Ovaj članak je dio istraživačke teme „Upotreba antimikrobnih sredstava, otpornost na antimikrobna sredstva i mikrobiom životinja za ishranu“. Pogledajte svih 13 članaka
Organske kiseline su i dalje veoma tražene kao aditivi za stočnu hranu. Do danas je fokus bio na sigurnosti hrane, posebno na smanjenju učestalosti patogena koji se prenose hranom kod peradi i drugih životinja. Nekoliko organskih kiselina se trenutno proučava ili je već u komercijalnoj upotrebi. Među mnogim organskim kiselinama koje su opsežno proučavane, mravlja kiselina je jedna od njih. Mravlja kiselina se dodaje u ishranu peradi kako bi se ograničilo prisustvo Salmonele i drugih patogena koji se prenose hranom u hrani i u gastrointestinalnom traktu nakon gutanja. Kako raste razumijevanje efikasnosti i uticaja mravlje kiseline na domaćina i patogene koji se prenose hranom, postaje jasno da prisustvo mravlje kiseline može pokrenuti specifične puteve kod Salmonele. Ovaj odgovor može postati složeniji kada mravlja kiselina uđe u gastrointestinalni trakt i stupi u interakciju ne samo sa Salmonelom koja već kolonizira gastrointestinalni trakt, već i sa vlastitom mikrobnom florom crijeva. Pregled će ispitati trenutne rezultate i izglede za daljnja istraživanja mikrobioma peradi i hrane tretirane mravljom kiselinom.
I u stočarstvu i u peradarskom uzgoju, izazov je razviti strategije upravljanja koje optimiziraju rast i produktivnost, a istovremeno ograničavaju rizike za sigurnost hrane. Historijski gledano, primjena antibiotika u subterapeutskim koncentracijama poboljšala je zdravlje, dobrobit i produktivnost životinja (1-3). Sa stanovišta mehanizma djelovanja, predloženo je da antibiotici koji se primjenjuju u subinhibitornim koncentracijama posreduju u odgovorima domaćina moduliranjem gastrointestinalne (GI) flore i, zauzvrat, njihovih interakcija s domaćinom (3). Međutim, stalna zabrinutost zbog potencijalnog širenja patogena koji se prenose hranom otpornih na antibiotike i njihove potencijalne povezanosti s infekcijama otpornim na antibiotike kod ljudi dovela je do postepenog povlačenja upotrebe antibiotika kod životinja koje se koriste za ishranu (4-8). Stoga je razvoj aditiva i poboljšivača hrane koji ispunjavaju barem neke od ovih zahtjeva (poboljšano zdravlje, dobrobit i produktivnost životinja) od velikog interesa i sa akademskog istraživanja i sa stanovišta komercijalnog razvoja (5, 9). Različiti komercijalni aditivi za hranu ušli su na tržište hrane za životinje, uključujući probiotike, prebiotike, eterična ulja i srodna jedinjenja iz različitih biljnih izvora, te hemikalije poput aldehida (10-14). Drugi komercijalni aditivi za hranu koji se često koriste kod peradi uključuju bakteriofage, cink oksid, egzogene enzime, produkte kompetitivne ekskluzije i kisele spojeve (15, 16).
Među postojećim hemijskim aditivima za stočnu hranu, aldehidi i organske kiseline su historijski najšire proučavani i korišteni spojevi (12, 17–21). Organske kiseline, posebno kratkolančane masne kiseline (SCFA), dobro su poznati antagonisti patogenih bakterija. Ove organske kiseline se koriste kao aditivi za stočnu hranu ne samo da bi ograničile prisustvo patogena u matrici hrane, već i da bi aktivno uticale na gastrointestinalnu funkciju (17, 20–24). Osim toga, SCFA se proizvode fermentacijom crijevne flore u probavnom traktu i smatra se da igraju mehanističku ulogu u sposobnosti nekih probiotika i prebiotika da se suprotstave patogenima unesenim u gastrointestinalni trakt (21, 23, 25).
Tokom godina, različite kratkolančane masne kiseline (SCFA) privukle su mnogo pažnje kao aditivi za stočnu hranu. Posebno su propionat, butirat i format bili predmet brojnih studija i komercijalnih primjena (17, 20, 21, 23, 24, 26). Dok su se rane studije fokusirale na kontrolu patogena koji se prenose hranom u hrani za životinje i perad, novije studije su preusmjerile fokus na ukupno poboljšanje performansi životinja i gastrointestinalnog zdravlja (20, 21, 24). Acetat, propionat i butirat privukli su mnogo pažnje kao organski kiseli aditivi za stočnu hranu, među kojima je mravlja kiselina također obećavajući kandidat (21, 23). Mnogo pažnje je usmjereno na aspekte sigurnosti hrane mravlje kiseline, posebno na smanjenje učestalosti patogena koji se prenose hranom u stočnoj hrani. Međutim, razmatraju se i druge moguće upotrebe. Opći cilj ovog pregleda je ispitati historiju i trenutni status mravlje kiseline kao poboljšivača stočne hrane (Slika 1). U ovoj studiji ispitat ćemo antibakterijski mehanizam mravlje kiseline. Osim toga, detaljnije ćemo pogledati njegove učinke na stoku i perad i razgovarati o mogućim metodama za poboljšanje njegove učinkovitosti.
Sl. 1. Mentalna mapa tema obrađenih u ovom pregledu. Posebno su se fokusirali na sljedeće opće ciljeve: opisati historiju i trenutni status mravlje kiseline kao poboljšivača stočne hrane, antimikrobne mehanizme mravlje kiseline i utjecaj njene upotrebe na zdravlje životinja i peradi, te potencijalne metode za poboljšanje efikasnosti.
Proizvodnja hrane za stoku i perad je složena operacija koja uključuje više koraka, uključujući fizičku obradu žitarica (npr. mljevenje radi smanjenja veličine čestica), termičku obradu za peletiranje i dodavanje više hranjivih tvari u prehranu ovisno o specifičnim nutritivnim potrebama životinje (27). S obzirom na ovu složenost, ne čudi da prerada hrane izlaže žitarice raznim faktorima okoline prije nego što stignu do mlina za stočnu hranu, tokom mljevenja, a potom tokom transporta i hranjenja u složenim obrocima hrane (9, 21, 28). Stoga je tokom godina u hrani za životinje identificirana vrlo raznolika grupa mikroorganizama, uključujući ne samo bakterije već i bakteriofage, gljivice i kvasce (9, 21, 28–31). Neki od ovih kontaminanata, poput određenih gljivica, mogu proizvesti mikotoksine koji predstavljaju zdravstveni rizik za životinje (32–35).
Bakterijske populacije mogu biti relativno raznolike i donekle zavise od odgovarajućih metoda korištenih za izolaciju i identifikaciju mikroorganizama, kao i od izvora uzorka. Na primjer, profil mikrobnog sastava može se razlikovati prije termičke obrade povezane s peletiranjem (36). Iako su klasične metode kultivacije i presađivanja na ploče pružile neke informacije, nedavna primjena metode sekvenciranja sljedeće generacije (NGS) zasnovane na genu 16S rRNA pružila je sveobuhvatniju procjenu zajednice mikrobioma krmnog bilja (9). Kada su Solanki i saradnici (37) ispitali bakterijski mikrobiom zrna pšenice uskladištenih određeni vremenski period u prisustvu fosfina, fumiganta za suzbijanje insekata, otkrili su da je mikrobiom bio raznovrsniji nakon žetve i nakon 3 mjeseca skladištenja. Nadalje, Solanki i saradnici... (37) (37) je pokazao da su Proteobacteria, Firmicutes, Actinobacteria, Bacteroidetes i Planctomyces dominantna koljena u zrnima pšenice, Bacillus, Erwinia i Pseudomonas dominantni rodovi, a Enterobacteriaceae čine manji udio. Na osnovu taksonomskih poređenja, zaključili su da fumigacija fosfinom značajno mijenja bakterijske populacije, ali ne utiče na raznolikost gljivica.
