Aquest article forma part del tema de recerca "Ús d'antimicrobians, resistència antimicrobiana i el microbioma dels animals destinats a l'alimentació". Veure tots els 13 articles
Els àcids orgànics continuen tenint una gran demanda com a additius per a l'alimentació animal. Fins ara, l'atenció s'ha centrat en la seguretat alimentària, en particular en la reducció de la incidència de patògens transmesos pels aliments en aus de corral i altres animals. Actualment s'estan estudiant o ja s'utilitzen comercialment diversos àcids orgànics. Entre els molts àcids orgànics que s'han estudiat àmpliament, l'àcid fòrmic n'és un. L'àcid fòrmic s'afegeix a les dietes de les aus de corral per limitar la presència de Salmonella i altres patògens transmesos pels aliments en l'alimentació i en el tracte gastrointestinal després de la ingestió. A mesura que creix la comprensió de l'eficàcia i l'impacte de l'àcid fòrmic en l'hoste i els patògens transmesos pels aliments, es fa evident que la presència d'àcid fòrmic pot desencadenar vies específiques en Salmonella. Aquesta resposta pot esdevenir més complexa quan l'àcid fòrmic entra al tracte gastrointestinal i interactua no només amb Salmonella que ja colonitza el tracte gastrointestinal, sinó també amb la flora microbiana de l'intestí. La revisió examinarà els resultats actuals i les perspectives per a futures investigacions sobre el microbioma de les aus de corral i els aliments tractats amb àcid fòrmic.
Tant en la producció ramadera com en la avícola, el repte és desenvolupar estratègies de gestió que optimitzin el creixement i la productivitat alhora que limitin els riscos per a la seguretat alimentària. Històricament, l'administració d'antibiòtics a concentracions subterapèutiques ha millorat la salut, el benestar i la productivitat dels animals (1-3). Des de la perspectiva del mecanisme d'acció, s'ha proposat que els antibiòtics administrats a concentracions subinhibitòries medien les respostes de l'hoste modulant la flora gastrointestinal (GI) i, al seu torn, les seves interaccions amb l'hoste (3). Tanmateix, les preocupacions contínues sobre la possible propagació de patògens transmesos pels aliments resistents als antibiòtics i la seva possible associació amb infeccions resistents als antibiòtics en humans han portat a la retirada gradual de l'ús d'antibiòtics en animals destinats a l'alimentació (4-8). Per tant, el desenvolupament d'additius i millorants per a pinsos que compleixin almenys alguns d'aquests requisits (millora de la salut, el benestar i la productivitat dels animals) és de gran interès tant des de la perspectiva de la recerca acadèmica com del desenvolupament comercial (5, 9). Una varietat d'additius comercials per a pinsos han entrat al mercat dels aliments per a animals, inclosos probiòtics, prebiòtics, olis essencials i compostos relacionats de diverses fonts vegetals, i productes químics com els aldehids (10-14). Altres additius comercials per a pinsos que s'utilitzen habitualment en aus de corral inclouen bacteriòfags, òxid de zinc, enzims exògens, productes d'exclusió competitiva i compostos àcids (15, 16).
Entre els additius químics existents per a pinsos, els aldehids i els àcids orgànics han estat històricament els compostos més estudiats i utilitzats (12, 17-21). Els àcids orgànics, en particular els àcids grassos de cadena curta (AGCC), són antagonistes ben coneguts dels bacteris patògens. Aquests àcids orgànics s'utilitzen com a additius per a pinsos no només per limitar la presència de patògens a la matriu alimentària, sinó també per exercir efectes actius sobre la funció gastrointestinal (17, 20-24). A més, els AGCC es produeixen per fermentació per la flora intestinal al tracte digestiu i es creu que tenen un paper mecanístic en la capacitat d'alguns probiòtics i prebiòtics per contrarestar els patògens ingerits al tracte gastrointestinal (21, 23, 25).
Al llarg dels anys, diversos àcids grassos de cadena curta (AGCC) han atret molta atenció com a additius per a pinsos. En particular, el propionat, el butirat i el formiat han estat objecte de nombrosos estudis i aplicacions comercials (17, 20, 21, 23, 24, 26). Mentre que els primers estudis es van centrar en el control dels patògens transmesos pels aliments en els pinsos per a animals i aus de corral, estudis més recents han canviat el seu enfocament cap a la millora general del rendiment animal i la salut gastrointestinal (20, 21, 24). L'acetat, el propionat i el butirat han atret molta atenció com a additius per a pinsos d'àcids orgànics, entre els quals l'àcid fòrmic també és un candidat prometedor (21, 23). S'ha centrat molta atenció en els aspectes de seguretat alimentària de l'àcid fòrmic, en particular la reducció de la incidència de patògens transmesos pels aliments en els pinsos per al bestiar. Tanmateix, també s'estan considerant altres possibles usos. L'objectiu general d'aquesta revisió és examinar la història i l'estat actual de l'àcid fòrmic com a millorant de l'alimentació del bestiar (Figura 1). En aquest estudi, examinarem el mecanisme antibacterià de l'àcid fòrmic. A més, analitzarem més de prop els seus efectes sobre el bestiar i les aus de corral i discutirem possibles mètodes per millorar-ne l'eficàcia.
Fig. 1. Mapa mental dels temes tractats en aquesta revisió. En particular, es van centrar els següents objectius generals: descriure la història i l'estat actual de l'àcid fòrmic com a millorant de l'alimentació del bestiar, els mecanismes antimicrobians de l'àcid fòrmic i l'impacte del seu ús en la salut animal i avícola, i els possibles mètodes per millorar l'eficàcia.
La producció de pinsos per a bestiar i aus de corral és una operació complexa que implica múltiples passos, com ara el processament físic del gra (per exemple, la mòlta per reduir la mida de les partícules), el processament tèrmic per a la granulació i l'addició de múltiples nutrients a la dieta segons les necessitats nutricionals específiques de l'animal (27). Donada aquesta complexitat, no és sorprenent que el processament de pinsos exposi el gra a una varietat de factors ambientals abans que arribi a la fàbrica de pinsos, durant la mòlta i, posteriorment, durant el transport i l'alimentació en racions de pinsos compostos (9, 21, 28). Així, al llarg dels anys, s'ha identificat un grup molt divers de microorganismes en els pinsos, que inclouen no només bacteris, sinó també bacteriòfags, fongs i llevats (9, 21, 28-31). Alguns d'aquests contaminants, com ara certs fongs, poden produir micotoxines que representen riscos per a la salut dels animals (32-35).
Les poblacions bacterianes poden ser relativament diverses i depenen en certa mesura dels respectius mètodes utilitzats per a l'aïllament i la identificació de microorganismes, així com de la font de la mostra. Per exemple, el perfil de composició microbiana pot diferir abans del tractament tèrmic associat a la pelletització (36). Tot i que els mètodes clàssics de cultiu i de plaques han proporcionat alguna informació, l'aplicació recent del mètode de seqüenciació de nova generació (NGS) basat en el gen 16S rRNA ha proporcionat una avaluació més completa de la comunitat del microbioma del farratge (9). Quan Solanki et al. (37) van examinar el microbioma bacterià dels grans de blat emmagatzemats durant un període de temps en presència de fosfina, un fumigant per al control d'insectes, van trobar que el microbioma era més divers després de la collita i després de 3 mesos d'emmagatzematge. A més, Solanki et al. (37) (37) van demostrar que Proteobacteria, Firmicutes, Actinobacteria, Bacteroidetes i Planctomyces eren els fílums dominants en els grans de blat, Bacillus, Erwinia i Pseudomonas eren els gèneres dominants, i Enterobacteriaceae constituïen una proporció menor. Basant-se en comparacions taxonòmiques, van concloure que la fumigació amb fosfina alterava significativament les poblacions bacterianes però no afectava la diversitat fúngica.
