Ez a cikk az „Antimikrobiális felhasználás, antimikrobiális rezisztencia és az élelmiszerállatok mikrobiomja” kutatási téma része. Tekintse meg mind a 13 cikket.
A szerves savak iránt továbbra is nagy a kereslet az állati takarmányok adalékanyagaként. A mai napig a hangsúly az élelmiszerbiztonságon volt, különösen a baromfiban és más állatokban élő, élelmiszer eredetű kórokozók előfordulásának csökkentésén. Számos szerves savat jelenleg is vizsgálnak, vagy már kereskedelmi forgalomban is kaphatók. A számos szerves sav közül, amelyeket széles körben tanulmányoztak, a hangyasav az egyik. A hangyasavat a baromfi takarmányához adják, hogy korlátozzák a Salmonella és más, élelmiszer eredetű kórokozók jelenlétét a takarmányban és a gyomor-bél traktusban a lenyelés után. Ahogy a hangyasav hatékonyságának és hatásának ismerete egyre bővül a gazdaszervezetre és az élelmiszer eredetű kórokozókra, egyre világosabbá válik, hogy a hangyasav jelenléte specifikus útvonalakat indíthat el a Salmonellában. Ez a válasz összetettebbé válhat, amikor a hangyasav bejut a gyomor-bél traktusba, és nemcsak a gyomor-bél traktust már kolonizáló Salmonellával, hanem a bél saját mikrobiális flórájával is kölcsönhatásba lép. Az áttekintés a hangyasavval kezelt baromfi és takarmány mikrobiomjának jelenlegi eredményeit és további kutatási kilátásait vizsgálja.
Mind az állattenyésztésben, mind a baromfitenyésztésben a kihívás az olyan gazdálkodási stratégiák kidolgozása, amelyek optimalizálják a növekedést és a termelékenységet, miközben korlátozzák az élelmiszer-biztonsági kockázatokat. Történelmileg az antibiotikumok szubterápiás koncentrációban történő alkalmazása javította az állatok egészségét, jólétét és termelékenységét (1–3). A hatásmechanizmus szempontjából feltételezték, hogy a szubgátló koncentrációban alkalmazott antibiotikumok a gyomor-bélrendszeri (GI) flóra modulálásával közvetítik a gazdaszervezet válaszát, és ezáltal a gazdaszervezettel való kölcsönhatásaikat (3). Az antibiotikum-rezisztens, élelmiszer eredetű kórokozók potenciális terjedésével és az emberekben az antibiotikum-rezisztens fertőzésekkel való lehetséges kapcsolatukkal kapcsolatos folyamatos aggodalmak azonban az antibiotikumok haszonállatokban történő alkalmazásának fokozatos kivonásához vezettek (4–8). Ezért az olyan takarmány-adalékanyagok és -javítók fejlesztése, amelyek megfelelnek legalább néhány követelménynek (javított állategészségügy, jólét és termelékenység), nagy érdeklődésre tart számot mind az akadémiai kutatás, mind a kereskedelmi fejlesztés szempontjából (5, 9). Számos kereskedelmi forgalomban kapható takarmány-adalékanyag került be az állati takarmánypiacra, beleértve a probiotikumokat, prebiotikumokat, illóolajokat és a különböző növényi forrásokból származó rokon vegyületeket, valamint olyan vegyi anyagokat, mint az aldehidek (10–14). A baromfiféléknél gyakran használt egyéb kereskedelmi takarmány-adalékanyagok közé tartoznak a bakteriofágok, a cink-oxid, az exogén enzimek, a kompetitív kizárás termékei és a savas vegyületek (15, 16).
A meglévő kémiai takarmány-adalékanyagok közül az aldehidek és a szerves savak történelmileg a legszélesebb körben vizsgált és használt vegyületek (12, 17–21). A szerves savak, különösen a rövid szénláncú zsírsavak (SCFA-k), a kórokozó baktériumok jól ismert antagonistái. Ezeket a szerves savakat takarmány-adalékanyagként használják nemcsak a kórokozók jelenlétének korlátozására a takarmánymátrixban, hanem a gyomor-bélrendszer működésére is (17, 20–24). Ezenkívül az SCFA-kat az emésztőrendszerben található bélflóra fermentációja termeli, és úgy gondolják, hogy mechanisztikus szerepet játszanak egyes probiotikumok és prebiotikumok azon képességében, hogy ellensúlyozzák a gyomor-bél traktusba bevitt kórokozókat (21, 23, 25).