Solanki i saradnici (37) su pokazali da izvori hrane mogu sadržavati i patogene koji se prenose hranom i koji mogu uzrokovati probleme javnog zdravlja na osnovu detekcije Enterobacteriaceae u mikrobiomu. Patogeni koji se prenose hranom, kao što su Clostridium perfringens, Clostridium botulinum, Salmonella, Campylobacter, Escherichia coli O157:H7 i Listeria monocytogenes, povezani su sa hranom za životinje i silažem (9, 31, 38). Perzistencija drugih patogena koji se prenose hranom u hrani za životinje i perad trenutno nije poznata. Ge i saradnici (39) su pregledali preko 200 sastojaka hrane za životinje i izolovali Salmonelu, E. coli i Enterokoke, ali nisu detektovali E. coli O157:H7 ili Campylobacter. Međutim, matrice poput suhe hrane mogu poslužiti kao izvor patogene E. coli. U praćenju izvora izbijanja serogrupa O121 i O26 Escherichia coli (STEC) koja proizvodi Shiga toksin, povezanih sa ljudskim bolestima 2016. godine, Crowe i saradnici... (40) koristili su sekvenciranje cijelog genoma kako bi uporedili kliničke izolate s izolatima dobivenim iz prehrambenih proizvoda. Na osnovu ove usporedbe, zaključili su da je vjerojatni izvor bilo sirovo pšenično brašno s niskim udjelom vlage iz mlinova za brašno. Nizak sadržaj vlage u pšeničnom brašnu sugerira da STEC može preživjeti i u stočnoj hrani s niskim udjelom vlage. Međutim, kako Crowe i suradnici (40) primjećuju, izolacija STEC-a iz uzoraka brašna je teška i zahtijeva imunomagnetske metode separacije kako bi se dobio dovoljan broj bakterijskih ćelija. Slični dijagnostički procesi također mogu zakomplicirati detekciju i izolaciju rijetkih patogena koji se prenose hranom u stočnoj hrani. Teškoća u detekciji može biti i posljedica dugog zadržavanja ovih patogena u matricama s niskim udjelom vlage. Forghani i suradnici (41) je pokazao da je pšenično brašno uskladišteno na sobnoj temperaturi i inokulirano mješavinom enterohemoragične Escherichia coli (EHEC) serogrupa O45, O121 i O145 i Salmonella (S. Typhimurium, S. Agona, S. Enteritidis i S. Anatum) bilo kvantificirano nakon 84 i 112 dana, a još uvijek detektabilno nakon 24 i 52 sedmice.
Historijski gledano, Campylobacter nikada nije izolovan iz hrane za životinje i perad tradicionalnim metodama kultivacije (38, 39), iako se Campylobacter može lako izolovati iz gastrointestinalnog trakta peradi i proizvoda od peradi (42, 43). Međutim, hrana i dalje ima svoje prednosti kao potencijalni izvor. Na primjer, Alves i saradnici (44) su pokazali da inokulacija hrane za tovljene piliće sa C. jejuni i naknadno skladištenje hrane na dvije različite temperature tokom 3 ili 5 dana rezultira oporavkom održive C. jejuni, a u nekim slučajevima čak i njihovom proliferacijom. Zaključili su da C. jejuni sigurno može preživjeti u hrani za perad i stoga može biti potencijalni izvor infekcije za piliće.
Kontaminacija hrane za životinje i perad bakterijom Salmonella u prošlosti je privukla mnogo pažnje i ostaje u fokusu stalnih napora za razvoj metoda detekcije koje se posebno primjenjuju na hranu za životinje i pronalaženje efikasnijih mjera kontrole (12, 26, 30, 45–53). Tokom godina, mnoge studije su ispitivale izolaciju i karakterizaciju Salmonella u različitim objektima za stočnu hranu i mlinovima za stočnu hranu (38, 39, 54–61). Sveukupno, ove studije pokazuju da se Salmonella može izolovati iz različitih sastojaka hrane za životinje, izvora hrane, vrsta hrane i proizvodnih operacija hrane. Stope prevalencije i dominantni izolovani serotipovi Salmonella također su varirali. Na primjer, Li i saradnici (57) potvrdili su prisustvo Salmonella spp. Detektovana je u 12,5% od 2058 uzoraka prikupljenih iz potpune hrane za životinje, sastojaka hrane za životinje, hrane za kućne ljubimce, poslastica za kućne ljubimce i dodataka prehrani za kućne ljubimce tokom perioda prikupljanja podataka od 2002. do 2009. godine. Osim toga, najčešći serotipovi otkriveni u 12,5% uzoraka Salmonella koji su bili pozitivni bili su S. Senftenberg i S. Montevideo (57). U studiji o hrani spremnoj za jelo i nusproizvodima stočne hrane u Teksasu, Hsieh i sar. (58) izvijestili su da je najveća prevalencija Salmonella bila u ribljem brašnu, nakon čega slijede životinjski proteini, s S. Mbanka i S. Montevideo kao najčešćim serotipovima. Mlinovi stočne hrane također predstavljaju nekoliko potencijalnih tačaka kontaminacije hrane tokom miješanja i dodavanja sastojaka (9, 56, 61). Magossi i sar. (61) uspjeli su pokazati da se više tačaka kontaminacije može pojaviti tokom proizvodnje stočne hrane u Sjedinjenim Državama. U stvari, Magossi i sar. (61) pronašli su najmanje jednu pozitivnu kulturu Salmonella u 11 mlinova stočne hrane (ukupno 12 lokacija za uzorkovanje) u osam država u Sjedinjenim Državama. S obzirom na potencijal kontaminacije salmonelom tokom rukovanja hranom, transporta i svakodnevnog hranjenja, ne iznenađuje da se ulažu značajni napori u razvoj dodataka hrani koji mogu smanjiti i održavati niske nivoe mikrobne kontaminacije tokom cijelog ciklusa proizvodnje životinja.
Malo se zna o mehanizmu specifičnog odgovora Salmonele na mravlju kiselinu. Međutim, Huang i saradnici (62) su ukazali da je mravlja kiselina prisutna u tankom crijevu sisara i da su Salmonella spp. sposobne da proizvode mravlju kiselinu. Huang i saradnici (62) su koristili niz mutanata ključnih puteva za detekciju ekspresije gena virulencije Salmonele i otkrili da format može djelovati kao difuzibilni signal koji indukuje Salmonelu da napadne epitelne ćelije Hep-2. Nedavno su Liu i saradnici (63) izolovali transporter formata, FocA, iz Salmonella typhimurium koji funkcioniše kao specifični kanal formata pri pH 7,0, ali može funkcionisati i kao pasivni kanal za izvoz pri visokom vanjskom pH ili kao sekundarni aktivni kanal za uvoz formata/vodikovih iona pri niskom pH. Međutim, ova studija je provedena samo na jednom serotipu S. Typhimurium. Ostaje pitanje da li svi serotipovi reaguju na mravlju kiselinu sličnim mehanizmima. Ovo ostaje ključno istraživačko pitanje kojim bi se trebalo pozabaviti u budućim studijama. Bez obzira na rezultate, i dalje je razborito koristiti više serotipova Salmonella ili čak više sojeva svakog serotipa u eksperimentima skrininga prilikom razvoja općih preporuka za upotrebu kiselih dodataka za smanjenje nivoa Salmonella u hrani. Noviji pristupi, poput upotrebe genetskog barkodiranja za kodiranje sojeva radi razlikovanja različitih podgrupa istog serotipa (9, 64), nude mogućnost uočavanja finijih razlika koje mogu utjecati na zaključke i tumačenje razlika.
