Probióticos - Prebióticos (14/8)

Curso de Nutrición 2014
Probióticos y prebióticos en
nutrición de animales
monogástricos
Sebastián Brambillasca
Esquema de la clase
• Probióticos
Especies
Utilización en monogástricos
Mecanismos de acción
• Prebióticos
Efectos sobre el TGI
Mecanismos de acción
• Carbohidratos fermentables
• Datos del Dpto. de Nutrición
Antecedentes
Antibióticos como promotores del crecimiento
Selección de cepas resistentes
Prohibición de utilización
Enterococcus faecium aislado a partir de muestras fecales, 1998 – 2000
(Bywater et al., 2005)
• Resistencia a bacitracina y flavofosfolipol
• Disminución en utilización: reducción en resistencia
Alternativas a la utilización de ATB
• probióticos
• prebióticos
• ácidos orgánicos
• enzimas
• extractos vegetales
• bacteriófagos
• vacunación
Alternativas a la utilización de ATB
• probióticos
• prebióticos
• ácidos orgánicos
• enzimas
• extractos vegetales
Producto que contiene
m.o.
específicos viables, en número
suficiente
para
alterar
la
microflora en un compartimiento
del
hospedero
produciendo
efectos benéficos en la salud
(Schrezenmeir y de Vrese, 2001)
• bacteriófagos
• vacunación
•
•
•
•
Bacterias ácido lácticas
Bacterias no lácticas
Levaduras
Hongos
Microorganismos utilizados como probióticos en los
animales y el hombre
Microorganismos
Bacterias lácticas no esporuladas (G +)
Género
Lactobacillus spp.
Bifidobacterium spp.
Streptococcus spp.
Enterococcus spp.
Lactococcus spp.
Leuconostoc spp.
Bacterias lácticas esporuladas (G +)
Sporolactobacillus spp.
Bacterias no lácticas esporuladas
Bacillus spp.
Levaduras
Saccharomyces spp.
Hongos
Aspergillus spp.
(Adaptado de Caja et al., 2003)
Utilización en monogástricos
• Reducción en la utilización de ATB
• Disminución de incidencia de enfermedades entéricas
• Estimulación del sistema inmune
• Reducción de reacciones inflamatorias
• Reducción de presencia de patógenos en productos
animales
• Aumentar la producción (conversión, ganancia diaria)
L. casei
Bifidobacterium
S. cerevisiae
Modo de acción
• Competencia por sitios de adhesión
o sustratos
• Efecto antibacteriano
• Modulación de la respuesta inmune
Competencia...
Población mixta de bacterias
Exclusión competitiva
Bacterias benéficas
Bacterias patógenas
Enterocitos
(Ewing y Cole, 1994, en McDonald 2006)
Efecto
antibacteriano
Lactobacillus
ác. láctico
Peróxido
de H
bacteriocinas
AGV
pH
E. coli, Salmonella,
S. aureus.,Cl. perfringens
Estimulación de
inmunidad
Interacción entre microorganismos probióticos y la mucosa intestinal
Señalización
intracelular
Lamina propia
IgA
secretoria
Cel. M
Interleucinas
Epitelio
T3
Prod. IgA
IgA
polimérica
MO probióticos
Modulación
Prod. bacterianos
Macrófagos
Cél. dendríticas
Polarización de
las respuestas Th
Tr1
Placas de Peyer y
nódulos linf.
mesentéricos
• Homeostasis
inmune local
•Tolerancia
sistémica
(Corthésy et al., 2007)
IgA fecal total
IgA total en heces de cachorros con y sin el
suministro de Enterococcus faecium (Benyacoub et al., 2003).
Semanas
Dosis: 5x108 UFC/d desde el destete hasta 1 año de edad
Respuestas de IgG e IgA específicas frente a virus de distemper
canino (VDC) en cachorros con y sin el suministro de Enterococcus
(Benyacoub et al., 2003).
