preskúmanie účinkov kyseliny mravčej v gastrointestinálnom trakte na nepatogénne rezidentné gastrointestinálne mikróby sú potrebné ďalšie štúdie. Uprednostňujeme selektívne zacielenie na patogény bez narušenia členov gastrointestinálneho mikrobiómu, ktorí sú prospešní pre hostiteľa. To si však vyžaduje hlbšiu analýzu mikrobiómovej sekvencie týchto rezidentných gastrointestinálnych mikrobiálnych spoločenstiev. Hoci bolo publikovaných niekoľko štúdií o cekálnom mikrobióme vtákov liečených kyselinou mravčou, je potrebné venovať väčšiu pozornosť mikrobiálnej komunite horného gastrointestinálneho traktu. Identifikácia mikroorganizmov a porovnanie podobností medzi gastrointestinálnymi mikrobiálnymi spoločenstvami v prítomnosti alebo neprítomnosti kyseliny mravčej môže byť neúplným popisom. Na charakterizáciu funkčných rozdielov medzi kompozične podobnými skupinami sú potrebné ďalšie analýzy vrátane metabolomiky a metagenomiky. Takáto charakterizácia je kľúčová pre stanovenie vzťahu medzi gastrointestinálnou mikrobiálnou komunitou a reakciami vtákov na látky zlepšujúce výkonnosť na báze kyseliny mravčej. Kombinácia viacerých prístupov na presnejšiu charakterizáciu gastrointestinálnej funkcie by mala umožniť vývoj účinnejších stratégií suplementácie organickými kyselinami a v konečnom dôsledku zlepšiť predpovede optimálneho zdravia a výkonnosti vtákov a zároveň obmedziť riziká bezpečnosti potravín.
SR napísal túto recenziu s pomocou DD a KR. Všetci autori významne prispeli k práci prezentovanej v tejto recenzii.
Autori vyhlasujú, že táto recenzia bola financovaná spoločnosťou Anitox Corporation na začatie písania a publikovania tejto recenzie. Financovatelia nemali žiadny vplyv na názory a závery vyjadrené v tomto recenznom článku ani na rozhodnutie o jeho publikovaní.
Zvyšní autori vyhlasujú, že výskum bol vykonaný bez akýchkoľvek obchodných alebo finančných vzťahov, ktoré by sa mohli interpretovať ako potenciálny konflikt záujmov.
Dr. DD by rád poďakoval za podporu zo strany University of Arkansas Graduate School prostredníctvom Distinguished Teaching Fellowship, ako aj za prebiehajúcu podporu zo strany University of Arkansas Cell and Molecular Biology Program a Katedry potravinárskych vied. Autori by sa tiež chceli poďakovať spoločnosti Anitox za počiatočnú podporu pri písaní tejto recenzie.
1. Dibner JJ, Richards JD. Použitie antibiotických rastových stimulátorov v poľnohospodárstve: história a mechanizmy účinku. Poultry Science (2005) 84:634–43. doi: 10.1093/ps/84.4.634
2. Jones FT, Rick SC. História vývoja a sledovania antimikrobiálnych látok v krmivách pre hydinu. Poultry Science (2003) 82:613–7. doi: 10.1093/ps/82.4.613
3. Broom LJ. Subinhibičná teória antibiotických rastových stimulátorov. Poultry Science (2017) 96:3104–5. doi: 10.3382/ps/pex114
4. Sorum H, L'Abe-Lund TM. Rezistencia na antibiotiká u baktérií pochádzajúcich z potravín – dôsledky narušenia globálnych bakteriálnych genetických sietí. 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. Kŕmne doplnkové látky na kontrolu salmonely v krmive. World Journal of Poultry Science (2002) 58:501–13. doi: 10.1079/WPS20020036
6. Angulo FJ, Baker NL, Olsen SJ, Anderson A, Barrett TJ. Používanie antimikrobiálnych látok v poľnohospodárstve: kontrola prenosu antimikrobiálnej rezistencie na ľudí. Semináre o detských infekčných chorobách (2004) 15:78–85. doi: 10.1053/j.spid.2004.01.010
7. Lekshmi M, Ammini P, Kumar S, Varela MF. Prostredie výroby potravín a vývoj antimikrobiálnej rezistencie u ľudských patogénov živočíšneho pôvodu. Microbiology (2017) 5:11. doi: 10.3390/microorganisms5010011
8. Lourenço JM, Seidel DS, Callaway TR. Kapitola 9: Antibiotiká a funkcia čriev: história a súčasný stav. In: Ricke SC, ed. Zlepšenie zdravia čriev u hydiny. Cambridge: Burley Dodd (2020). Strany 189–204. DOI: 10.19103/AS2019.0059.10
9. Rick SC. č. 8: Hygiena krmív. In: Dewulf J, van Immerzeel F, ed. Biologická bezpečnosť v živočíšnej výrobe a veterinárnej medicíne. Leuven: ACCO (2017). Strany 144–76.