Hemijska priroda i oblik disocijacije formata također mogu biti važni. U nizu studija, Beyer i saradnici (65–67) su pokazali da je inhibicija Enterococcus faecium, Campylobacter jejuni i Campylobacter coli u korelaciji s količinom disocirane mravlje kiseline i da je neovisna o pH ili nedisociranoj mravljoj kiselini. Čini se da je i hemijski oblik formata kojem su bakterije izložene važan. Kovanda i saradnici (68) su pregledali nekoliko gram-negativnih i gram-pozitivnih organizama i uporedili minimalne inhibitorne koncentracije (MIC) natrijum formata (500–25.000 mg/L) i smjese natrijum formata i slobodnog formata (40/60 m/v; 10–10.000 mg/L). Na osnovu vrijednosti minimalne inhibitorne koncentracije (MIC), otkrili su da je natrijum format inhibitorno djelovao samo na Campylobacter jejuni, Clostridium perfringens, Streptococcus suis i Streptococcus pneumoniae, ali ne i na Escherichia coli, Salmonella typhimurium ili Enterococcus faecalis. Nasuprot tome, mješavina natrijum formata i slobodnog natrijum formata djelovala je inhibitorno na sve organizme, što je autore navelo na zaključak da slobodna mravlja kiselina posjeduje većinu antimikrobnih svojstava. Bilo bi zanimljivo ispitati različite omjere ova dva hemijska oblika kako bi se utvrdilo da li raspon vrijednosti MIC korelira s nivoom mravlje kiseline prisutne u miješanoj formuli i odgovorom na 100% mravlju kiselinu.
Gomez-Garcia i saradnici (69) testirali su kombinacije eteričnih ulja i organskih kiselina (kao što je mravlja kiselina) protiv višestrukih izolata Escherichia coli, Salmonella i Clostridium perfringens dobijenih od svinja. Testirali su efikasnost šest organskih kiselina, uključujući mravlju kiselinu, i šest eteričnih ulja protiv izolata svinja, koristeći formaldehid kao pozitivnu kontrolu. Gomez-García i saradnici (69) odredili su MIC50, MBC50 i MIC50/MBC50 mravlje kiseline protiv Escherichia coli (600 i 2400 ppm, 4), Salmonella (600 i 2400 ppm, 4) i Clostridium perfringens (1200 i 2400 ppm, 2), među kojima se mravlja kiselina pokazala efikasnijom od svih organskih kiselina protiv E. coli i Salmonella. (69) Mravlja kiselina je efikasna protiv Escherichia coli i Salmonella zbog svoje male molekularne veličine i dugog lanca (70).
Beyer i saradnici su pregledali sojeve Campylobacter izolirane iz svinja (66) i sojeve Campylobacter jejuni izolirane iz peradi (67) i pokazali da se mravlja kiselina disocira pri koncentracijama koje su konzistentne s MIC odgovorima izmjerenim za druge organske kiseline. Međutim, relativne potentnosti ovih kiselina, uključujući mravlju kiselinu, dovedene su u pitanje jer Campylobacter može koristiti ove kiseline kao supstrate (66, 67). Iskorištavanje kiseline od strane C. jejuni nije iznenađujuće jer je pokazano da ima neglikolitički metabolizam. Dakle, C. jejuni ima ograničen kapacitet za katabolizam ugljikohidrata i oslanja se na glukoneogenezu iz aminokiselina i organskih kiselina za većinu svog energetskog metabolizma i biosintetske aktivnosti (71, 72). Rana studija Line i saradnika (73) koristila je fenotipski niz koji sadrži 190 izvora ugljika i pokazala je da C. jejuni 11168(GS) može koristiti organske kiseline kao izvore ugljika, od kojih su većina međuprodukti ciklusa trikarboksilnih kiselina. Dalja istraživanja Wagli i saradnika... (74) korištenjem fenotipskog niza za iskorištavanje ugljika pokazalo je da sojevi C. jejuni i E. coli ispitani u njihovoj studiji mogu rasti na organskim kiselinama kao izvoru ugljika. Format je glavni donor elektrona za respiratorni energetski metabolizam C. jejuni i, stoga, glavni izvor energije za C. jejuni (71, 75). C. jejuni je u stanju koristiti format kao donor vodika putem membranski vezanog kompleksa format dehidrogenaze koji oksidira format u ugljikov dioksid, protone i elektrone i služi kao donor elektrona za disanje (72).
Mravlja kiselina ima dugu historiju upotrebe kao antimikrobno sredstvo za poboljšanje hrane, ali neki insekti također mogu proizvoditi mravlju kiselinu za upotrebu kao antimikrobna hemikalija za odbranu. Rossini i saradnici (76) sugerirali su da mravlja kiselina može biti sastojak kiselog soka mrava koje je opisao Ray (77) prije skoro 350 godina. Od tada se naše razumijevanje proizvodnje mravlje kiseline kod mrava i drugih insekata znatno povećalo i sada je poznato da je ovaj proces dio složenog sistema odbrane od toksina kod insekata (78). Poznato je da različite grupe insekata, uključujući pčele bez žalca, šiljaste mrave (Hymenoptera: Apidae), zemljane bube (Galerita lecontei i G. janus), mrave bez žalca (Formicinae) i neke larve moljaca (Lepidoptera: Myrmecophaga), proizvode mravlju kiselinu kao odbrambenu hemikaliju (76, 78–82).
Mravi su možda najbolje okarakterisani jer imaju acidocite, specijalizirane otvore koji im omogućavaju da prskaju otrov sastavljen prvenstveno od mravlje kiseline (82). Mravi koriste serin kao prekursor i skladište velike količine formata u svojim otrovnim žlijezdama, koje su dovoljno izolirane da zaštite mrave domaćine od citotoksičnosti formata dok se ne poprskaju (78, 83). Mravlja kiselina koju luče može (1) poslužiti kao alarmni feromon za privlačenje drugih mrava; (2) biti obrambena hemikalija protiv konkurenata i predatora; i (3) djelovati kao antifungalno i antibakterijsko sredstvo kada se kombinira sa smolom kao dijelom materijala za gnijezdo (78, 82, 84–88). Mravlja kiselina koju proizvode mravi ima antimikrobna svojstva, što sugerira da bi se mogla koristiti kao lokalni aditiv. To su pokazali Bruch i suradnici (88), koji su dodali sintetičku mravlju kiselinu smoli i značajno poboljšali antifungalno djelovanje. Daljnji dokaz o učinkovitosti mravlje kiseline i njenoj biološkoj korisnosti je da gigantski mravojedi, koji nisu u stanju proizvoditi želučanu kiselinu, konzumiraju mrave koji sadrže mravlju kiselinu kako bi sebi osigurali koncentriranu mravlju kiselinu kao alternativnu probavnu kiselinu (89).