IgG específica a VDC
IgA específica a VDC
faecium
Vacunación con vacuna
atenuada de VDC
Semana
Estímulo de la respuesta
inmune local (intestino)
y humoral (plasmática)
106 UFC en heces frescas
Conteo de Bacillus CIP 5832 totales en heces frescas luego
de suplementación de dieta [d 0, 7,5 x 108 UFC/(perro x
día)] 250
200
150
100
50
0
0
1
2
3
4
5
6
7
Tiempo (días)
total
esporas
f. vegetativas
Biourge et al., 1998
Conteo de Bacillus CIP 5832 totales en heces frescas
luego de que cesa la suplementación.
106 UFC en heces frescas
250
200
150
PERSISTENCIA
100
50
0
0
1
2
3
4
5
6
Tiempo (días)
Total
Esporas
F veget
Biourge et al., 1998
Alternativas a la utilización de ATB
• probióticos
Ingredientes que afectan benéficamente
al hospedero estimulando la actividad y
estabilidad de la microbiota comensal del
tracto GI (Gibson et al., 2004)
• prebióticos
• acidos orgánicos
• enzimas
• extractos vegetales
• bacteriófagos
Tres criterios a considerar:
• vacunación
1. No ser digeridos
2. Deben ser fermentados
3. Selectivos en estimular la microbiota
(Roberfroid, 2007)
Prebióticos utilizados en alimentación animal
Carbohidratos de cadena corta
• Inulina
• Oligofructosa
Prebióticos “verdaderos”:
únicos que cumplen con los 3
criterios (Roberfroid, 2007)
• Galacto-oligosacáridos
• Isomalto-oligosacáridos
•Lactosucrosa
• Xilo-oligosacáridos
• Lactulosa
• Inulina (citricos, manzanas)
Efectos de los prebióticos sobre el TGI
• Estimulan proliferación de bacterias-ácidolácticas
• Producción de AGV y ácido láctico
•
pH
• cadaverina
•
aminas biogénicas
• putrescina
•
patógenos
• tiramina
•
superficie mucosa
• histamina
• efecto anticarcinogénico
(Adaptado de Paterson y Burkholder, 2003)
Prebiótico
M.O. benéficos
Lactato
AGV
pH
E. coli, Salmonella,
S. aureus.,
Cl. perfringens
Flujo de la digesta
Receptores
superficiales
Fimbria
Epitelio
CH libres
(Ewing y Cole, 1994, en McDonald 2006)
Concentraciones ileales de IgA y características de
células inmunes en perros alimentados con FOS y/o
MOS (adaptado de Swanson et al ., 2002)
P
Control
FOS
MOS
FOS+MOS
1
2
3
IgA ileal mg/g MS
3,40
3,91
4,03
4,09
ns
ns
0,06
IgA ileal mg/g PB
8,22
9,74
9,77
12,2
ns
ns
0,05
Neutrófilos, %
70,1
66,4
66,0
70,0
ns
ns
ns
Linfocitos, %
15,6
16,8
20,4
17,8
ns
0,05
ns
1. FOS vs. C (1g FOS)
2. MOS vs. C (1g MOS)
3. FOS+MOS vs. C (1g FOS + 1g MOS)
Concentraciones ileales de IgA y características de
células inmunes en perros alimentados con FOS y/o
MOS (adaptado de Swanson et al ., 2002)
P
Control
FOS
MOS
FOS+MOS
1
2
3
IgA ileal mg/g MS
3,40
3,91
4,03
4,09
ns
ns
0,06
IgA ileal mg/g PB
8,22
9,74
9,77
12,2
ns
ns
0,05
Neutrófilos, %
70,1
66,4
66,0
70,0
ns
ns
ns
Linfocitos, %
15,6
16,8
20,4
17,8
ns
0,05
ns
1. FOS vs. C (1g FOS)
2. MOS vs. C (1g MOS)
3. FOS+MOS vs. C (1g FOS + 1g MOS)
Efecto positivo sobre la
respuesta inmune
Porcentajes molares de AGV y pH en colon en lechones
alimentados con dietas con o sin la adición de 3% de
inulina (Loh et al ., 2006)
Tratamientos
Acetato
(mol/%)
Propionato
Butirato
(mol/%)
(mol/%)
P
TC
TC+In
MG
MG+In
64,7
60,0
66,8
66,2
***
***
24,6
26,5
21,3
22,5
***
ns
10,7
13,5
8,8
11,3
***
***
TC: trigo y cebada
MG: maíz y gluten de trigo
***: Diferencias son consideradas significativas con P < 0,01
Fuente energética de
preferencia para los
colonocitos
Dieta Inul.