Solanki et al. (37) van demostrar que les fonts d'alimentació també poden contenir patògens transmesos pels aliments que poden causar problemes de salut pública basant-se en la detecció d'Enterobacteriaceae al microbioma. Patògens transmesos pels aliments com ara Clostridium perfringens, Clostridium botulinum, Salmonella, Campylobacter, Escherichia coli O157:H7 i Listeria monocytogenes s'han associat amb pinsos i ensitjats per a animals (9, 31, 38). Actualment es desconeix la persistència d'altres patògens transmesos pels aliments en pinsos per a animals i aus de corral. Ge et al. (39) van examinar més de 200 ingredients per a pinsos i van aïllar Salmonella, E. coli i Enterococs, però no van detectar E. coli O157:H7 ni Campylobacter. Tanmateix, matrius com el pinso sec poden servir com a font d'E. coli patògena. En rastrejar l'origen d'un brot del 2016 de serogrups O121 i O26 d'Escherichia coli productora de toxina Shiga (STEC) associats amb malalties humanes, Crowe et al. (40) van utilitzar la seqüenciació del genoma complet per comparar els aïllats clínics amb els aïllats obtinguts de productes alimentaris. Basant-se en aquesta comparació, van concloure que la font probable era la farina de blat crua amb baixa humitat procedent de molins de farina. El baix contingut d'humitat de la farina de blat suggereix que les STEC també poden sobreviure en pinsos amb baixa humitat. Tanmateix, com assenyalen Crowe et al. (40), l'aïllament de les STEC de mostres de farina és difícil i requereix mètodes de separació immunomagnètica per recuperar un nombre suficient de cèl·lules bacterianes. Processos de diagnòstic similars també poden complicar la detecció i l'aïllament de patògens rars transmesos pels aliments en pinsos. La dificultat de detecció també pot ser deguda a la llarga persistència d'aquests patògens en matrius amb baixa humitat. Forghani et al. (41) va demostrar que la farina de blat emmagatzemada a temperatura ambient i inoculada amb una barreja dels serogrups O45, O121 i O145 d'Escherichia coli enterohemorràgica (EHEC) i Salmonella (S. Typhimurium, S. Agona, S. Enteritidis i S. Anatum) era quantificable als 84 i 112 dies i encara detectable a les 24 i 52 setmanes.
Històricament, el Campylobacter mai s'ha aïllat dels pinsos per a animals i aus de corral mitjançant mètodes de cultiu tradicionals (38, 39), tot i que el Campylobacter es pot aïllar fàcilment del tracte gastrointestinal de les aus de corral i els productes avícoles (42, 43). Tanmateix, els pinsos encara tenen els seus avantatges com a font potencial. Per exemple, Alves et al. (44) van demostrar que la inoculació de pinsos per a pollastres engreixats amb C. jejuni i el posterior emmagatzematge del pinso a dues temperatures diferents durant 3 o 5 dies va resultar en la recuperació de C. jejuni viable i, en alguns casos, fins i tot en la seva proliferació. Van concloure que C. jejuni pot sobreviure en pinsos per a aus de corral i, per tant, pot ser una font potencial d'infecció per als pollastres.
La contaminació per Salmonella dels pinsos per a animals i aus de corral ha rebut molta atenció en el passat i continua sent un focus d'esforços continus per desenvolupar mètodes de detecció específicament aplicables als pinsos i per trobar mesures de control més efectives (12, 26, 30, 45–53). Al llarg dels anys, molts estudis han examinat l'aïllament i la caracterització de Salmonella en diversos establiments de pinsos i fàbriques de pinsos (38, 39, 54–61). En general, aquests estudis indiquen que la Salmonella es pot aïllar d'una varietat d'ingredients de pinsos, fonts de pinsos, tipus de pinsos i operacions de fabricació de pinsos. Les taxes de prevalença i els serotips predominants de Salmonella aïllats també van variar. Per exemple, Li et al. (57) van confirmar la presència de Salmonella spp. Es va detectar en el 12,5% de les 2058 mostres recollides de pinsos complets per a animals, ingredients de pinsos, aliments per a mascotes, llaminadures per a mascotes i suplements per a mascotes durant el període de recollida de dades del 2002 al 2009. A més, els serotips més comuns detectats en el 12,5% de les mostres de Salmonella que van donar positiu van ser S. Senftenberg i S. Montevideo (57). En un estudi d'aliments llestos per al consum i subproductes de pinsos a Texas, Hsieh et al. (58) van informar que la prevalença més alta de Salmonella es trobava en la farina de peix, seguida de les proteïnes animals, amb S. Mbanka i S. Montevideo com els serotips més comuns. Les fàbriques de pinsos també presenten diversos punts potencials de contaminació dels pinsos durant la barreja i l'addició d'ingredients (9, 56, 61). Magossi et al. (61) van poder demostrar que es poden produir múltiples punts de contaminació durant la producció de pinsos als Estats Units. De fet, Magossi et al. (61) van trobar almenys un cultiu positiu de Salmonella en 11 fàbriques de pinsos (12 llocs de mostreig en total) en vuit estats dels Estats Units. Donat el potencial de contaminació per Salmonella durant la manipulació, el transport i l'alimentació diària dels pinsos, no és sorprenent que s'estiguin fent esforços significatius per desenvolupar additius per a pinsos que puguin reduir i mantenir baixos nivells de contaminació microbiana durant tot el cicle de producció animal.
Se sap poca cosa sobre el mecanisme de la resposta específica de Salmonella a l'àcid fòrmic. Tanmateix, Huang et al. (62) van indicar que l'àcid fòrmic és present a l'intestí prim dels mamífers i que Salmonella spp. són capaços de produir àcid fòrmic. Huang et al. (62) van utilitzar una sèrie de mutants de deleció de vies clau per detectar l'expressió dels gens de virulència de Salmonella i van descobrir que el formiat pot actuar com un senyal difusible per induir Salmonella a envair les cèl·lules epitelials Hep-2. Recentment, Liu et al. (63) van aïllar un transportador de formiat, FocA, de Salmonella typhimurium que funciona com un canal de formiat específic a pH 7.0, però també pot funcionar com un canal d'exportació passiu a pH extern alt o com un canal secundari actiu d'importació de formiat/ions d'hidrogen a pH baix. Tanmateix, aquest estudi es va realitzar només en un serotip de S. Typhimurium. La pregunta continua sent si tots els serotips responen a l'àcid fòrmic mitjançant mecanismes similars. Aquesta continua sent una qüestió de recerca crítica que s'hauria d'abordar en futurs estudis. Independentment dels resultats, continua sent prudent utilitzar múltiples serotips de Salmonella o fins i tot múltiples soques de cada serotip en experiments de cribratge a l'hora de desenvolupar recomanacions generals per a l'ús de suplements àcids per reduir els nivells de Salmonella en els pinsos. Els enfocaments més nous, com ara l'ús de codis de barres genètics per codificar soques per distingir diferents subgrups del mateix serotip (9, 64), ofereixen l'oportunitat de discernir diferències més subtils que poden afectar les conclusions i la interpretació de les diferències.