Az évek során a különféle rövid szénláncú zsírsavak (SCFA-k) nagy figyelmet kaptak takarmány-adalékanyagként. Különösen a propionát, a butirát és a formiát számos tanulmány és kereskedelmi alkalmazás tárgyát képezte (17, 20, 21, 23, 24, 26). Míg a korai tanulmányok az állati és baromfi takarmányokban található élelmiszer eredetű kórokozók szabályozására összpontosítottak, a legújabb tanulmányok a hangsúlyt az állatok teljesítményének és a gyomor-bélrendszeri egészségnek általános javítására helyezték át (20, 21, 24). Az acetát, a propionát és a butirát nagy figyelmet kapott szerves savas takarmány-adalékanyagként, amelyek között a hangyasav is ígéretes jelölt (21, 23). Nagy figyelem irányult a hangyasav élelmiszer-biztonsági vonatkozásaira, különösen az állati takarmányban található élelmiszer eredetű kórokozók előfordulásának csökkentésére. Ugyanakkor más lehetséges felhasználási módokat is fontolóra vesznek. Ezen áttekintés átfogó célja a hangyasav, mint állati takarmányjavító történetének és jelenlegi státuszának vizsgálata (1. ábra). Ebben a tanulmányban a hangyasav antibakteriális mechanizmusát vizsgáljuk. Ezenkívül közelebbről megvizsgáljuk a haszonállatokra és baromfira gyakorolt ​​hatását, és megvitatjuk a hatékonyságának javítására szolgáló lehetséges módszereket.
1. ábra. Az áttekintésben tárgyalt témák gondolattérképe. Különösen a következő általános célok voltak a középpontban: a hangyasav, mint takarmányjavító történetének és jelenlegi státuszának leírása, a hangyasav antimikrobiális mechanizmusai és használatának hatása az állat- és baromfiegészségügyre, valamint a hatékonyság javítására szolgáló lehetséges módszerek.
Az állati és baromfi takarmányának előállítása összetett művelet, amely több lépésből áll, beleértve a gabona fizikai feldolgozását (pl. őrlés a szemcseméret csökkentése érdekében), a pelletálás hőkezelését, valamint többféle tápanyag hozzáadását az étrendhez az állat egyedi táplálkozási igényeitől függően (27). Tekintettel erre a komplexitásra, nem meglepő, hogy a takarmányfeldolgozás során a gabona számos környezeti tényezőnek van kitéve, mielőtt eléri a takarmánymalmot, az őrlés során, majd ezt követően a szállítás és a takarmánykeverék adagokban történő etetés során (9, 21, 28). Így az évek során a takarmányban nagyon változatos mikroorganizmus-csoportot azonosítottak, beleértve nemcsak a baktériumokat, hanem a bakteriofágokat, gombákat és élesztőgombákat is (9, 21, 28–31). Ezen szennyező anyagok némelyike, például bizonyos gombák, mikotoxinokat termelhet, amelyek egészségügyi kockázatot jelentenek az állatokra nézve (32–35).
A baktériumpopulációk viszonylag változatosak lehetnek, és bizonyos mértékig függenek a mikroorganizmusok izolálására és azonosítására használt módszerektől, valamint a minta forrásától. Például a mikrobiális összetétel profilja eltérhet a pelletáláshoz kapcsolódó hőkezelés előtt (36). Bár a klasszikus tenyésztési és lemezes módszerekkel végzett vizsgálatok szolgáltattak némi információt, a 16S rRNA gén alapú következő generációs szekvenálási (NGS) módszer legújabb alkalmazása átfogóbb képet adott a takarmánynövények mikrobiom közösségéről (9). Amikor Solanki és munkatársai (37) megvizsgálták a búzaszemek bakteriális mikrobiomját, amelyeket egy ideig foszfin, egy rovarirtó füstölőszer jelenlétében tároltak, azt találták, hogy a mikrobiom a betakarítás és a 3 hónapos tárolás után változatosabb volt. Továbbá Solanki és munkatársai (37) (37) kimutatták, hogy a búzaszemekben a Proteobacteria, Firmicutes, Actinobacteria, Bacteroidetes és Planctomyces törzsek voltak a domináns törzsek, a Bacillus, az Erwinia és a Pseudomonas nemzetségek voltak a domináns nemzetségek, az Enterobacteriaceae pedig kisebb arányban képviselték magukat. Taxonómiai összehasonlítások alapján arra a következtetésre jutottak, hogy a foszfinos füstölés jelentősen megváltoztatta a baktériumpopulációkat, de nem befolyásolta a gombák sokféleségét.