Praktična upotreba mravlje kiseline u poljoprivredi razmatra se i proučava već dugi niz godina. Konkretno, mravlja kiselina se može koristiti kao dodatak stočnoj hrani i silaži. Natrijum format, kako u čvrstom tako i u tečnom obliku, smatra se sigurnim za sve životinjske vrste, potrošače i okoliš (90). Na osnovu njihove procjene (90), maksimalna koncentracija od 10.000 mg ekvivalenata mravlje kiseline/kg hrane smatrana je sigurnom za sve životinjske vrste, dok je maksimalna koncentracija od 12.000 mg ekvivalenata mravlje kiseline/kg hrane smatrana sigurnom za svinje. Upotreba mravlje kiseline kao poboljšivača stočne hrane proučava se već dugi niz godina. Smatra se da ima komercijalnu vrijednost kao konzervans silaže i antimikrobno sredstvo u stočnoj i peradi.
Hemijski aditivi poput kiselina oduvijek su bili sastavni element u proizvodnji silaže i upravljanju hranom (91, 92). Borreani i saradnici (91) su primijetili da je za postizanje optimalne proizvodnje visokokvalitetne silaže potrebno održati kvalitet krme uz zadržavanje što veće količine suhe tvari. Rezultat takve optimizacije je minimiziranje gubitaka u svim fazama procesa siliranja: od početnih aerobnih uvjeta u silosu do naknadne fermentacije, skladištenja i ponovnog otvaranja silosa za hranjenje. Specifične metode za optimizaciju proizvodnje silaže na polju i naknadne fermentacije silaže detaljno su razmotrene na drugom mjestu (91, 93-95) i ovdje neće biti detaljno razmatrane. Glavni problem je oksidativno kvarenje uzrokovano kvascima i plijesnima kada je kisik prisutan u silaži (91, 92). Stoga su uvedeni biološki inokulanti i hemijski aditivi kako bi se suzbili negativni efekti kvarenja (91, 92). Druga razmatranja za dodatke silaži uključuju ograničavanje širenja patogena koji mogu biti prisutni u silaži (npr. patogene E. coli, Listeria i Salmonella), kao i gljivica koje proizvode mikotoksine (96–98).
Mack i saradnici (92) su podijelili kisele aditive u dvije kategorije. Kiseline poput propionske, sirćetne, sorbinske i benzojeve kiseline održavaju aerobnu stabilnost silaže kada se daju preživarima ograničavajući rast kvasaca i plijesni (92). Mack i saradnici (92) su odvojili mravlju kiselinu od ostalih kiselina i smatrali je direktnim zakiseljivačem koji inhibira klostridije i mikroorganizme kvarenja, a istovremeno održava integritet proteina silaže. U praksi, njihovi oblici soli su najčešći hemijski oblici kako bi se izbjegla korozivna svojstva kiselina u neslanom obliku (91). Mnoge istraživačke grupe su također proučavale mravlju kiselinu kao kiseli aditiv za silažu. Mravlja kiselina je poznata po svom brzom potencijalu zakiseljavanja i inhibitornom učinku na rast štetnih mikroorganizama silaže koji smanjuju sadržaj proteina i ugljikohidrata rastvorljivih u vodi u silaži (99). Stoga su He i saradnici (92) uporedili mravlju kiselinu s kiselim aditivima u silaži. (100) je pokazalo da mravlja kiselina može inhibirati Escherichia coli i sniziti pH silaže. Bakterijske kulture koje proizvode mravlju i mliječnu kiselinu također su dodavane u silažu kako bi se stimuliralo zakiseljavanje i proizvodnja organskih kiselina (101). U stvari, Cooley i suradnici (101) otkrili su da kada je silaža zakiseljena s 3% (w/v) mravlje kiseline, proizvodnja mliječne i mravlje kiseline premašuje 800 odnosno 1000 mg organske kiseline/100 g uzorka. Mack i suradnici (92) detaljno su pregledali istraživačku literaturu o aditivima za silažu, uključujući studije objavljene od 2000. godine koje su se fokusirale na i/ili uključivale mravlju kiselinu i druge kiseline. Stoga ovaj pregled neće detaljno razmatrati pojedinačne studije, već će jednostavno sumirati neke ključne točke u vezi s učinkovitošću mravlje kiseline kao kemijskog aditiva za silažu. Proučavane su i nepuferirana i puferirana mravlja kiselina, a u većini slučajeva Clostridium spp. Njene relativne aktivnosti (unos ugljikohidrata, proteina i laktata te izlučivanje butirata) imaju tendenciju smanjenja, dok se proizvodnja amonijaka i butirata smanjuje, a zadržavanje suhe tvari povećava (92). Postoje ograničenja u djelovanju mravlje kiseline, ali njena upotreba kao dodatka silaži u kombinaciji s drugim kiselinama izgleda da prevazilazi neke od ovih problema (92).
Mravlja kiselina može inhibirati patogene bakterije koje predstavljaju rizik za ljudsko zdravlje. Na primjer, Pauly i Tam (102) su inokulirali male laboratorijske silose sa L. monocytogenes koji sadrži tri različita nivoa suhe tvari (200, 430 i 540 g/kg) ljulja, a zatim su im dodali mravlju kiselinu (3 ml/kg) ili bakterije mliječne kiseline (8 × 105/g) i celulolitičke enzime. Izvijestili su da su oba tretmana smanjila L. monocytogenes na nedetektabilne nivoe u silaži sa niskim sadržajem suhe tvari (200 g/kg). Međutim, u silaži sa srednjim sadržajem suhe tvari (430 g/kg), L. monocytogenes je i dalje bio detektibilan nakon 30 dana u silaži tretiranoj mravljom kiselinom. Smanjenje L. monocytogenes izgleda da je povezano sa nižim pH, mliječnom kiselinom i kombinovanim nedisociranim kiselinama. Na primjer, Pauly i Tam (102) su primijetili da su nivoi mliječne kiseline i kombinovane nedisocirane kiseline posebno važni, što može biti razlog zašto nije uočeno smanjenje L. monocytogenes u medijima tretiranim mravljom kiselinom iz silaže sa višim sadržajem suhe materije. Slične studije trebale bi se provesti u budućnosti za druge uobičajene patogene silaže kao što su Salmonella i patogena E. coli. Sveobuhvatnija analiza 16S rDNK sekvence cijele mikrobne zajednice silaže također može pomoći u identifikaciji promjena u ukupnoj mikrobnoj populaciji silaže koje se javljaju u različitim fazama fermentacije silaže u prisustvu mravlje kiseline (103). Dobijanje podataka o mikrobiomu može pružiti analitičku podršku za bolje predviđanje napretka fermentacije silaže i za razvoj optimalnih kombinacija aditiva za održavanje visokog kvaliteta silaže.
U hrani za životinje na bazi žitarica, mravlja kiselina se koristi kao antimikrobno sredstvo za ograničavanje nivoa patogena u različitim matricama hrane dobivenim od žitarica, kao i u određenim sastojcima hrane poput nusproizvoda životinjskog porijekla. Učinci na populacije patogena kod peradi i drugih životinja mogu se grubo podijeliti u dvije kategorije: direktni učinci na populaciju patogena u samoj hrani i indirektni učinci na patogene koji koloniziraju gastrointestinalni trakt životinja nakon konzumiranja tretirane hrane (20, 21, 104). Jasno je da su ove dvije kategorije međusobno povezane, jer smanjenje patogena u hrani treba rezultirati smanjenjem kolonizacije kada životinja konzumira hranu. Međutim, na antimikrobna svojstva određene kiseline dodane u matricu hrane može utjecati nekoliko faktora, kao što su sastav hrane i oblik u kojem se kiselina dodaje (21, 105).