La naturalesa química i la forma de dissociació del formiat també poden ser importants. En una sèrie d'estudis, Beyer et al. (65–67) van demostrar que la inhibició d'Enterococcus faecium, Campylobacter jejuni i Campylobacter coli es correlacionava amb la quantitat d'àcid fòrmic dissociat i era independent del pH o de l'àcid fòrmic no dissociat. La forma química del formiat a la qual estan exposats els bacteris també sembla ser important. Kovanda et al. (68) van examinar diversos organismes gramnegatius i grampositius i van comparar les concentracions mínimes inhibitòries (CMI) del formiat de sodi (500–25.000 mg/L) i una barreja de formiat de sodi i formiat lliure (40/60 m/v; 10–10.000 mg/L). Basant-se en els valors de la concentració mínima inhibitòria (CMI), van descobrir que el formiat de sodi només inhibia Campylobacter jejuni, Clostridium perfringens, Streptococcus suis i Streptococcus pneumoniae, però no Escherichia coli, Salmonella typhimurium o Enterococcus faecalis. En canvi, una barreja de formiat de sodi i formiat de sodi lliure inhibia tots els organismes, cosa que va portar els autors a concloure que l'àcid fòrmic lliure posseeix la majoria de les propietats antimicrobianes. Seria interessant examinar diferents proporcions d'aquestes dues formes químiques per determinar si el rang de valors de CMI es correlaciona amb el nivell d'àcid fòrmic present a la fórmula mixta i la resposta al 100% d'àcid fòrmic.
Gomez-García et al. (69) van provar combinacions d'olis essencials i àcids orgànics (com l'àcid fòrmic) contra múltiples aïllats d'Escherichia coli, Salmonella i Clostridium perfringens obtinguts de porcs. Van provar l'eficàcia de sis àcids orgànics, inclòs l'àcid fòrmic, i sis olis essencials contra els aïllats de porc, utilitzant formaldehid com a control positiu. Gomez-García et al. (69) van determinar la MIC50, la MBC50 i la MIC50/MBC50 de l'àcid fòrmic contra Escherichia coli (600 i 2400 ppm, 4), Salmonella (600 i 2400 ppm, 4) i Clostridium perfringens (1200 i 2400 ppm, 2), entre els quals es va trobar que l'àcid fòrmic era més eficaç que tots els àcids orgànics contra E. coli i Salmonella. (69) L'àcid fòrmic és eficaç contra Escherichia coli i Salmonella a causa de la seva petita mida molecular i la seva cadena llarga (70).
Beyer et al. van examinar soques de Campylobacter aïllades de porcs (66) i soques de Campylobacter jejuni aïllades de pollastre (67) i van demostrar que l'àcid fòrmic es dissocia a concentracions consistents amb les respostes de concentració mínima inhibitòria (CMI) mesurades per a altres àcids orgànics. Tanmateix, les potències relatives d'aquests àcids, inclòs l'àcid fòrmic, s'han qüestionat perquè el Campylobacter pot utilitzar aquests àcids com a substrats (66, 67). La utilització d'àcids de C. jejuni no és sorprenent perquè s'ha demostrat que té un metabolisme no glicolític. Per tant, C. jejuni té una capacitat limitada per al catabolisme dels carbohidrats i depèn de la gluconeogènesi a partir d'aminoàcids i àcids orgànics per a la major part del seu metabolisme energètic i activitat biosintètica (71, 72). Un estudi primerenc de Line et al. (73) va utilitzar una matriu fenotípica que contenia 190 fonts de carboni i va mostrar que C. jejuni 11168(GS) pot utilitzar àcids orgànics com a fonts de carboni, la majoria dels quals són intermediaris del cicle de l'àcid tricarboxílic. Estudis posteriors de Wagli et al. (74) utilitzant una matriu d'utilització fenotípica de carboni va mostrar que les soques de C. jejuni i E. coli examinades en el seu estudi són capaces de créixer en àcids orgànics com a font de carboni. El formiat és el principal donant d'electrons per al metabolisme energètic respiratori de C. jejuni i, per tant, la principal font d'energia per a C. jejuni (71, 75). C. jejuni és capaç d'utilitzar el formiat com a donant d'hidrogen a través d'un complex de formiat deshidrogenasa unit a la membrana que oxida el formiat a diòxid de carboni, protons i electrons i serveix com a donant d'electrons per a la respiració (72).
L'àcid fòrmic té una llarga història d'ús com a millorant antimicrobià dels aliments, però alguns insectes també poden produir àcid fòrmic per al seu ús com a producte químic de defensa antimicrobiana. Rossini et al. (76) van suggerir que l'àcid fòrmic podria ser un constituent de la saba àcida de les formigues descrita per Ray (77) fa gairebé 350 anys. Des de llavors, la nostra comprensió de la producció d'àcid fòrmic en formigues i altres insectes ha augmentat considerablement, i ara se sap que aquest procés forma part d'un sistema complex de defensa contra toxines en insectes (78). Diversos grups d'insectes, com ara les abelles sense fibló, les formigues punxegudes (Hymenoptera: Apidae), els escarabats terrestres (Galerita lecontei i G. janus), les formigues sense fibló (Formicinae) i algunes larves d'arna (Lepidoptera: Myrmecophaga), són coneguts per produir àcid fòrmic com a producte químic defensiu (76, 78–82).
Les formigues són potser les més ben caracteritzades perquè tenen acicòcits, obertures especialitzades que els permeten ruixar un verí compost principalment d'àcid fòrmic (82). Les formigues utilitzen la serina com a precursor i emmagatzemen grans quantitats de formiat a les seves glàndules verinoses, que estan prou aïllades per protegir les formigues hostes de la citotoxicitat del formiat fins que es ruixa (78, 83). L'àcid fòrmic que secreten pot (1) servir com a feromona d'alarma per atraure altres formigues; (2) ser una substància química defensiva contra competidors i depredadors; i (3) actuar com a agent antifúngic i antibacterià quan es combina amb resina com a part del material del niu (78, 82, 84–88). L'àcid fòrmic produït per les formigues té propietats antimicrobianes, cosa que suggereix que es podria utilitzar com a additiu tòpic. Això ho van demostrar Bruch et al. (88), que van afegir àcid fòrmic sintètic a la resina i van millorar significativament l'activitat antifúngica. Una prova més de l'eficàcia de l'àcid fòrmic i la seva utilitat biològica és que els formiguers gegants, que no són capaços de produir àcid estomacal, consumeixen formigues que contenen àcid fòrmic per obtenir àcid fòrmic concentrat com a àcid digestiu alternatiu (89).