Solanki és munkatársai (37) kimutatták, hogy a takarmányforrások az Enterobacteriaceae mikrobiomban történő kimutatása alapján közegészségügyi problémákat okozhatnak, és ezek élelmiszer eredetű kórokozókat is tartalmazhatnak. Az élelmiszer eredetű kórokozókat, mint például a Clostridium perfringens, a Clostridium botulinum, a Salmonella, a Campylobacter, az Escherichia coli O157:H7 és a Listeria monocytogenes, összefüggésbe hozták az állati takarmánnyal és a silózással (9, 31, 38). Más élelmiszer eredetű kórokozók perzisztenciája az állati és baromfi takarmányokban jelenleg ismeretlen. Ge és munkatársai (39) több mint 200 állati takarmány-összetevőt szűrtek, és izoláltak Salmonellát, E. colit és Enterococcusokat, de nem mutatták ki az E. coli O157:H7-et vagy a Campylobactert. Azonban a száraz takarmányhoz hasonló mátrixok a patogén E. coli forrásaként szolgálhatnak. Crowe és munkatársai a Shiga toxint termelő Escherichia coli (STEC) O121 és O26 szerocsoportjainak 2016-os, emberi betegségekkel összefüggésbe hozható kitörésének forrásának felkutatása során... (40) teljes genom szekvenálást alkalmazott a klinikai izolátumok és az élelmiszerekből származó izolátumok összehasonlítására. Ezen összehasonlítás alapján arra a következtetésre jutottak, hogy a valószínű forrás a lisztmalmokból származó alacsony nedvességtartalmú nyers búzaliszt volt. A búzaliszt alacsony nedvességtartalma arra utal, hogy a STEC az alacsony nedvességtartalmú állati takarmányban is túlélhet. Azonban, ahogy Crowe és munkatársai (40) megjegyzik, a STEC izolálása lisztmintákból nehéz, és immunmágneses elválasztási módszereket igényel a megfelelő számú baktériumsejt kinyeréséhez. Hasonló diagnosztikai eljárások bonyolíthatják a ritka, élelmiszer eredetű kórokozók kimutatását és izolálását az állati takarmányban. A kimutatás nehézsége annak is tudható be, hogy ezek a kórokozók hosszú ideig fennmaradnak az alacsony nedvességtartalmú mátrixokban. Forghani és munkatársai (41) kimutatta, hogy a szobahőmérsékleten tárolt és enterohemorrhagiás Escherichia coli (EHEC) O45, O121 és O145 szerocsoportú baktériumok, valamint Salmonella (S. Typhimurium, S. Agona, S. Enteritidis és S. Anatum) keverékével beoltott búzaliszt 84 és 112 nap után mennyiségileg meghatározható volt, és 24 és 52 hét után is kimutatható volt.
Történelmileg a Campylobactert soha nem izolálták állati és baromfi takarmányból hagyományos tenyésztési módszerekkel (38, 39), bár a Campylobacter könnyen izolálható a baromfi és baromfitermékek gyomor-bél traktusából (42, 43). A takarmánynak azonban továbbra is megvannak az előnyei, mint potenciális forrás. Például Alves és munkatársai (44) kimutatták, hogy a hízott csirketáp C. jejuni-val történő beoltása, majd a takarmány két különböző hőmérsékleten történő 3 vagy 5 napig történő tárolása az életképes C. jejuni kinyeréséhez, egyes esetekben pedig elszaporodásához is vezetett. Arra a következtetésre jutottak, hogy a C. jejuni bizonyosan túlélhet a baromfi takarmányban, és ezért potenciális fertőzési forrás lehet a csirkék számára.
