Probióticos y Prebióticos (20/8)
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Curso de Nutrición 2012 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 1 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 2 Alternativas a la utilización de ATB • probióticos • prebióticos • ácidos orgánicos Preparación o producto que contiene microorganismos 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) • enzimas • extractos vegetales • 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) 3 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 4 Competencia... Competencia ... Población mixta de bacterias Exclusión competitiva Enterocitos Bacterias benéficas Bacterias patógenas (Ewing y Cole, 1994, en McDonald 2006) Efecto antibacteriano Lactobacillus ác. láctico AGV Peróxido de H bacteriocinas pH E. coli, Salmonella, S. aureus aureus.,Cl .,Cl.. perfringens 5 Estimulación de inmunidad Interacción entre microorganismos probióticos y la mucosa intestinal Señalización intracelular IgA secretoria Cel. M Epitelio Lamina propia Interleucinas 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 alal.., 2003 2003)). Semanas Dosis: 5x108 UFC/d desde el destete hasta 1 año de edad 6 IgG específica a VDC IgA específica a VDC Respuestas de IgG e IgA específicas frente a virus de distemper canino (VDC) en cachorros con y sin el suministro de Enterococcus faecium (Benyacoub et al al.., 2003 2003)). Vacunación con atenuada de VDC Semana vacuna Estímulo de la respuesta inmune local (intestino) y humoral (plasmática) Conteo de Bacillus CIP 5832 totales en heces frescas luego de suplementación de dieta [d 0, 7,5 x 108 UFC/(perro x día)] 106 UFC en heces frescas 250 200 150 100 50 0 0 1 2 3 4 5 6 7 Tiempo (días) total esporas f. vegetativas Biourge et al., 1998 7 Conteo de Bacillus CIP 5832 totales en heces frescas luego de que cesa la suplementación. 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) 8 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 • • histamina superficie mucosa • efecto anticarcinogénico (Adaptado de Paterson y Burkholder, 2003) 9 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) 10 Concentraciones ileales de IgA y características de células inmunes en perros alimentados con FOS y/o MOS (adaptado de Swanson et al 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 0,062 IgA ileal mg/g PB 8,22 9,74 9,77 12,2 ns ns 0,052 Neutrófilos,, % Neutrófilos 70,1 66,4 66,0 70,0 ns ns ns Linfocitos, % 15,6 16,8 20,4 17,8 0,05 ns ns Efecto positivo sobre la respuesta inmune 1. FOS vs. C (1g FOS) 2. MOS vs. C (1g MOS) 3. FOS+MOS vs. C (1g FOS + 1g MOS) 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 Dieta Inul Inul.. 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 11 AGV tienen efectos benéficos Fuente de Energía Hígado:: propionato glucogénico Hígado acetato lipogénico Butirato: principal fuente de Energía para colonocitos Butirato: 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) Energía obtenida a partir de AGV en distintas especies Sitio de fermentación Anterior (kcal/PV0.75) Posterior (kcal/PV0.75) Ovino 57 57--79 --- Rata --- 9 Cerdo --- 5-28 Humano --- 0.7 0.7--20 (Van Soest, 1994) 12 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! ¿Cómo digieren los carbohidratos los monogástricos? Boca α-amilasa Esófago Estómago Int. Int. delgado Int. Int. grueso amilasas dextrinasas maltasas sacarasas Fermentación microbiana Almidones Azúcares Fibra glucosa fructosa AGV CH4 CO2 H2 13 Carbohidratos fermentables • Prebióticos: ingredientes fermentables; efecto benéfico; inulina y oligofructosa (Roberfroid, 2007) • 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 Fibra insoluble Hemicelulosa (B) 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 14 Fibra dietética De Blas et al., 1998 Celulosa Lignina (no polisacárido) Hemicelulosas mananos, etc.) (xilanos, Pectinas (polisacáridos galacturónico) Fructanos (inulinas, polisacáridos de reserva glucomananos, ricos en levanos, ac. fleínas) Fibra Oligosacáridos (2-10 unidades de azúcares: soluble rafinosa, estaquiosa, verbascosa, ajugosa) ¿Por qué estimular la fermentación…? Excreción de N • Disminución de la excreción urinaria de N Estómago Int. Int. delgado Int. Int. grueso Fermentación microbiana Almidones Azúcares Aminas Fibra AGV ramif Proteínas NH4 Orina 15 ¿Por qué estimular la fermentación…? Excreción de N • Disminución de la excreción urinaria de N Estómago Almidones Azúcares Int. Int. grueso Int. Int. delgado 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 1997;; Zervas y Ziljstra, Ziljstra, 2002 2002)) Pulpa de citrus Subproducto de elaboración de jugos Fresca:: alta humedad (85 -90 Fresca 90% %) Carbohidratos estructurales totales: totales: 25 25--30 30% %, baja en proteína (7-8%) Alta en fibra soluble soluble:: 23 23--45 45% % (pectinas y otros) 16 Pulpa manzana Subproducto jugos y sidra Alta humedad (85 -90 90% %) Más alta en carbohidratos estructurales totales (55 55-60 60% %), baja en proteína (5 %) Alta en fibra soluble (pectinas y otros polisacáridos) Efecto de la inclusión de pulpa de citrus y pomaza de manzana en dietas para perros - Fuentes de fibra: 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 10% %) CO2 NH3 CH4 AGV CO2 Mediciones: 2, 4, 6, 8, 10, 12, 18, 24, 48, 72 h NH3 CH4 AGV 17 Producción de gas in vitro de diferentes fuentes fibrosas utilizando como inóculo heces frescas de perros a 160 b Gas (mL/g MO) b 120 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 contraste)) peor mejor ns Brambillasca et al., 2007 18 ¿Por qué estimular la fermentación en el intestino grueso? AGV producidos • Fuente de energía energía:: - propiónico propiónico:: neoglucogénesis - acético acético:: lipogénesis - butírico butírico:: energía para epitelios Energía obtenida a partir de AGV kcal kcal/PV /PV0,75 Rata Cerdo Humano 9 5 – 28 0,7 – 20 (Van Soest Soest,, 1994) • Mayor [ác ác.. butírico] con 3% de inulina (Loh et al. al., 2006 2006)) • AGV AGV:: relación con modulación de citoquinas propro-inflamatorias en lechones destetados (Pié et al. al., 2007 2007)) • Oligosacáridos Oligosacáridos:: ↑ altura de vellosidades y relación en vellosidades::criptas en yeyuno e íleon (Liu et al. vellosidades al., 2008 2008)) • Dietas ↑ en fibra (afrechillo de arroz, residuo de batata, residuo de mandioca): hipertrofia del TGI (Len et al. al., 2009 2009)) ¿Por qué estimular la fermentación…? Inhibición de M.O. patógenos Fibra fermentable: ↑ de ácidos orgánicos (láctico, AGVs AGVs)) ↓ pH intestinal < recuento de patógenos (E. coli, coli, Salmonella, Clostridios Clostridios)) • Inclusión de 50 a 100 g de pulpa de citrus ensilada/kg en cerdos en crecimientocrecimiento- terminación: menor n n°° de Enterobacterias (Cerisuelo et al., 2010) • Dietas con pectinas de citrus en perros: disminución en n° n° de coliformes y clostridios (Biagi et al., 2010) 19 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 20