L'ús pràctic de l'àcid fòrmic en l'agricultura s'ha considerat i estudiat durant molts anys. En particular, l'àcid fòrmic es pot utilitzar com a additiu per a pinsos i ensitjats. El formiat de sodi, tant en forma sòlida com líquida, es considera segur per a totes les espècies animals, els consumidors i el medi ambient (90). Segons la seva avaluació (90), una concentració màxima de 10.000 mg d'equivalents d'àcid fòrmic/kg de pinso es va considerar segura per a totes les espècies animals, mentre que una concentració màxima de 12.000 mg d'equivalents d'àcid fòrmic/kg de pinso es va considerar segura per als porcs. L'ús de l'àcid fòrmic com a millorant de l'alimentació animal s'ha estudiat durant molts anys. Es considera que té valor comercial com a conservant d'ensitjat i agent antimicrobià en pinsos per a animals i aus de corral.
Els additius químics com els àcids sempre han estat un element integral en la producció d'ensilat i la gestió de l'alimentació (91, 92). Borreani et al. (91) van assenyalar que per aconseguir una producció òptima d'ensilat d'alta qualitat cal mantenir la qualitat del farratge i, alhora, retenir la major quantitat possible de matèria seca. El resultat d'aquesta optimització és la minimització de les pèrdues en totes les etapes del procés d'ensilat: des de les condicions aeròbiques inicials a la sitja fins a la posterior fermentació, emmagatzematge i reobertura de la sitja per a l'alimentació. Els mètodes específics per optimitzar la producció d'ensilat de camp i la posterior fermentació de l'ensilat s'han discutit en detall en altres llocs (91, 93-95) i no es discutiran en detall aquí. El principal problema és el deteriorament oxidatiu causat per llevats i floridures quan hi ha oxigen a l'ensilat (91, 92). Per tant, s'han introduït inoculants biològics i additius químics per contrarestar els efectes adversos del deteriorament (91, 92). Altres consideracions per als additius per a l'ensilat inclouen la limitació de la propagació de patògens que poden ser presents a l'ensilat (per exemple, E. coli, Listeria i Salmonella patògenes), així com fongs productors de micotoxines (96-98).
Mack et al. (92) van dividir els additius àcids en dues categories. Àcids com els propiònics, acètics, sòrbics i benzoics mantenen l'estabilitat aeròbica de l'ensilat quan s'alimenta als remugants limitant el creixement de llevats i floridures (92). Mack et al. (92) van separar l'àcid fòrmic d'altres àcids i el van considerar un acidificant directe que inhibeix els clostridis i els microorganismes de deteriorament alhora que manté la integritat de la proteïna de l'ensilat. A la pràctica, les seves formes salines són les formes químiques més comunes per evitar les propietats corrosives dels àcids en la forma no salina (91). Molts grups de recerca també han estudiat l'àcid fòrmic com a additiu àcid per a l'ensilat. L'àcid fòrmic és conegut pel seu ràpid potencial acidificant i el seu efecte inhibidor sobre el creixement de microorganismes perjudicials de l'ensilat que redueixen el contingut de proteïnes i carbohidrats solubles en aigua de l'ensilat (99). Per tant, He et al. (92) van comparar l'àcid fòrmic amb additius àcids en l'ensilat. (100) van demostrar que l'àcid fòrmic podia inhibir l'Escherichia coli i reduir el pH de l'ensilat. També es van afegir cultius bacterians que produïen àcid fòrmic i làctic a l'ensilat per estimular l'acidificació i la producció d'àcids orgànics (101). De fet, Cooley et al. (101) van descobrir que quan l'ensilat s'acidificava amb un 3% (p/v) d'àcid fòrmic, la producció d'àcids làctics i fòrmics superava els 800 i 1000 mg d'àcid orgànic/100 g de mostra, respectivament. Mack et al. (92) van revisar detalladament la literatura de recerca sobre additius per a l'ensilat, incloent-hi estudis publicats des del 2000 que se centraven i/o incloïen l'àcid fòrmic i altres àcids. Per tant, aquesta revisió no discutirà estudis individuals en detall, sinó que simplement resumirà alguns punts clau sobre l'eficàcia de l'àcid fòrmic com a additiu químic per a l'ensilat. S'ha estudiat tant l'àcid fòrmic no tamponat com el tamponat i, en la majoria dels casos, Clostridium spp. Les seves activitats relatives (absorció d'hidrats de carboni, proteïnes i lactat i excreció de butirat) tendeixen a disminuir, mentre que la producció d'amoníac i butirat disminueix i la retenció de matèria seca augmenta (92). Hi ha limitacions en el rendiment de l'àcid fòrmic, però el seu ús com a additiu per a l'ensilat en combinació amb altres àcids sembla superar alguns d'aquests problemes (92).
L'àcid fòrmic pot inhibir els bacteris patògens que representen un risc per a la salut humana. Per exemple, Pauly i Tam (102) van inocular petites sitges de laboratori amb L. monocytogenes que contenien tres nivells diferents de matèria seca (200, 430 i 540 g/kg) de raigràs i després van suplementar amb àcid fòrmic (3 ml/kg) o bacteris d'àcid làctic (8 × 105/g) i enzims cel·lulolítics. Van informar que ambdós tractaments van reduir L. monocytogenes a nivells indetectables en l'ensilat baix en matèria seca (200 g/kg). No obstant això, en l'ensilat mitjà en matèria seca (430 g/kg), L. monocytogenes encara era detectable després de 30 dies en l'ensilat tractat amb àcid fòrmic. La reducció de L. monocytogenes semblava estar associada amb un pH més baix, àcid làctic i àcids no dissociats combinats. Per exemple, Pauly i Tam (102) van observar que l'àcid làctic i els nivells combinats d'àcid no dissociat eren particularment importants, la qual cosa pot ser la raó per la qual no es va observar cap reducció de L. monocytogenes en medis tractats amb àcid fòrmic a partir de sitges amb continguts de matèria seca més elevats. S'haurien de dur a terme estudis similars en el futur per a altres patògens comuns de l'ensilat com ara Salmonella i la patògena E. coli. Una anàlisi més completa de la seqüència de rDNA 16S de tota la comunitat microbiana de l'ensilat també pot ajudar a identificar canvis en la població microbiana general de l'ensilat que es produeixen en diferents etapes de la fermentació de l'ensilat en presència d'àcid fòrmic (103). L'obtenció de dades del microbioma pot proporcionar suport analític per predir millor el progrés de la fermentació de l'ensilat i desenvolupar combinacions d'additius òptimes per mantenir una alta qualitat de l'ensilat.
En els pinsos per a animals a base de gra, l'àcid fòrmic s'utilitza com a agent antimicrobià per limitar els nivells de patògens en diverses matrius alimentàries derivades de gra, així com en certs ingredients dels pinsos, com ara els subproductes animals. Els efectes sobre les poblacions de patògens en aus de corral i altres animals es poden dividir àmpliament en dues categories: efectes directes sobre la població de patògens del pinso en si i efectes indirectes sobre els patògens que colonitzen el tracte gastrointestinal dels animals després de consumir el pinso tractat (20, 21, 104). Clarament, aquestes dues categories estan interrelacionades, ja que una reducció dels patògens al pinso hauria de resultar en una reducció de la colonització quan l'animal consumeix el pinso. Tanmateix, les propietats antimicrobianes d'un àcid concret afegit a una matriu alimentària poden estar influenciades per diversos factors, com ara la composició del pinso i la forma en què s'afegeix l'àcid (21, 105).