Az állati és baromfi takarmányok szalmonella-szennyezettsége a múltban nagy figyelmet kapott, és továbbra is a takarmányokra vonatkozó kimutatási módszerek fejlesztésére és a hatékonyabb ellenőrzési intézkedések megtalálására irányuló folyamatos erőfeszítések középpontjában áll (12, 26, 30, 45–53). Az évek során számos tanulmány vizsgálta a szalmonella izolálását és jellemzését különböző takarmánylétesítményekben és takarmánykeverő üzemekben (38, 39, 54–61). Összességében ezek a tanulmányok azt mutatják, hogy a szalmonella számos takarmány-összetevőből, takarmányforrásból, takarmánytípusból és takarmánygyártási műveletből izolálható. Az előfordulási arányok és az izolált szalmonella szerotípusok dominánsak is változtak. Például Li és munkatársai (57) megerősítették a Salmonella spp. jelenlétét. A 2002 és 2009 közötti adatgyűjtési időszakban teljes értékű állati takarmányokból, takarmány-összetevőkből, állateledelekből, jutalomfalatokból és állateledel-kiegészítőkből gyűjtött 2058 minta 12,5%-ában mutatták ki. Ezenkívül a pozitív tesztet produkáló Salmonella minták 12,5%-ában a leggyakoribb szerotípusok az S. Senftenberg és az S. Montevideo voltak (57). Egy Texasban készült, fogyasztásra kész élelmiszereket és állati takarmány-melléktermékeket vizsgáló tanulmányban Hsieh és munkatársai (58) arról számoltak be, hogy a Salmonella leggyakoribb előfordulása a hallisztben volt, ezt követte az állati fehérjék, az S. Mbanka és az S. Montevideo volt a leggyakoribb szerotípus. A takarmánykeverő üzemekben a takarmányszennyeződés számos lehetséges pontja is fennáll a keverés és az összetevők hozzáadása során (9, 56, 61). Magossi és munkatársai (61) bizonyítani tudták, hogy az Egyesült Államokban a takarmánygyártás során több szennyeződési pont is előfordulhat. Valójában Magossi és munkatársai (61) legalább egy pozitív Salmonella tenyészetet találtak 11 takarmánykeverő üzemben (összesen 12 mintavételi helyen) az Egyesült Államok nyolc államában. Tekintettel a takarmánykezelés, szállítás és napi etetés során fellépő szalmonellafertőzés lehetőségére, nem meglepő, hogy jelentős erőfeszítéseket tesznek olyan takarmány-adalékanyagok fejlesztésére, amelyek csökkenthetik és alacsony szinten tarthatják a mikrobiális szennyeződés szintjét az állattenyésztési ciklus teljes időtartama alatt.
Keveset tudunk a Salmonella hangyasavra adott specifikus válaszának mechanizmusáról. Huang és munkatársai (62) azonban kimutatták, hogy a hangyasav jelen van az emlősök vékonybelében, és hogy a Salmonella spp. képesek hangyasav termelésére. Huang és munkatársai (62) kulcsfontosságú útvonalak deléciós mutánsainak sorozatát használták a Salmonella virulencia gének expressziójának kimutatására, és azt találták, hogy a formiát diffúz jelként működhet, hogy a Salmonella behatoljon a Hep-2 hámsejtekbe. Nemrégiben Liu és munkatársai (63) izoláltak egy formiát transzportert, a FocA-t a Salmonella typhimuriumból, amely specifikus formiátcsatornaként működik pH 7,0-nél, de passzív exportcsatornaként is működhet magas külső pH-nál, vagy másodlagos aktív formiát/hidrogénion importcsatornaként alacsony pH-nál. Ez a vizsgálat azonban csak az S. Typhimurium egyetlen szerotípusán történt. A kérdés továbbra is az, hogy minden szerotípus hasonló mechanizmusokkal reagál-e a hangyasavra. Ez továbbra is egy kritikus kutatási kérdés, amelyet a jövőbeli tanulmányoknak meg kell oldaniuk. Az eredményektől függetlenül továbbra is célszerű több Salmonella szerotípust, vagy akár az egyes szerotípusok több törzsét is használni a szűrővizsgálatokban, amikor általános ajánlásokat dolgoznak ki a takarmányokban található Salmonella-szint csökkentésére szolgáló savas kiegészítők használatára. Az újabb megközelítések, mint például a genetikai vonalkódolás használata a törzsek kódolására, hogy megkülönböztessék ugyanazon szerotípus különböző alcsoportjait (9, 64), lehetőséget kínálnak a finomabb különbségek felismerésére, amelyek befolyásolhatják a következtetéseket és a különbségek értelmezését.