AGV tienen efectos benéficos
 Fuente de Energía
Hígado: propionato glucogénico
acetato lipogénico
 Butirato: principal fuente de Energía para colonocitos
proliferación de células de la mucosa
aumento del flujo sanguíneo
aumento de la motilidad
integridad de la
mucosa
intestinal
 Disminución del pH de la digesta
control de E. Coli
control Salmonella (propiónico)
Dieta: principal fuente de sustrato para la
microbiota
Fibra: carbohidratos que no son digeridos
por las enzimas secretadas por el animal.
Pero pueden ser fermentados!
Carbohidratos fermentables
• Prebióticos: ingredientes fermentables;
benéfico; inulina y oligofructosa (Roberfroid, 2007)
efecto
• Fibra: polisacáridos vegetales y lignina que no son
hidrolizados por enzimas endógenas (Theander et al., 1994)
• Actividad prebiótica; no todos los CH fermentables
son prebióticos, no específicos, “colonic foods” (Gibson y
Roberfroid, 1995)
• Fermentación en intestino; mayor magnitud en I.G.
Carbohidratos fermentables
Lignina
Celulosa
Hemicelulosa (B)
Fibra
insoluble
Fibra
Hemicelulosa (A)
Polisacáridos
no
almidonosos
Pectinas
Gomas
Fructanos
Mucílagos
Otros polisacáridos:
Inulina, FOS, almidón
resistente
Fibra
soluble
Otros criterios
• viscosidad
• capacidad para gelificar
• velocidad de fermentación
Efecto de la inclusión de pulpa de citrus y
pomaza de manzana en dietas para perros
- Fuentes de fibra: Avena, Xilan de avena, Pomaza de
manzana, Pulpa de citrus, Inulina, Celulosa purificada
3.73
- Combinación con alimento comercial predigerido (0, 3,
7, 10%)
CO2
NH3
CH4
AGV
Mediciones: 2, 4, 6, 8, 10, 12, 18, 24, 48, 72 h
CO2
NH3
CH4
AGV
Producción de gas in vitro de diferentes fuentes
fibrosas utilizando como inóculo heces frescas de
perros
Gas (mL/g MO)
160
120
b
b
a
c
80
40
0
citrus
manzana
inulina
xylan
Deluca et al., 2010
Parámetros fecales de perros alimentados con una ración comercial
suplementada con 7 % de pulpa de citrus y pomaza de manzana
cantidad (g)
frecuencia
Digest.
MO
Score
pH
bacterias
SPSb
control
238.8
3.5
88.8
4.8
6.99
9.25
citrus
381.7
5.5
84.5
4.9
6.58
8.77
manzana
376.3
5.3
84.1
4.8
6.50
8.44
control vs supl.
<0.001
<0.001
<0.001
ns
<0.001
0.041
citrus vs
manzana
ns
ns
ns
ns
P (contraste)
peor
mejor
ns
Brambillasca et al., 2007
¿Por qué estimular la fermentación…?
Excreción de N
• Disminución de la excreción urinaria de N
Estómago
Int. delgado
Int. grueso
Fermentación microbiana
Almidones
Azúcares
Aminas
Fibra
AGV ramif
Proteínas
NH4
Orina
¿Por qué estimular la fermentación…?