Històricament, l'ús d'àcid fòrmic i altres àcids relacionats s'ha centrat principalment en el control directe de Salmonella en pinsos per a animals i aus de corral (21). Els resultats d'aquests estudis s'han resumit detalladament en diverses revisions publicades en diferents moments (18, 21, 26, 47, 104–106), per la qual cosa només es discuteixen algunes de les conclusions clau d'aquests estudis en aquesta revisió. Diversos estudis han demostrat que l'activitat antimicrobiana de l'àcid fòrmic en matrius alimentàries depèn de la dosi i el temps d'exposició a l'àcid fòrmic, el contingut d'humitat de la matriu alimentària i la concentració bacteriana en el pinso i el tracte gastrointestinal de l'animal (19, 21, 107–109). El tipus de matriu alimentària i la font dels ingredients dels pinsos també són factors influents. Per tant, diversos estudis han demostrat que els nivells de Salmonella Les toxines bacterianes aïllades de subproductes animals poden diferir de les aïllades de subproductes vegetals (39, 45, 58, 59, 110–112). Tanmateix, les diferències en la resposta a àcids com l'àcid fòrmic poden estar relacionades amb diferències en la supervivència dels serovars a la dieta i la temperatura a la qual es processa la dieta (19, 113, 114). Les diferències en la resposta dels serovars al tractament amb àcid també poden ser un factor en la contaminació de les aus de corral amb pinsos contaminats (113, 115), i les diferències en l'expressió gènica de virulència (116) també poden tenir un paper important. Les diferències en la tolerància a l'àcid poden, al seu torn, afectar la detecció de Salmonella en medis de cultiu si els àcids transmesos pels pinsos no estan adequadament tamponats (21, 105, 117–122). La forma física de la dieta (en termes de mida de partícula) també pot influir en la disponibilitat relativa d'àcid fòrmic al tracte gastrointestinal (123).
Les estratègies per optimitzar l'activitat antimicrobiana de l'àcid fòrmic afegit als pinsos també són crítiques. S'han suggerit concentracions més altes de l'àcid per a ingredients de pinsos d'alta contaminació abans de la barreja dels pinsos per minimitzar els possibles danys als equips de les fàbriques de pinsos i els problemes amb la palatabilitat dels pinsos (105). Jones (51) va concloure que la Salmonella present als pinsos abans de la neteja química és més difícil de controlar que la Salmonella en contacte amb els pinsos després del tractament químic. El tractament tèrmic dels pinsos durant el processament a la fàbrica de pinsos s'ha suggerit com una intervenció per limitar la contaminació dels pinsos per Salmonella, però això depèn de la composició dels pinsos, la mida de les partícules i altres factors associats amb el procés de mòlta (51). L'activitat antimicrobiana dels àcids també depèn de la temperatura, i les temperatures elevades en presència d'àcids orgànics poden tenir un efecte inhibidor sinèrgic sobre la Salmonella, tal com s'observa en cultius líquids de Salmonella (124, 125). Diversos estudis de pinsos contaminats amb Salmonella donen suport a la idea que les temperatures elevades augmenten l'eficàcia dels àcids a la matriu dels pinsos (106, 113, 126). Amado et al. (127) van utilitzar un disseny compost central per estudiar la interacció de la temperatura i l'àcid (àcid fòrmic o làctic) en 10 soques de Salmonella enterica i Escherichia coli aïllades de diversos pinsos per al bestiar i inoculades en pellets acidificats per al bestiar. Van concloure que la calor era el factor dominant que influïa en la reducció microbiana, juntament amb l'àcid i el tipus d'aïllat bacterià. L'efecte sinèrgic amb l'àcid encara predomina, de manera que es poden utilitzar temperatures i concentracions d'àcid més baixes. Tanmateix, també van observar que no sempre s'observaven efectes sinèrgics quan s'utilitzava àcid fòrmic, cosa que els va portar a sospitar que la volatilització de l'àcid fòrmic a temperatures més altes o els efectes tamponadors dels components de la matriu de l'alimentació eren un factor.
Limitar la vida útil del pinso abans de donar-lo als animals és una manera de controlar la introducció de patògens transmesos pels aliments al cos de l'animal durant l'alimentació. Tanmateix, un cop l'àcid del pinso ha entrat al tracte gastrointestinal, pot continuar exercint la seva activitat antimicrobiana. L'activitat antimicrobiana de les substàncies àcides administrades exògenament al tracte gastrointestinal pot dependre de diversos factors, com ara la concentració d'àcid gàstric, el lloc actiu del tracte gastrointestinal, el pH i el contingut d'oxigen del tracte gastrointestinal, l'edat de l'animal i la composició relativa de la població microbiana gastrointestinal (que depèn de la ubicació del tracte gastrointestinal i de la maduresa de l'animal) (21, 24, 128–132). A més, la població resident de microorganismes anaeròbics al tracte gastrointestinal (que esdevé dominant al tracte digestiu inferior dels animals monogàstrics a mesura que maduren) produeix activament àcids orgànics mitjançant la fermentació, que al seu torn també pot tenir un efecte antagonista sobre els patògens transitoris que entren al tracte gastrointestinal (17, 19–21).
Gran part de la primera investigació es va centrar en l'ús d'àcids orgànics, inclòs el formiat, per limitar la Salmonella al tracte gastrointestinal de les aus de corral, cosa que s'ha discutit en detall en diverses revisions (12, 20, 21). Quan aquests estudis es consideren conjuntament, es poden fer diverses observacions clau. McHan i Shotts (133) van informar que l'alimentació amb àcid fòrmic i propiònic reduïa els nivells de Salmonella Typhimurium al cec de pollastres inoculats amb els bacteris i els van quantificar als 7, 14 i 21 dies d'edat. Tanmateix, quan Hume et al. (128) van monitoritzar el propionat marcat amb C-14, van concloure que molt poc propionat de la dieta pot arribar al cec. Queda per determinar si això també és cert per a l'àcid fòrmic. Tanmateix, recentment Bourassa et al. (134) va informar que l'administració d'àcid fòrmic i propiònic va reduir els nivells de Salmonella Typhimurium al cec dels pollastres inoculats amb els bacteris, que es van quantificar als 7, 14 i 21 dies d'edat. (132) va observar que l'administració d'àcid fòrmic a 4 g/t a pollastres de engreix durant el període de creixement de 6 setmanes va reduir la concentració de S. Typhimurium al cec per sota del nivell de detecció.