A formiát kémiai jellege és disszociációs formája is fontos lehet. Beyer és munkatársai (65–67) egy sor tanulmányban kimutatták, hogy az Enterococcus faecium, a Campylobacter jejuni és a Campylobacter coli gátlása korrelált a disszociált hangyasav mennyiségével, és független volt a pH-tól vagy a nem disszociált hangyasavtól. A formiát kémiai formája, amelynek a baktériumok ki vannak téve, szintén fontosnak tűnik. Kovanda és munkatársai (68) számos Gram-negatív és Gram-pozitív organizmust szűrtek, és összehasonlították a nátrium-formiát (500–25 000 mg/l) és a nátrium-formiát és szabad formiát keverékének (40/60 m/v; 10–10 000 mg/l) minimális gátló koncentrációit (MIC). A MIC-értékek alapján azt találták, hogy a nátrium-formiát csak a Campylobacter jejuni, a Clostridium perfringens, a Streptococcus suis és a Streptococcus pneumoniae ellen volt gátló hatású, de az Escherichia coli, a Salmonella typhimurium vagy az Enterococcus faecalis ellen nem. Ezzel szemben a nátrium-formiát és a szabad nátrium-formiát keveréke minden organizmussal szemben gátló hatású volt, ami arra a következtetésre vezetett, hogy a szerzők arra a következtetésre jutottak, hogy a szabad hangyasav rendelkezik a legtöbb antimikrobiális tulajdonsággal. Érdekes lenne megvizsgálni e két kémiai forma különböző arányait annak meghatározása érdekében, hogy a MIC-értékek tartománya korrelál-e a kevert készítményben jelen lévő hangyasav szintjével és a 100%-os hangyasavra adott válasszal.
Gomez-Garcia és munkatársai (69) illóolajok és szerves savak (például hangyasav) kombinációit tesztelték sertésekből származó több Escherichia coli, Salmonella és Clostridium perfringens izolátum ellen. Hat szerves sav, köztük a hangyasav, és hat illóolaj hatékonyságát tesztelték a sertés izolátumokkal szemben, formaldehidet használva pozitív kontrollként. Gomez-García és munkatársai (69) meghatározták a hangyasav MIC50, MBC50 és MIC50/MBC50 értékeit az Escherichia coli (600 és 2400 ppm, 4), a Salmonella (600 és 2400 ppm, 4) és a Clostridium perfringens (1200 és 2400 ppm, 2) ellen, amelyek közül a hangyasav hatékonyabbnak bizonyult az összes szerves savnál az E. coli és a Salmonella ellen. (69) A hangyasav kis molekulamérete és hosszú szénlánca miatt hatékony az Escherichia coli és a Salmonella ellen (70).
Beyer és munkatársai sertésekből izolált Campylobacter törzseket (66) és baromfiból izolált Campylobacter jejuni törzseket (67) szűrtek, és kimutatták, hogy a hangyasav disszociál a más szerves savakra mért MIC-válaszokkal összhangban lévő koncentrációkban. Ezen savak, köztük a hangyasav relatív hatékonyságát azonban megkérdőjelezték, mivel a Campylobacter ezeket a savakat szubsztrátként képes hasznosítani (66, 67). A C. jejuni savhasznosítása nem meglepő, mivel kimutatták, hogy nem glikolitikus anyagcserével rendelkezik. Így a C. jejuni korlátozott szénhidrát-katabolizmussal rendelkezik, és energia-anyagcseréjének és bioszintetikus aktivitásának nagy részében az aminosavakból és szerves savakból származó glükoneogenezisre támaszkodik (71, 72). Line és munkatársai (73) egy korai tanulmánya egy 190 szénforrást tartalmazó fenotípusos tömböt használt, és kimutatta, hogy a C. jejuni 11168(GS) szerves savakat képes hasznosítani szénforrásként, amelyek többsége a trikarbonsav-ciklus intermedierje. Wagli és munkatársai további vizsgálatokat végeztek. (74) egy fenotípusos szénhasznosítási tömb segítségével kimutatta, hogy a tanulmányukban vizsgált C. jejuni és E. coli törzsek képesek szerves savakon, mint szénforráson növekedni. A formiát a C. jejuni légzési energia-anyagcseréjének fő elektrondonorja, és ezért a C. jejuni fő energiaforrása (71, 75). A C. jejuni képes a formiátot hidrogéndonorként hasznosítani egy membránhoz kötött formiát-dehidrogenáz komplexen keresztül, amely a formiátot szén-dioxiddá, protonokká és elektronokká oxidálja, és elektrondonorként szolgál a légzéshez (72).