Historijski gledano, upotreba mravlje kiseline i drugih srodnih kiselina prvenstveno se fokusirala na direktnu kontrolu Salmonele u hrani za životinje i perad (21). Rezultati ovih studija detaljno su sažeti u nekoliko pregleda objavljenih u različito vrijeme (18, 21, 26, 47, 104–106), tako da se u ovom pregledu razmatraju samo neki od ključnih nalaza iz ovih studija. Nekoliko studija je pokazalo da antimikrobna aktivnost mravlje kiseline u matricama hrane zavisi od doze i vremena izlaganja mravljoj kiselini, sadržaja vlage u matrici hrane i koncentracije bakterija u hrani i gastrointestinalnom traktu životinje (19, 21, 107–109). Vrsta matrice hrane i izvor sastojaka hrane za životinje također su faktori koji utiču. Stoga je niz studija pokazao da se nivoi Salmonele Bakterijski toksini izolovani iz životinjskih nusproizvoda mogu razlikovati od onih izolovanih iz biljnih nusproizvoda (39, 45, 58, 59, 110–112). Međutim, razlike u odgovoru na kiseline poput mravlje kiseline mogu biti povezane s razlikama u preživljavanju serovara u prehrani i temperaturom na kojoj se prehrana obrađuje (19, 113, 114). Razlike u odgovoru serovara na tretman kiselinom također mogu biti faktor kontaminacije peradi kontaminiranom hranom (113, 115), a razlike u ekspresiji gena virulencije (116) također mogu igrati ulogu. Razlike u toleranciji na kiselinu mogu zauzvrat utjecati na detekciju Salmonele u medijima za kulturu ako kiseline iz hrane nisu adekvatno puferirane (21, 105, 117–122). Fizički oblik prehrane (u smislu veličine čestica) također može utjecati na relativnu dostupnost mravlje kiseline u gastrointestinalnom traktu (123).
Strategije za optimizaciju antimikrobne aktivnosti mravlje kiseline koja se dodaje u hranu također su ključne. Predložene su veće koncentracije kiseline za sastojke hrane s visokom kontaminacijom prije miješanja hrane kako bi se minimizirala potencijalna oštećenja opreme mlinova za stočnu hranu i problemi s ukusnošću hrane za životinje (105). Jones (51) je zaključio da je Salmonelu prisutnu u hrani prije hemijskog čišćenja teže kontrolirati nego Salmonelu u kontaktu s hranom nakon hemijske obrade. Termička obrada hrane tokom obrade u mlinu za stočnu hranu predložena je kao intervencija za ograničavanje kontaminacije hrane Salmonelom, ali to ovisi o sastavu hrane, veličini čestica i drugim faktorima povezanim s procesom mljevenja (51). Antimikrobna aktivnost kiselina također ovisi o temperaturi, a povišene temperature u prisustvu organskih kiselina mogu imati sinergijski inhibitorni učinak na Salmonelu, kao što je uočeno u tekućim kulturama Salmonele (124, 125). Nekoliko studija hrane kontaminirane Salmonelom podržava ideju da povišene temperature povećavaju učinkovitost kiselina u matrici hrane (106, 113, 126). Amado i sur. (127) koristili su centralni kompozitni dizajn za proučavanje interakcije temperature i kiseline (mravlje ili mliječne kiseline) u 10 sojeva Salmonella enterica i Escherichia coli izoliranih iz različite hrane za stoku i inokuliranih u zakiseljene pelete za stoku. Zaključili su da je toplina dominantan faktor koji utječe na smanjenje mikroba, zajedno s kiselinom i vrstom bakterijskog izolata. Sinergijski učinak s kiselinom i dalje prevladava, tako da se mogu koristiti niže temperature i koncentracije kiseline. Međutim, također su primijetili da sinergijski efekti nisu uvijek uočeni kada se koristi mravlja kiselina, što ih je navelo na sumnju da su isparavanje mravlje kiseline na višim temperaturama ili puferski efekti komponenti matrice hrane faktor.
Ograničavanje roka trajanja hrane prije hranjenja životinja jedan je od načina kontrole unošenja patogena koji se prenose hranom u tijelo životinje tokom hranjenja. Međutim, kada kiselina u hrani uđe u gastrointestinalni trakt, može nastaviti da ispoljava svoju antimikrobnu aktivnost. Antimikrobna aktivnost egzogeno primijenjenih kiselih supstanci u gastrointestinalnom traktu može zavisiti od različitih faktora, uključujući koncentraciju želučane kiseline, aktivno mjesto gastrointestinalnog trakta, pH i sadržaj kisika u gastrointestinalnom traktu, starost životinje i relativni sastav populacije gastrointestinalnih mikroba (koji zavisi od lokacije gastrointestinalnog trakta i zrelosti životinje) (21, 24, 128–132). Osim toga, rezidentna populacija anaerobnih mikroorganizama u gastrointestinalnom traktu (koja postaje dominantna u donjem dijelu digestivnog trakta monogastričnih životinja kako sazrijevaju) aktivno proizvodi organske kiseline putem fermentacije, što zauzvrat može imati antagonistički učinak na prolazne patogene koji ulaze u gastrointestinalni trakt (17, 19–21).
Veliki dio ranih istraživanja fokusirao se na upotrebu organskih kiselina, uključujući format, kako bi se ograničila Salmonella u gastrointestinalnom traktu peradi, što je detaljno razmatrano u nekoliko pregleda (12, 20, 21). Kada se ove studije posmatraju zajedno, može se napraviti nekoliko ključnih zapažanja. McHan i Shotts (133) izvijestili su da je hranjenje mravljom i propionskom kiselinom smanjilo nivoe Salmonella Typhimurium u cekumu pilića inokuliranih bakterijama i kvantificiralo ih u dobi od 7, 14 i 21 dan. Međutim, kada su Hume i saradnici (128) pratili propionat obilježen C-14, zaključili su da vrlo malo propionata u ishrani može dospjeti do cekuma. Ostaje da se utvrdi da li to važi i za mravlju kiselinu. Međutim, nedavno su Bourassa i saradnici... (134) je izvijestio da je hranjenje mravljom i propionskom kiselinom smanjilo nivoe Salmonella Typhimurium u cekumu pilića inokuliranih bakterijama, koji su kvantificirani u dobi od 7, 14 i 21 dan. (132) je primijetio da je hranjenje brojlerskih pilića mravljom kiselinom u dozi od 4 g/t tokom perioda rasta od 6 sedmica smanjilo koncentraciju S. Typhimurium u cekumu ispod nivoa detekcije.