La presència d'àcid fòrmic a la dieta pot tenir efectes sobre altres parts del tracte gastrointestinal de les aus de corral. Al-Tarazi i Alshavabkeh (134) van demostrar que una barreja d'àcid fòrmic i àcid propiònic podia reduir la contaminació per Salmonella pullorum (S. PRlorum) al budell i al cec. Thompson i Hinton (129) van observar que una barreja d'àcid fòrmic i àcid propiònic disponible comercialment augmentava la concentració d'ambdós àcids al budell i al pedrer i era bactericida contra Salmonella Enteritidis PT4 en un model in vitro en condicions de cria representatives. Aquesta idea està recolzada per dades in vivo de Bird et al. (135) que van afegir àcid fòrmic a l'aigua potable de pollastres de engreix durant un període de dejuni simulat abans de l'enviament, similar al dejuni que pateixen els pollastres de engreix abans del transport a una planta de processament d'aus de corral. L'addició d'àcid fòrmic a l'aigua de consum va provocar una reducció del nombre de S. Typhimurium al cultiu i a l'epidídim, i una reducció de la freqüència de cultius positius per a S. Typhimurium, però no del nombre d'epidídim positiu (135). El desenvolupament de sistemes d'administració que puguin protegir els àcids orgànics mentre són actius al tracte gastrointestinal inferior pot ajudar a millorar l'eficàcia. Per exemple, s'ha demostrat que la microencapsulació d'àcid fòrmic i la seva addició al pinso redueixen el nombre de Salmonella Enteritidis al contingut cecal (136). Tanmateix, això pot variar segons l'espècie animal. Per exemple, Walia et al. (137) no van observar una reducció de Salmonella al cec o als ganglis limfàtics de porcs de 28 dies alimentats amb una barreja d'àcid fòrmic, àcid cítric i càpsules d'oli essencial, i tot i que l'excreció de Salmonella a la femta es va reduir el dia 14, no es va reduir el dia 28. Van demostrar que es va evitar la transmissió horitzontal de Salmonella entre porcs.
Tot i que els estudis sobre l'àcid fòrmic com a agent antimicrobià en la ramaderia s'han centrat principalment en la Salmonella transmesa pels aliments, també hi ha alguns estudis dirigits a altres patògens gastrointestinals. Els estudis in vitro de Kovanda et al. (68) suggereixen que l'àcid fòrmic també pot ser eficaç contra altres patògens gastrointestinals transmesos pels aliments, com ara Escherichia coli i Campylobacter jejuni. Estudis anteriors han demostrat que els àcids orgànics (per exemple, l'àcid làctic) i les mescles comercials que contenen àcid fòrmic com a ingredient poden reduir els nivells de Campylobacter en les aus de corral (135, 138). Tanmateix, com ja van assenyalar anteriorment Beyer et al. (67), l'ús d'àcid fòrmic com a agent antimicrobià contra Campylobacter pot requerir precaució. Aquesta troballa és particularment problemàtica per a la suplementació dietètica en aus de corral, ja que l'àcid fòrmic és la principal font d'energia respiratòria per a C. jejuni. A més, es creu que part del seu nínxol gastrointestinal es deu a l'alimentació creuada metabòlica amb productes de fermentació d'àcids mixtos produïts per bacteris gastrointestinals, com el formiat (139). Aquesta opinió té certa base. Com que el formiat és un quimioatraient per a C. jejuni, els mutants dobles amb defectes tant en la formiat deshidrogenasa com en la hidrogenasa tenen taxes reduïdes de colonització cecal en pollastres de engreix en comparació amb les soques de C. jejuni de tipus salvatge (140, 141). Encara no està clar fins a quin punt la suplementació externa amb àcid fòrmic afecta la colonització del tracte gastrointestinal per C. jejuni en pollastres. Les concentracions reals de formiat gastrointestinal poden ser més baixes a causa del catabolisme del formiat per altres bacteris gastrointestinals o de l'absorció de formiat al tracte gastrointestinal superior, per la qual cosa diverses variables poden influir en això. A més, el formiat és un producte de fermentació potencial produït per alguns bacteris gastrointestinals, que pot influir en els nivells totals de formiat gastrointestinal. La quantificació del formiat en el contingut gastrointestinal i la identificació dels gens de la formiat deshidrogenasa mitjançant metagenòmica poden aclarir alguns aspectes de l'ecologia dels microorganismes productors de formiat.
Roth et al. (142) van comparar els efectes de l'alimentació de pollastres de engreix amb l'antibiòtic enrofloxacina o una barreja d'àcids fòrmic, acètic i propiònic sobre la prevalença d'Escherichia coli resistent als antibiòtics. Es van comptar els aïllats totals i resistents als antibiòtics d'E. coli en mostres fecals agrupades de pollastres de engreix d'1 dia d'edat i en mostres de contingut cecal de pollastres de engreix de 14 i 38 dies. Es van analitzar els aïllats d'E. coli per detectar la resistència a l'ampicil·lina, la cefotaxima, la ciprofloxacina, l'estreptomicina, el sulfametoxazol i la tetraciclina segons els punts de tall determinats prèviament per a cada antibiòtic. Quan es van quantificar i caracteritzar les respectives poblacions d'E. coli, ni l'enrofloxacina ni la suplementació amb còctel d'àcids van alterar el nombre total d'E. coli aïllades dels cecs de pollastres de engreix de 17 i 28 dies. Els ocells alimentats amb la dieta suplementada amb enrofloxacina tenien nivells augmentats d'E. coli resistent a ciprofloxacina, estreptomicina, sulfametoxazol i tetraciclina i nivells disminuïts d'E. coli resistent a cefotaxima al cec. Els ocells alimentats amb el còctel tenien un nombre disminuït d'E. coli resistent a l'ampicil·lina i la tetraciclina al cec en comparació amb els controls i els ocells suplementats amb enrofloxacina. Els ocells alimentats amb l'àcid mixt també van tenir una reducció del nombre d'E. coli resistents a ciprofloxacina i sulfametoxazol al cec en comparació amb els ocells alimentats amb enrofloxacina. El mecanisme pel qual els àcids redueixen el nombre d'E. coli resistents als antibiòtics sense reduir el nombre total d'E. coli encara no està clar. Tanmateix, els resultats de l'estudi de Roth et al. són consistents amb els del grup d'enrofloxacina. (142) Això pot ser un indici d'una disseminació reduïda de gens de resistència als antibiòtics en E. coli, com ara els inhibidors lligats a plasmidis descrits per Cabezon et al. (143). Seria interessant dur a terme una anàlisi més exhaustiva de la resistència als antibiòtics mediada per plasmidis en la població gastrointestinal d'aus de corral en presència d'additius alimentaris com l'àcid fòrmic i refinar encara més aquesta anàlisi mitjançant l'avaluació del resistoma gastrointestinal.
El desenvolupament d'additius antimicrobians òptims per a pinsos contra patògens hauria de tenir idealment un impacte mínim en la flora gastrointestinal general, especialment en la microbiota considerada beneficiosa per a l'hoste. Tanmateix, els àcids orgànics administrats exògenament poden tenir efectes perjudicials sobre la microbiota gastrointestinal resident i, fins a cert punt, negar les seves propietats protectores contra patògens. Per exemple, Thompson i Hinton (129) van observar una disminució dels nivells d'àcid làctic en el cultiu en gallines ponedores alimentades amb una barreja d'àcids fòrmics i propiònics, cosa que suggereix que la presència d'aquests àcids orgànics exògens al cultiu va provocar una reducció dels lactobacils del cultiu. Els lactobacils del cultiu es consideren una barrera per a la Salmonella i, per tant, la interrupció d'aquesta microbiota resident del cultiu pot ser perjudicial per a la reducció amb èxit de la colonització per Salmonella del tracte gastrointestinal (144). Açıkgöz et al. van trobar que els efectes del tracte gastrointestinal inferior de les aus poden ser menors. (145) No es van trobar diferències en la flora intestinal total ni en el recompte d'Escherichia coli en pollastres de broiler de 42 dies que bevien aigua acidificada amb àcid fòrmic. Els autors van suggerir que això podria ser degut al fet que el formiat es metabolitza al tracte gastrointestinal superior, tal com han observat altres investigadors amb àcids grassos de cadena curta (AGCC) administrats exògenament (128, 129).