A hangyasavat régóta használják antimikrobiális takarmányjavítóként, de egyes rovarok is képesek hangyasavat termelni, amelyet antimikrobiális védekező vegyszerként használnak. Rossini és munkatársai (76) felvetették, hogy a hangyasav a hangyák savas nedvének alkotóeleme lehet, amelyet Ray (77) írt le közel 350 évvel ezelőtt. Azóta jelentősen bővült a hangyák és más rovarok hangyasavtermeléséről alkotott ismereteink, és ma már tudjuk, hogy ez a folyamat a rovarok komplex toxinvédelmi rendszerének része (78). Különböző rovarcsoportokról, köztük a fullánk nélküli méhekről, a hegyes hangyákról (Hymenoptera: Apidae), a futóbogarakról (Galerita lecontei és G. janus), a fullánk nélküli hangyákról (Formicinae) és néhány molylárva (Lepidoptera: Myrmecophaga) ismert, hogy hangyasavat termelnek védekező vegyszerként (76, 78–82).
A hangyákat talán a legjobban azért lehet jellemezni, mert acidocitáikkal rendelkeznek, azaz speciális nyílásokkal, amelyek lehetővé teszik számukra, hogy főként hangyasavból álló mérget permetezzenek be (82). A hangyák szerint használnak prekurzorként, és nagy mennyiségű formiátot tárolnak méregmirigyeikben, amelyek kellően szigeteltek ahhoz, hogy megvédjék a gazdahangyákat a formiát citotoxicitásától, amíg azt be nem permetezik (78, 83). Az általuk kiválasztott hangyasav (1) riasztó feromonként szolgálhat, hogy más hangyákat vonzzon; (2) védekező vegyi anyag lehet a versenytársak és a ragadozók ellen; és (3) gombaellenes és antibakteriális szerként működhet, ha a fészekanyag részeként gyantával kombinálják (78, 82, 84–88). A hangyák által termelt hangyasav antimikrobiális tulajdonságokkal rendelkezik, ami arra utal, hogy helyi adalékanyagként is alkalmazható. Ezt Bruch és munkatársai (88) bizonyították, akik szintetikus hangyasavat adtak a gyantához, és jelentősen javították a gombaellenes aktivitást. A hangyasav hatékonyságának és biológiai hasznosságának további bizonyítéka, hogy az óriás hangyászok, amelyek nem képesek gyomorsavat termelni, hangyasavat tartalmazó hangyákat fogyasztanak, hogy tömény hangyasavat használjanak emésztőrendszerük alternatívájaként (89).
A hangyasav mezőgazdasági gyakorlati felhasználását évek óta vizsgálják és tanulmányozzák. A hangyasav különösen hasznos lehet takarmány- és silózási adalékanyagként. A nátrium-formiát mind szilárd, mind folyékony formában biztonságosnak tekinthető minden állatfaj, a fogyasztók és a környezet számára (90). Értékelésük (90) alapján a maximálisan 10 000 mg hangyasav-ekvivalens/kg takarmány koncentrációt minden állatfaj számára biztonságosnak, míg a maximálisan 12 000 mg hangyasav-ekvivalens/kg takarmány koncentrációt a sertések számára biztonságosnak tekintették. A hangyasav takarmányjavítóként való felhasználását évek óta tanulmányozzák. Kereskedelmi értékkel bír, mint silózási tartósítószer és antimikrobiális szer az állati és baromfi takarmányokban.
A kémiai adalékanyagok, mint például a savak, mindig is szerves részét képezték a silózási termelésnek és a takarmánygazdálkodásnak (91, 92). Borreani és munkatársai (91) megjegyezték, hogy a kiváló minőségű siló optimális előállításához szükséges a takarmányminőség fenntartása, miközben a lehető legtöbb szárazanyagot megőrzik. Az ilyen optimalizálás eredménye a veszteségek minimalizálása a silózási folyamat minden szakaszában: a silóban uralkodó kezdeti aerob körülményektől kezdve a későbbi erjesztésen, tároláson és a siló takarmányozáshoz történő újbóli megnyitásán át. A szántóföldi silózási termelés és a későbbi silózási erjesztés optimalizálására szolgáló konkrét módszereket máshol részletesen tárgyalták (91, 93-95), és itt részletesen nem tárgyaljuk őket. A fő probléma az élesztő- és penészgombák által okozott oxidatív romlás, amikor oxigén van jelen a silózásban (91, 92). Ezért biológiai oltóanyagokat és kémiai adalékanyagokat vezettek be a romlás káros hatásainak ellensúlyozására (91, 92). A silózási adalékanyagokkal kapcsolatos további szempontok közé tartozik a szilázsban jelenlévő kórokozók (pl. patogén E. coli, Listeria és Salmonella), valamint a mikotoxint termelő gombák terjedésének korlátozása (96–98).