Prisustvo mravlje kiseline u ishrani može imati uticaj na druge dijelove gastrointestinalnog trakta peradi. Al-Tarazi i Alshavabkeh (134) su pokazali da mješavina mravlje kiseline i propionske kiseline može smanjiti kontaminaciju Salmonella pullorum (S. PRlorum) u voljci i cekumu. Thompson i Hinton (129) su primijetili da komercijalno dostupna mješavina mravlje kiseline i propionske kiseline povećava koncentraciju obje kiseline u voljci i želucu i da je baktericidna protiv Salmonella Enteritidis PT4 u in vitro modelu pod reprezentativnim uslovima uzgoja. Ovu tvrdnju podržavaju in vivo podaci Birda i saradnika (135) koji su dodavali mravlju kiselinu u vodu za piće brojlerskih pilića tokom simuliranog perioda posta prije transporta, slično postu koji brojlerski pilići prolaze prije transporta u pogon za preradu peradi. Dodavanje mravlje kiseline u vodu za piće rezultiralo je smanjenjem broja S. Typhimurium u voljci i epididimisu, te smanjenjem učestalosti usjeva pozitivnih na S. Typhimurium, ali ne i broja pozitivnih epididimisa (135). Razvoj sistema za dostavu koji mogu zaštititi organske kiseline dok su aktivne u donjem gastrointestinalnom traktu može pomoći u poboljšanju efikasnosti. Na primjer, pokazalo se da mikroenkapsulacija mravlje kiseline i njeno dodavanje u hranu smanjuje broj Salmonella Enteritidis u sadržaju cekuma (136). Međutim, to može varirati ovisno o vrsti životinje. Na primjer, Walia i sar. (137) nisu primijetili smanjenje Salmonella u cekumu ili limfnim čvorovima 28 dana starih svinja hranjenih mješavinom kapsula mravlje kiseline, limunske kiseline i eteričnog ulja, i iako je izlučivanje Salmonella u izmetu smanjeno 14. dana, nije smanjeno ni 28. dana. Pokazali su da je spriječen horizontalni prijenos Salmonella između svinja.
Iako su se studije o mravljoj kiselini kao antimikrobnom agensu u stočarstvu prvenstveno fokusirale na Salmonelu koja se prenosi hranom, postoje i neke studije usmjerene na druge gastrointestinalne patogene. In vitro studije Kovande i saradnika (68) sugeriraju da mravlja kiselina može biti efikasna i protiv drugih gastrointestinalnih patogena koji se prenose hranom, uključujući Escherichia coli i Campylobacter jejuni. Ranije studije su pokazale da organske kiseline (npr. mliječna kiselina) i komercijalne smjese koje sadrže mravlju kiselinu kao sastojak mogu smanjiti nivoe Campylobactera kod peradi (135, 138). Međutim, kao što su prethodno napomenuli Beyer i saradnici (67), upotreba mravlje kiseline kao antimikrobnog agensa protiv Campylobactera može zahtijevati oprez. Ovaj nalaz je posebno problematičan za dodatke prehrani kod peradi jer je mravlja kiselina primarni izvor energije za disanje za C. jejuni. Nadalje, smatra se da je dio njene gastrointestinalne niše posljedica metaboličkog unakrsnog hranjenja miješanim proizvodima kisele fermentacije koje proizvode gastrointestinalne bakterije, kao što je format (139). Ovo gledište ima određenu osnovu. Budući da je format hemoatraktant za C. jejuni, dvostruki mutanti s defektima i format dehidrogenaze i hidrogenaze imaju smanjene stope kolonizacije cekuma kod brojlerskih pilića u poređenju sa sojevima divljeg tipa C. jejuni (140, 141). Još uvijek nije jasno u kojoj mjeri vanjska suplementacija mravljom kiselinom utiče na kolonizaciju gastrointestinalnog trakta od strane C. jejuni kod pilića. Stvarne koncentracije formata u gastrointestinalnom traktu mogu biti niže zbog katabolizma formata od strane drugih gastrointestinalnih bakterija ili apsorpcije formata u gornjem gastrointestinalnom traktu, tako da na to može uticati nekoliko varijabli. Osim toga, format je potencijalni produkt fermentacije koji proizvode neke gastrointestinalne bakterije, što može uticati na ukupne nivoe formata u gastrointestinalnom traktu. Kvantifikacija formata u gastrointestinalnom sadržaju i identifikacija gena format dehidrogenaze korištenjem metagenomike mogu rasvijetliti neke aspekte ekologije mikroorganizama koji proizvode format.
Roth i saradnici (142) uporedili su efekte hranjenja brojlerskih pilića antibiotikom enrofloksacinom ili mješavinom mravlje, sirćetne i propionske kiseline na prevalenciju Escherichia coli otporne na antibiotike. Ukupni i izolati E. coli otporni na antibiotike brojani su u združenim uzorcima fecesa brojlerskih pilića starih 1 dan i u uzorcima sadržaja cekuma brojlerskih pilića starih 14 i 38 dana. Izolati E. coli testirani su na otpornost na ampicilin, cefotaksim, ciprofloksacin, streptomicin, sulfametoksazol i tetraciklin prema prethodno određenim graničnim vrijednostima za svaki antibiotik. Kada su kvantificirane i karakterizirane odgovarajuće populacije E. coli, ni enrofloksacin ni dodatak kiselog koktela nisu promijenili ukupan broj E. coli izoliranih iz cekuma brojlerskih pilića starih 17 i 28 dana. Ptice hranjene hranom obogaćenom enrofloksacinom imale su povećane nivoe E. coli otporne na ciprofloksacin, streptomicin, sulfametoksazol i tetraciklin, te smanjene nivoe E. coli otporne na cefotaksim u cekumu. Ptice hranjene koktelom imale su smanjen broj E. coli otpornih na ampicilin i tetraciklin u cekumu u poređenju sa kontrolnom grupom i pticama koje su primale enrofloksacin. Ptice hranjene mješovitom kiselinom također su imale smanjenje broja E. coli otpornih na ciprofloksacin i sulfametoksazol u cekumu u poređenju sa pticama hranjenim enrofloksacinom. Mehanizam kojim kiseline smanjuju broj E. coli otpornih na antibiotike, a da ne smanjuju ukupan broj E. coli, još uvijek nije jasan. Međutim, rezultati studije Rotha i saradnika su u skladu s rezultatima grupe koja je sprovela enrofloksacin. (142) Ovo može biti pokazatelj smanjenog širenja gena otpornosti na antibiotike u E. coli, kao što su inhibitori povezani s plazmidima koje su opisali Cabezon i saradnici (143). Bilo bi zanimljivo provesti detaljniju analizu plazmidima posredovane otpornosti na antibiotike u gastrointestinalnoj populaciji peradi u prisustvu dodataka hrani kao što je mravlja kiselina i dalje precizirati ovu analizu procjenom gastrointestinalnog rezistoma.
Razvoj optimalnih antimikrobnih dodataka hrani protiv patogena idealno bi trebao imati minimalan utjecaj na ukupnu gastrointestinalnu floru, posebno na onu mikrobiotu koja se smatra korisnom za domaćina. Međutim, egzogeno primijenjene organske kiseline mogu imati štetne učinke na rezidualnu gastrointestinalnu mikrobiotu i donekle negirati njihova zaštitna svojstva protiv patogena. Na primjer, Thompson i Hinton (129) su primijetili smanjene nivoe mliječne kiseline u usjevu kod nesilica hranjenih mješavinom mravlje i propionske kiseline, što sugerira da je prisustvo ovih egzogenih organskih kiselina u usjevu rezultiralo smanjenjem laktobacila u usjevu. Laktobacili u usjevu se smatraju barijerom za Salmonelu, te stoga poremećaj ove rezidualne mikrobiote u usjevu može biti štetan za uspješno smanjenje kolonizacije gastrointestinalnog trakta Salmonelom (144). Açıkgöz i saradnici su otkrili da učinci ptica na donji gastrointestinalni trakt mogu biti manji. (145) Nisu pronađene razlike u ukupnoj crijevnoj flori ili broju Escherichia coli kod 42 dana starih brojlerskih pilića koji su pili vodu zakiseljenu mravljom kiselinom. Autori su sugerirali da bi to moglo biti posljedica metabolizma formata u gornjem gastrointestinalnom traktu, kao što su primijetili drugi istraživači s egzogeno primijenjenim kratkolančanim masnim kiselinama (SCFA) (128, 129).