Protegir l'àcid fòrmic mitjançant alguna forma d'encapsulació pot ajudar-lo a arribar al tracte gastrointestinal inferior. (146) va observar que l'àcid fòrmic microencapsulat augmentava significativament el contingut total d'àcids grassos de cadena curta (AGCC) al cec dels porcs en comparació amb els porcs alimentats amb àcid fòrmic sense protecció. Aquest resultat va portar els autors a suggerir que l'àcid fòrmic pot arribar eficaçment al tracte gastrointestinal inferior si està protegit adequadament. Tanmateix, diversos altres paràmetres, com ara les concentracions de formiat i lactat, tot i que més altes que les dels porcs alimentats amb una dieta de control, no eren estadísticament diferents de les dels porcs alimentats amb una dieta de formiat sense protecció. Tot i que els porcs alimentats amb àcid fòrmic sense protecció i protegit van mostrar un augment de gairebé tres vegades en l'àcid làctic, el recompte de lactobacils no es va veure alterat per cap dels dos tractaments. Les diferències poden ser més pronunciades per a altres microorganismes productors d'àcid làctic al cec (1) que no es detecten per aquests mètodes i/o (2) l'activitat metabòlica dels quals es veu afectada, alterant així el patró de fermentació de manera que els lactobacils residents produeixen més àcid làctic.
Per estudiar amb més precisió els efectes dels additius alimentaris en el tracte gastrointestinal dels animals de granja, es necessiten mètodes d'identificació microbiana d'alta resolució. En els darrers anys, s'ha utilitzat la seqüenciació de nova generació (NGS) del gen ARN 16S per identificar tàxons del microbioma i comparar la diversitat de les comunitats microbianes (147), cosa que ha proporcionat una millor comprensió de les interaccions entre els additius alimentaris dietètics i la microbiota gastrointestinal dels animals destinats a l'alimentació, com ara les aus de corral.
Diversos estudis han utilitzat la seqüenciació del microbioma per avaluar la resposta del microbioma gastrointestinal del pollastre a la suplementació amb formiat. Oakley et al. (148) van dur a terme un estudi en pollastres de broiler de 42 dies d'edat suplementats amb diverses combinacions d'àcid fòrmic, àcid propiònic i àcids grassos de cadena mitjana a la seva aigua de beguda o pinso. Els pollastres immunitzats van ser exposats a una soca de Salmonella typhimurium resistent a l'àcid nalidíxic i se'ls va eliminar els cecs als 0, 7, 21 i 42 dies d'edat. Es van preparar mostres cecals per a la piroseqüenciació de 454 i es van avaluar els resultats de la seqüenciació per a la classificació i la comparació de similituds. En general, els tractaments no van afectar significativament el microbioma cecal ni els nivells de S. Typhimurium. Tanmateix, les taxes generals de detecció de Salmonella van disminuir a mesura que els ocells envellien, tal com ho confirma l'anàlisi taxonòmica del microbioma, i l'abundància relativa de seqüències de Salmonella també va disminuir amb el temps. Els autors assenyalen que a mesura que els pollastres de engreix envellien, la diversitat de la població microbiana cecal augmentava, i els canvis més significatius s'observaven en la flora gastrointestinal en tots els grups de tractament. En un estudi recent, Hu et al. (149) van comparar els efectes de beure aigua i alimentar una dieta suplementada amb una barreja d'àcids orgànics (àcid fòrmic, àcid acètic, àcid propiònic i formiat d'amoni) i virginiamicina en mostres de microbioma cecal de pollastres de engreix recollides en dues etapes (1-21 dies i 22-42 dies). Tot i que es van observar algunes diferències en la diversitat del microbioma cecal entre els grups de tractament als 21 dies d'edat, no es van detectar diferències en la diversitat de bacteris α o β als 42 dies. Atesa la manca de diferències als 42 dies d'edat, els autors van plantejar la hipòtesi que l'avantatge de creixement podria ser degut a l'establiment més primerenc d'un microbioma òptimament divers.
L'anàlisi del microbioma centrada només en la comunitat microbiana cecal pot no reflectir en quina part del tracte gastrointestinal es produeixen la majoria dels efectes dels àcids orgànics dietètics. El microbioma del tracte gastrointestinal superior dels pollastres de engreix pot ser més susceptible als efectes dels àcids orgànics dietètics, tal com suggereixen els resultats de Hume et al. (128). Hume et al. (128) van demostrar que la major part del propionat afegit exògenament s'absorbia al tracte gastrointestinal superior de les aus. Estudis recents sobre la caracterització dels microorganismes gastrointestinals també donen suport a aquesta opinió. Nava et al. (150) van demostrar que una combinació d'una barreja d'àcids orgànics [àcid DL-2-hidroxi-4(metiltio)butíric], àcid fòrmic i àcid propiònic (HFP) afectava la microbiota intestinal i augmentava la colonització de Lactobacillus a l'ili dels pollastres. Recentment, Goodarzi Borojeni et al. (150) va demostrar que una combinació d'una barreja d'àcids orgànics [àcid DL-2-hidroxi-4(metiltio)butíric], àcid fòrmic i àcid propiònic (HFP) afectava la microbiota intestinal i augmentava la colonització de Lactobacillus a l'ili dels pollastres. (151) va estudiar l'alimentació de pollastres de engreix amb una barreja d'àcid fòrmic i àcid propiònic a dues concentracions (0,75% i 1,50%) durant 35 dies. Al final de l'experiment, es van retirar el budell, l'estómac, els dos terços distals de l'ili i el cec i es van prendre mostres per a l'anàlisi quantitativa de la flora gastrointestinal específica i els metabòlits mitjançant RT-PCR. En el cultiu, la concentració d'àcids orgànics no va afectar l'abundància de Lactobacillus o Bifidobacterium, però va augmentar la població de Clostridium. A l'ili, els únics canvis van ser una disminució de Lactobacillus i Enterobacter, mentre que al cec aquesta flora es va mantenir sense canvis (151). A la concentració més alta de suplementació amb àcid orgànic, la concentració total d'àcid làctic (D i L) es va reduir al budell, la concentració d'ambdós àcids orgànics es va reduir al pedrer i la concentració d'àcids orgànics va ser més baixa al cec. No hi va haver canvis a l'ili. Pel que fa als àcids grassos de cadena curta (AGCC), l'únic canvi en el budell i el pedrer de les aus alimentades amb àcids orgànics va ser en el nivell de propionat. Les aus alimentades amb la concentració més baixa d'àcid orgànic van mostrar un augment de gairebé deu vegades en propionat al budell, mentre que les aus alimentades amb les dues concentracions d'àcid orgànic van mostrar un augment de vuit i quinze vegades en propionat al pedrer, respectivament. L'augment d'acetat a l'ili va ser menys del doble. En general, aquestes dades donen suport a la idea que la majoria dels efectes de l'aplicació externa d'àcid orgànic van ser evidents en el rendiment, mentre que els àcids orgànics van tenir efectes mínims sobre la comunitat microbiana gastrointestinal inferior, cosa que suggereix que els patrons de fermentació de la flora resident gastrointestinal superior poden haver estat alterats.