Mack és munkatársai (92) két kategóriába sorolták a savas adalékanyagokat. Az olyan savak, mint a propionsav, az ecetsav, a szorbinsav és a benzoesav, fenntartják a szilázs aerob stabilitását, amikor kérődzőknek adják az élesztő- és penészgombák növekedésének korlátozásával (92). Mack és munkatársai (92) elválasztották a hangyasavat más savaktól, és közvetlen savanyítószernek tekintették, amely gátolja a klostridiákat és a romlást okozó mikroorganizmusokat, miközben megőrzi a szilázsfehérje integritását. A gyakorlatban sóformáik a leggyakoribb kémiai formák, hogy elkerüljék a savak nem só formájában lévő korrozív tulajdonságait (91). Számos kutatócsoport vizsgálta a hangyasavat, mint savas adalékanyagot a szilázshoz. A hangyasav gyors savasító potenciáljáról és a káros silózmikroorganizmusok növekedését gátló hatásáról ismert, amelyek csökkentik a szilázs fehérje- és vízben oldódó szénhidráttartalmát (99). Ezért He és munkatársai (92) összehasonlították a hangyasavat a szilázsban található savas adalékanyagokkal. (100) kimutatta, hogy a hangyasav gátolhatja az Escherichia colit és csökkentheti a szilázs pH-értékét. Hangya- és tejsavat termelő baktériumkultúrákat is adtak a szilázshoz a savasodás és a szerves savtermelés serkentése érdekében (101). Valójában Cooley és munkatársai (101) azt találták, hogy amikor a szilázst 3% (w/v) hangyasavval savanyították, a tejsav és a hangyasav termelése meghaladta a 800, illetve az 1000 mg szerves sav/100 g mintát. Mack és munkatársai (92) részletesen áttekintették a silózadalékanyagokkal kapcsolatos kutatási szakirodalmat, beleértve a 2000 óta publikált tanulmányokat is, amelyek a hangyasavat és/vagy más savakat tartalmazták. Ezért ez az áttekintés nem tárgyalja részletesen az egyes tanulmányokat, hanem egyszerűen összefoglalja a hangyasav kémiai silózadalékként való hatékonyságával kapcsolatos néhány kulcsfontosságú pontot. Mind a puffereletlen, mind a pufferolt hangyasavat vizsgálták, és a legtöbb esetben a Clostridium spp. Relatív aktivitása (szénhidrát-, fehérje- és laktátfelvétel, valamint butirátkiválasztás) általában csökken, míg az ammónia- és butiráttermelés csökken, a szárazanyag-visszatartás pedig nő (92). A hangyasav teljesítményének vannak korlátai, de silózási adalékanyagként más savakkal kombinálva történő alkalmazása úgy tűnik, hogy leküzd ezen problémák egy részét (92).
A hangyasav gátolhatja az emberi egészségre kockázatot jelentő kórokozó baktériumokat. Pauly és Tam (102) például kis laboratóriumi silókat oltottak be három különböző szárazanyag-tartalmú (200, 430 és 540 g/kg) rozsfüvet tartalmazó L. monocytogenes baktériummal, majd hangyasavval (3 ml/kg) vagy tejsavbaktériumokkal (8 × 105/g) és cellulózbontó enzimekkel egészítették ki. Jelentésük szerint mindkét kezelés kimutathatatlan szintre csökkentette az L. monocytogenes jelenlétét az alacsony szárazanyag-tartalmú (200 g/kg) szilázsban. A közepes szárazanyag-tartalmú (430 g/kg) szilázsban azonban az L. monocytogenes 30 nap után is kimutatható volt a hangyasavval kezelt szilázsban. Az L. monocytogenes csökkenése az alacsonyabb pH-értékkel, a tejsavval és a kombinált, nem disszociált savakkal volt összefüggésben. Például Pauly és Tam (102) megjegyezték, hogy a tejsav és a kombinált nem disszociált savszintek különösen fontosak, ami lehet az oka annak, hogy a magasabb szárazanyag-tartalmú silózatok hangyasavval kezelt táptalajában nem figyeltek meg L. monocytogenes csökkenését. Hasonló vizsgálatokat kell végezni a jövőben más gyakori silózási kórokozókkal, például a Salmonellával és a patogén E. colival. A teljes silózási mikrobiális közösség átfogóbb 16S rDNS szekvenciaelemzése segíthet a teljes silózási mikrobiális populációban bekövetkező változások azonosításában is, amelyek a szilázs erjesztésének különböző szakaszaiban hangyasav jelenlétében következnek be (103). A mikrobiom adatok megszerzése analitikai támogatást nyújthat a szilázs erjesztésének előrehaladásának jobb előrejelzéséhez és az optimális adalékanyag-kombinációk kidolgozásához a magas szilázsminőség fenntartása érdekében.