Zaštita mravlje kiseline nekim oblikom enkapsulacije može joj pomoći da dospije do donjeg gastrointestinalnog trakta. (146) je primijetio da mikroenkapsulirana mravlja kiselina značajno povećava ukupni sadržaj kratkolančanih masnih kiselina (SCFA) u cekumu svinja u poređenju sa svinjama hranjenim nezaštićenom mravljom kiselinom. Ovaj rezultat je naveo autore da pretpostave da mravlja kiselina može efikasno doseći donji gastrointestinalni trakt ako je pravilno zaštićena. Međutim, nekoliko drugih parametara, kao što su koncentracije formata i laktata, iako više od onih kod svinja hranjenih kontrolnom ishranom, nisu se statistički razlikovali od onih kod svinja hranjenih nezaštićenom formatnom ishranom. Iako su svinje hranjene i nezaštićenom i zaštićenom mravljom kiselinom pokazale skoro trostruko povećanje mliječne kiseline, broj laktobacila nije promijenjen nijednim tretmanom. Razlike mogu biti izraženije kod drugih mikroorganizama koji proizvode mliječnu kiselinu u cekumu (1) koji nisu detektovani ovim metodama i/ili (2) čija je metabolička aktivnost pogođena, čime se mijenja obrazac fermentacije tako da rezidualni laktobacili proizvode više mliječne kiseline.
Za preciznije proučavanje učinaka dodataka hrani za životinje na gastrointestinalni trakt domaćih životinja, potrebne su metode identifikacije mikroba veće rezolucije. U posljednjih nekoliko godina, sekvenciranje sljedeće generacije (NGS) 16S RNA gena korišteno je za identifikaciju taksona mikrobioma i poređenje raznolikosti mikrobnih zajednica (147), što je omogućilo bolje razumijevanje interakcija između dodataka hrani za životinje i gastrointestinalne mikrobiote životinja koje se koriste u ishrani, poput peradi.
Nekoliko studija koristilo je sekvenciranje mikrobioma za procjenu odgovora gastrointestinalnog mikrobioma pilića na suplementaciju formatom. Oakley i saradnici (148) proveli su studiju na 42 dana starim brojlerima kojima su dodavane različite kombinacije mravlje kiseline, propionske kiseline i masnih kiselina srednjeg lanca u vodu za piće ili hranu. Imunizirani pilići su zaraženi sojem Salmonella typhimurium otpornim na nalidiksičnu kiselinu, a njihovi cekumi su uklonjeni u dobi od 0, 7, 21 i 42 dana. Uzorci cekuma pripremljeni su za 454 pirosekvenciranja, a rezultati sekvenciranja su procijenjeni radi klasifikacije i poređenja sličnosti. Sveukupno, tretmani nisu značajno utjecali na cekumni mikrobiom ili nivoe S. Typhimurium. Međutim, ukupne stope detekcije Salmonella smanjivale su se kako su ptice starile, što je potvrđeno taksonomskom analizom mikrobioma, a relativna brojnost sekvenci Salmonella također se smanjivala tokom vremena. Autori primjećuju da se, kako su brojleri starili, raznolikost populacije mikroba u cekumu povećavala, s najznačajnijim promjenama u gastrointestinalnoj flori uočenim u svim tretiranim grupama. U nedavnoj studiji, Hu i saradnici (149) uporedili su efekte vode za piće i hranjenja hranom obogaćenom mješavinom organskih kiselina (mravlja kiselina, sirćetna kiselina, propionska kiselina i amonijum format) i virginiamycina na uzorke mikrobioma cekuma brojlerskih pilića prikupljenih u dvije faze (1-21 dan i 22-42 dana). Iako su uočene neke razlike u raznolikosti mikrobioma cekuma među tretiranim grupama u dobi od 21 dan, nisu uočene razlike u raznolikosti α- ili β-bakterija u dobi od 42 dana. S obzirom na nedostatak razlika u dobi od 42 dana, autori su pretpostavili da prednost u rastu može biti posljedica ranijeg uspostavljanja optimalno raznolikog mikrobioma.
Analiza mikrobioma koja se fokusira samo na mikrobnu zajednicu cekuma možda ne odražava gdje se u gastrointestinalnom traktu javlja većina efekata organskih kiselina iz ishrane. Mikrobiom gornjeg gastrointestinalnog trakta brojlerskih pilića može biti osjetljiviji na efekte organskih kiselina iz ishrane, kao što sugerišu rezultati Humea i saradnika (128). Hume i saradnici (128) su pokazali da se većina egzogeno dodanog propionata apsorbuje u gornjem gastrointestinalnom traktu ptica. Nedavne studije o karakterizaciji gastrointestinalnih mikroorganizama takođe podržavaju ovo gledište. Nava i saradnici (150) su pokazali da kombinacija mješavine organskih kiselina [DL-2-hidroksi-4(metiltio)buterne kiseline], mravlje kiseline i propionske kiseline (HFP) utiče na crijevnu mikrobiotu i povećava kolonizaciju Lactobacillusa u ileumu pilića. Nedavno su Goodarzi Borojeni i saradnici... (150) je pokazao da kombinacija smjese organskih kiselina [DL-2-hidroksi-4(metiltio)buterne kiseline], mravlje kiseline i propionske kiseline (HFP) utiče na crijevnu mikrobiotu i povećava kolonizaciju Lactobacillusa u ileumu pilića. (151) je proučavao hranjenje brojlerskih pilića smjesom mravlje kiseline i propionske kiseline u dvije koncentracije (0,75% i 1,50%) tokom 35 dana. Na kraju eksperimenta, volka, želudac, distalne dvije trećine ileuma i cekum su uklonjeni, a uzorci su uzeti za kvantitativnu analizu specifične gastrointestinalne flore i metabolita korištenjem RT-PCR. U kulturi, koncentracija organskih kiselina nije uticala na brojnost Lactobacillusa ili Bifidobacterium-a, ali je povećala populaciju Clostridium-a. U ileumu, jedine promjene bile su smanjenje Lactobacillusa i Enterobacter-a, dok je u cekumu ova flora ostala nepromijenjena (151). Pri najvišoj koncentraciji suplementacije organskim kiselinama, ukupna koncentracija mliječne kiseline (D i L) je smanjena u voljci, koncentracija obje organske kiseline je smanjena u želucu, a koncentracija organskih kiselina je bila niža u cekumu. Nije bilo promjena u ileumu. Što se tiče kratkolančanih masnih kiselina (SCFA), jedina promjena u voljci i želucu ptica hranjenih organskim kiselinama bila je u nivou propionata. Ptice hranjene nižom koncentracijom organske kiseline pokazale su gotovo desetostruko povećanje propionata u voljci, dok su ptice hranjene dvije koncentracije organske kiseline pokazale osam, odnosno petnaest puta veće povećanje propionata u želucu. Povećanje acetata u ileumu bilo je manje od dvostruko. Sveukupno, ovi podaci podržavaju stav da je većina efekata vanjske primjene organskih kiselina bila evidentna u prinosu, dok su organske kiseline imale minimalne efekte na mikrobnu zajednicu donjeg gastrointestinalnog trakta, što sugerira da su obrasci fermentacije flore gornjeg gastrointestinalnog trakta mogli biti promijenjeni.