Clarament, cal una caracterització més profunda del microbioma per elucidar completament les respostes microbianes al formiat al llarg del tracte gastrointestinal. Una anàlisi més exhaustiva de la taxonomia microbiana de compartiments gastrointestinals específics, en particular els compartiments superiors com el cultiu, pot proporcionar més informació sobre la selecció de certs grups de microorganismes. Les seves activitats metabòliques i enzimàtiques també poden determinar si tenen una relació antagònica amb els patògens que entren al tracte gastrointestinal. També seria interessant dur a terme anàlisis metagenòmiques per determinar si l'exposició a additius químics àcids durant la vida de les aus selecciona bacteris residents més "tolerants a l'àcid", i si la presència i/o l'activitat metabòlica d'aquests bacteris representarien una barrera addicional a la colonització de patògens.
L'àcid fòrmic s'ha utilitzat durant molts anys com a additiu químic en l'alimentació animal i com a acidificant de l'ensilat. Un dels seus principals usos és la seva acció antimicrobiana per limitar el nombre de patògens en l'alimentació i la seva posterior colonització al tracte gastrointestinal de les aus. Estudis in vitro han demostrat que l'àcid fòrmic és un agent antimicrobià relativament eficaç contra la Salmonella i altres patògens. Tanmateix, l'ús de l'àcid fòrmic en les matrius alimentàries pot estar limitat per l'alta quantitat de matèria orgànica en els ingredients dels aliments i la seva potencial capacitat tampó. L'àcid fòrmic sembla tenir un efecte antagonista sobre la Salmonella i altres patògens quan s'ingereix a través de l'alimentació o l'aigua potable. Tanmateix, aquest antagonisme es produeix principalment al tracte gastrointestinal superior, ja que les concentracions d'àcid fòrmic poden reduir-se al tracte gastrointestinal inferior, com és el cas de l'àcid propiònic. El concepte de protegir l'àcid fòrmic mitjançant l'encapsulació ofereix un possible enfocament per subministrar més àcid al tracte gastrointestinal inferior. A més, els estudis han demostrat que una barreja d'àcids orgànics és més eficaç per millorar el rendiment de les aus de corral que l'administració d'un sol àcid (152). El Campylobacter del tracte gastrointestinal pot respondre de manera diferent al formiat, ja que pot utilitzar el formiat com a donador d'electrons, i el formiat és la seva principal font d'energia. No està clar si augmentar les concentracions de formiat al tracte gastrointestinal seria beneficiós per al Campylobacter, i això pot no passar depenent d'altres flora gastrointestinal que puguin utilitzar el formiat com a substrat.
Calen estudis addicionals per investigar els efectes de l'àcid fòrmic gastrointestinal sobre els microbis gastrointestinals residents no patògens. Preferim atacar selectivament els patògens sense interrompre els membres del microbioma gastrointestinal que són beneficiosos per a l'hoste. Tanmateix, això requereix una anàlisi més profunda de la seqüència del microbioma d'aquestes comunitats microbianes gastrointestinals residents. Tot i que s'han publicat alguns estudis sobre el microbioma cecal d'aus tractades amb àcid fòrmic, cal prestar més atenció a la comunitat microbiana gastrointestinal superior. La identificació de microorganismes i la comparació de similituds entre les comunitats microbianes gastrointestinals en presència o absència d'àcid fòrmic poden ser una descripció incompleta. Calen anàlisis addicionals, incloent-hi la metabolòmica i la metagenòmica, per caracteritzar les diferències funcionals entre grups composicionalment similars. Aquesta caracterització és fonamental per establir la relació entre la comunitat microbiana gastrointestinal i les respostes del rendiment de les aus als potenciadors basats en àcid fòrmic. La combinació de múltiples enfocaments per caracteritzar amb més precisió la funció gastrointestinal hauria de permetre el desenvolupament d'estratègies de suplementació amb àcid orgànic més efectives i, en última instància, millorar les prediccions de la salut i el rendiment òptims de les aus, alhora que limita els riscos per a la seguretat alimentària.
SR va escriure aquesta revisió amb l'ajuda de DD i KR. Tots els autors van fer contribucions substancials al treball presentat en aquesta revisió.
Els autors declaren que aquesta revisió ha rebut finançament d'Anitox Corporation per iniciar la redacció i publicació d'aquesta revisió. Els finançadors no han tingut cap influència en les opinions i conclusions expressades en aquest article de revisió ni en la decisió de publicar-lo.
La resta d'autors declaren que la recerca es va dur a terme sense cap relació comercial o financera que es pogués interpretar com un possible conflicte d'interessos.
El Dr. DD vol agrair el suport de la Facultat de Postgrau de la Universitat d'Arkansas a través d'una beca de docència distingida, així com el suport continu del Programa de Biologia Cel·lular i Molecular de la Universitat d'Arkansas i del Departament de Ciències de l'Alimentació. A més, els autors volen agrair a Anitox el suport inicial en la redacció d'aquesta revisió.
1. Dibner JJ, Richards JD. Ús de promotors de creixement antibiòtics en agricultura: història i mecanismes d'acció. Poultry Science (2005) 84:634–43. doi: 10.1093/ps/84.4.634
2. Jones FT, Rick SC. Història del desenvolupament i la vigilància antimicrobians en l'alimentació avícola. Poultry Science (2003) 82:613–7. doi: 10.1093/ps/82.4.613
3. Broom LJ. Teoria subinhibitòria dels promotors de creixement antibiòtics. Poultry Science (2017) 96:3104–5. doi: 10.3382/ps/pex114
4. Sorum H, L'Abe-Lund TM. Resistència als antibiòtics en bacteris transmesos pels aliments: conseqüències de les interrupcions en les xarxes genètiques bacterianes globals. 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. Additius per a pinsos per al control de Salmonella en pinsos. World Journal of Poultry Science (2002) 58:501–13. doi: 10.1079/WPS20020036
6. Angulo FJ, Baker NL, Olsen SJ, Anderson A, Barrett TJ. Ús antimicrobià en l'agricultura: control de la transmissió de la resistència antimicrobiana als humans. Seminars in Pediatric Infectious Diseases (2004) 15:78–85. doi: 10.1053/j.spid.2004.01.010
7. Lekshmi M, Ammini P, Kumar S, Varela MF. Entorns de producció d'aliments i l'evolució de la resistència antimicrobiana en patògens humans derivats d'animals. Microbiology (2017) 5:11. doi: 10.3390/microorganismes5010011
8. Lourenço JM, Seidel DS, Callaway TR. Capítol 9: Antibiòtics i funció intestinal: història i estat actual. A: Ricke SC, ed. Millora de la salut intestinal en les aus de corral. Cambridge: Burley Dodd (2020). Pàgines 189–204. DOI: 10.19103/AS2019.0059.10
9. Rick SC. Núm. 8: Higiene de l'alimentació. A: Dewulf J, van Immerzeel F, eds. Bioseguretat en Producció Animal i Veterinària. Lovaina: ACCO (2017). Pàgines 144–76.