Excreción de N
• Disminución de la excreción urinaria de N
Estómago
Almidones
Azúcares
Int. delgado
Int. grueso
Fermentación microbiana
Síntesis de proteína
microbiana
Fibra
Proteínas
NH4
↓ N Orina
Reducción de la eliminación urinaria de N con la inclusión de pulpa
de remolacha y cascarilla de soja (Cahn et al., 1997; Zervas y Ziljstra, 2002)
Pulpa de citrus
 Subproducto de elaboración de jugos
 Fresca: alta humedad (85 -90%)
 Carbohidratos estructurales totales: 25-30%, baja en
proteína (7-8%)
 Alta en fibra soluble: 23-45% (pectinas y otros)
Pulpa manzana
 Subproducto jugos y sidra
 Alta humedad (85 -90%)
 Más alta en carbohidratos estructurales totales (5560%), baja en proteína (5 %)
 Alta en fibra soluble (pectinas y otros polisacáridos)
Características fecales y de digesta, y cinéticas de fermentación
in vitro en lechones (Brambillasca, 2011)
P – contrastes *
CON
INU
ALF
CIT
EEM
C1
C2
C3
MS heces (%)
31,3
29,3
24,5
24,4
2,6
0,03
0,06
---
Consistencia #
1,6
2,0
2,2
2,1
0,3
0,04
---
---
6,19
6,28
6,07
5,93
0,10
---
0,02
---
pH colónico
-Inclusión de aditivos:
-- aumentó la humedad
-- disminuyó la consistencia
-- disminuyó el pH del colon
* Contrastes: C1 = CON vs. aditivos; C2 = INU vs. (ALF + CIT); C3 = ALF vs. CIT
# Consistencia fecal: 1 (heces firmes) a 4 (heces líquidas).
--- : no significativo (P>0,05)
Características fecales y de digesta, y cinéticas de fermentación
in vitro en lechones (Brambillasca, 2011)
P – contrastes *
CON
INU
ALF
CIT
EEM
C1
C2
C3
MS heces (%)
31,3
29,3
24,5
24,4
2,6
0,03
0,06
---
Consistencia #
1,6
2,0
2,2
2,1
0,3
0,04
---
---
pH colónico
6,19
6,28
6,07
5,93
0,10
---
0,02
---
Gas (mL/g MO)
144
151
147
152
7,5
0,07
---
---
T1/2 (h)
4,0
3,9
4,3
4,3
0,2
---
<0,01
---
23,0
24,8
22,2
22,5
1,2
---
<0,01
---
1,7
1,6
2,1
1,6
0,2
---
---
0,06
40,3
41,1
42,3
39,3
2,2
---
---
---
Rmax (mL/h)
Tmax (h)
DOM (%)
Gas: mL de gas acumulado/g MO incubada;
T½: mitad de tiempo para alcanzar la producción de gas asintótica;
Rmax: tasa máxima de producción de gas;
Tmax: tiempo en el que se produce la Rmax;
DMO: porcentaje de desaparición de la MO incubada.
Características fecales y de digesta, y cinéticas de fermentación
in vitro en lechones (Brambillasca, 2011)
P – contrastes *
CON
INU
ALF
CIT
EEM
C1
C2
C3
MS heces (%)
31,3
29,3
24,5
24,4
2,6
0,03
0,06
---
Consistencia #
1,6
2,0
2,2
2,1
0,3
0,04
---
---
pH colónico
6,19
6,28
6,07
5,93
0,10
---
0,02
---
Gas (mL/g MO)
144
151
147
152
7,5
0,07
---
---
T1/2 (h)
4,0
3,9
4,3
4,3
0,2
---
<0,01
---
23,0
24,8
22,2
22,5
1,2
---
<0,01
---
1,7
1,6
2,1
1,6
0,2
---
---
0,06
40,3
41,1
42,3
39,3
2,2
---
---
---
Rmax (mL/h)
Tmax (h)
DOM (%)
Inóculos fecales de cerdos alimentados con fibras solubles: mayor
efecto sobre las velocidades de fermentación
Bibliografía recomendada
• Aditivos alimentarios. 2006. Cap. 25, pp. 523. En. McDonald, Nutrición
Animal, 6ª ed.
•Rodríguez-Palenzuela, et al., 1998. Fibra soluble y su implicación en
nutrición animal:
enzimas y probióticos. En: XIV Curso de Especialización FEDNA.
Disponible en:
http://fundacionfedna.org/sites/default/files/98CAPXIV.pdf
• Caja et al., 2003. Alternativas a los antibióticos de uso alimentario en
rumiantes: probióticos, enzimas y acidos orgánicos. En: XIX Curso de
Especialización FEDNA.
Disponible en:
http://fundacionfedna.org/sites/default/files/03CAP_IX.pdf