Jasno je da je potrebna detaljnija karakterizacija mikrobioma kako bi se u potpunosti razjasnili mikrobni odgovori na format u cijelom gastrointestinalnom traktu. Detaljnija analiza mikrobne taksonomije specifičnih gastrointestinalnih odjeljaka, posebno gornjih odjeljaka poput volove, može pružiti daljnji uvid u odabir određenih grupa mikroorganizama. Njihove metaboličke i enzimske aktivnosti mogu također odrediti da li imaju antagonistički odnos s patogenima koji ulaze u gastrointestinalni trakt. Također bi bilo zanimljivo provesti metagenomske analize kako bi se utvrdilo da li izloženost kiselim hemijskim aditivima tokom života ptica selektira više „kiselino-tolerantnih“ rezidentnih bakterija i da li bi prisustvo i/ili metabolička aktivnost ovih bakterija predstavljala dodatnu prepreku kolonizaciji patogena.
Mravlja kiselina se dugi niz godina koristi kao hemijski dodatak stočnoj hrani i kao zakiseljivač silaže. Jedna od njenih glavnih upotreba je antimikrobno djelovanje koje ograničava broj patogena u hrani i njihovu naknadnu kolonizaciju u gastrointestinalnom traktu ptica. In vitro studije su pokazale da je mravlja kiselina relativno efikasno antimikrobno sredstvo protiv Salmonele i drugih patogena. Međutim, upotreba mravlje kiseline u matricama hrane može biti ograničena velikom količinom organske materije u sastojcima hrane i njihovim potencijalnim puferskim kapacitetom. Čini se da mravlja kiselina ima antagonistički učinak na Salmonelu i druge patogene kada se unese putem hrane ili vode za piće. Međutim, ovaj antagonizam se javlja prvenstveno u gornjem gastrointestinalnom traktu, jer se koncentracije mravlje kiseline mogu smanjiti u donjem gastrointestinalnom traktu, kao što je slučaj sa propionskom kiselinom. Koncept zaštite mravlje kiseline putem enkapsulacije nudi potencijalni pristup isporuci više kiseline u donji gastrointestinalni trakt. Nadalje, studije su pokazale da je mješavina organskih kiselina efikasnija u poboljšanju performansi peradi od davanja jedne kiseline (152). Kampilobakter u gastrointestinalnom traktu može različito reagirati na format, jer može koristiti format kao donor elektrona, a format mu je glavni izvor energije. Nije jasno da li bi povećanje koncentracije formata u gastrointestinalnom traktu bilo korisno za Kampilobakter, a to se možda neće dogoditi ovisno o drugoj gastrointestinalnoj flori koja može koristiti format kao supstrat.
Potrebna su dodatna istraživanja kako bi se istražili učinci gastrointestinalne mravlje kiseline na nepatogene rezidentne gastrointestinalne mikrobe. Preferiramo selektivno ciljati patogene bez ometanja članova gastrointestinalnog mikrobioma koji su korisni za domaćina. Međutim, to zahtijeva dublju analizu mikrobiomske sekvence ovih rezidentnih gastrointestinalnih mikrobnih zajednica. Iako su objavljene neke studije o cekalnom mikrobiomu ptica tretiranih mravljom kiselinom, potrebno je posvetiti više pažnje mikrobnoj zajednici gornjeg gastrointestinalnog trakta. Identifikacija mikroorganizama i poređenje sličnosti između gastrointestinalnih mikrobnih zajednica u prisustvu ili odsustvu mravlje kiseline može biti nepotpun opis. Dodatne analize, uključujući metabolomiku i metagenomiku, potrebne su za karakterizaciju funkcionalnih razlika između kompozicijski sličnih grupa. Takva karakterizacija je ključna za utvrđivanje odnosa između gastrointestinalne mikrobne zajednice i odgovora performansi ptica na poboljšivače na bazi mravlje kiseline. Kombiniranje više pristupa za precizniju karakterizaciju gastrointestinalne funkcije trebalo bi omogućiti razvoj efikasnijih strategija suplementacije organskim kiselinama i u konačnici poboljšati predviđanja optimalnog zdravlja i performansi ptica, uz ograničavanje rizika za sigurnost hrane.
SR je napisao ovaj pregled uz pomoć DD i KR. Svi autori su dali značajan doprinos radu predstavljenom u ovom pregledu.
Autori izjavljuju da je ovaj pregledni članak finansirala kompanija Anitox Corporation za pokretanje pisanja i objavljivanja ovog pregleda. Finansijeri nisu imali utjecaja na stavove i zaključke iznesene u ovom preglednom članku niti na odluku o njegovom objavljivanju.
Preostali autori izjavljuju da je istraživanje provedeno u odsustvu bilo kakvih komercijalnih ili finansijskih odnosa koji bi se mogli protumačiti kao potencijalni sukob interesa.
Dr. DD želi da se zahvali na podršci koju je pružio Postdiplomski studij Univerziteta u Arkansasu putem istaknute nastavne stipendije, kao i na kontinuiranoj podršci Programa ćelijske i molekularne biologije Univerziteta u Arkansasu i Odsjeka za prehrambene nauke. Pored toga, autori bi se željeli zahvaliti kompaniji Anitox na početnoj podršci u pisanju ove recenzije.
1. Dibner JJ, Richards JD. Upotreba antibiotskih promotora rasta u poljoprivredi: historija i mehanizmi djelovanja. Poultry Science (2005) 84:634–43. doi: 10.1093/ps/84.4.634
2. Jones FT, Rick SC. Historija razvoja i nadzora antimikrobnih sredstava u hrani za perad. Poultry Science (2003) 82:613–7. doi: 10.1093/ps/82.4.613
3. Broom LJ. Subinhibitorna teorija antibiotskih promotora rasta. Poultry Science (2017) 96:3104–5. doi: 10.3382/ps/pex114
4. Sorum H, L'Abe-Lund TM. Otpornost na antibiotike kod bakterija koje se prenose hranom - posljedice poremećaja u globalnim bakterijskim genetskim mrežama. Međunarodni časopis za mikrobiologiju hrane (2002) 78:43–56. doi: 10.1016/S0168-1605(02)00241-6
5. Van Immerseel F, Cauwaerts K, Devriese LA, Heesebroek F, Ducatel R. Dodaci stočnoj hrani za kontrolu salmonele u hrani za životinje. Svjetski časopis za peradarske nauke (2002) 58:501–13. doi: 10.1079/WPS20020036
6. Angulo FJ, Baker NL, Olsen SJ, Anderson A, Barrett TJ. Upotreba antimikrobnih lijekova u poljoprivredi: kontrola prenosa antimikrobne rezistencije na ljude. Seminari o pedijatrijskim zaraznim bolestima (2004) 15:78–85. doi: 10.1053/j.spid.2004.01.010
7. Lekshmi M, Ammini P, Kumar S, Varela MF. Okruženja za proizvodnju hrane i evolucija antimikrobne rezistencije kod ljudskih patogena životinjskog porijekla. Mikrobiologija (2017) 5:11. doi: 10.3390/microorganisms5010011
8. Lourenço JM, Seidel DS, Callaway TR. Poglavlje 9: Antibiotici i funkcija crijeva: historija i trenutno stanje. U: Ricke SC, ur. Poboljšanje zdravlja crijeva kod peradi. Cambridge: Burley Dodd (2020). Stranice 189–204. DOI: 10.19103/AS2019.0059.10
9. Rick SC. Br. 8: Higijena hrane. U: Dewulf J, van Immerzeel F, ur. Biosigurnost u stočarskoj proizvodnji i veterini. Leuven: ACCO (2017). Stranice 144–76.