A gabonaalapú állati takarmányokban a hangyasavat antimikrobiális szerként használják a kórokozók szintjének korlátozására a különféle gabonaalapú takarmánymátrixokban, valamint bizonyos takarmány-összetevőkben, például állati melléktermékekben. A baromfi és más állatok kórokozó-populációira gyakorolt ​​hatások nagyjából két kategóriába sorolhatók: közvetlen hatások magának a takarmánynak a kórokozó-populációjára, és közvetett hatások azokra a kórokozókra, amelyek a kezelt takarmány elfogyasztása után kolonizálják az állatok gyomor-bél traktusát (20, 21, 104). Nyilvánvaló, hogy ez a két kategória összefügg egymással, mivel a takarmányban lévő kórokozók csökkentésének a kolonizáció csökkenését kell eredményeznie, amikor az állat elfogyasztja a takarmányt. A takarmánymátrixhoz adott adott sav antimikrobiális tulajdonságait azonban számos tényező befolyásolhatja, például a takarmány összetétele és a sav hozzáadásának formája (21, 105).
A hangyasav és más rokon savak használata történelmileg elsősorban az állati és baromfi takarmányokban található szalmonella közvetlen ellenőrzésére összpontosított (21). Ezen tanulmányok eredményeit számos, különböző időpontokban publikált áttekintés részletesen összefoglalta (18, 21, 26, 47, 104–106), ezért ebben az áttekintésben csak a tanulmányok néhány főbb megállapítását tárgyaljuk. Számos tanulmány kimutatta, hogy a hangyasav antimikrobiális aktivitása a takarmánymátrixokban a hangyasavnak való kitettség dózisától és időtartamától, a takarmánymátrix nedvességtartalmától, valamint a takarmányban és az állat gyomor-bél traktusában lévő baktériumkoncentrációtól függ (19, 21, 107–109). A takarmánymátrix típusa és az állati takarmány-összetevők forrása szintén befolyásoló tényező. Így számos tanulmány kimutatta, hogy az állati melléktermékekből izolált bakteriális toxinok szalmonellaszintjei eltérhetnek a növényi melléktermékekből izoláltaktól (39, 45, 58, 59, 110–112). Azonban a savakra, például a hangyasavra adott válaszbeli különbségek összefüggésben állhatnak a szerovar túlélésében mutatkozó különbségekkel a takarmányban, valamint a takarmány feldolgozásának hőmérsékletével (19, 113, 114). A szerovar savas kezelésre adott válaszának különbségei szintén szerepet játszhatnak a baromfi szennyezett takarmánnyal történő szennyeződésében (113, 115), és a virulencia gén expressziójának különbségei (116) is szerepet játszhatnak. A savtolerancia különbségei viszont befolyásolhatják a Salmonella kimutatását a táptalajokban, ha a takarmányban található savak nincsenek megfelelően pufferolva (21, 105, 117–122). A takarmány fizikai formája (részecskeméret tekintetében) szintén befolyásolhatja a hangyasav relatív hasznosulását a gyomor-bél traktusban (123).
A takarmányhoz adott hangyasav antimikrobiális aktivitásának optimalizálására irányuló stratégiák szintén kritikusak. A takarmánykeverés előtt a magas szennyezettségű takarmány-összetevők esetében a sav magasabb koncentrációját javasolták, hogy minimalizálják a takarmánykeverő berendezések potenciális károsodását és az állati takarmány ízletességével kapcsolatos problémákat (105). Jones (51) arra a következtetésre jutott, hogy a kémiai tisztítás előtt a takarmányban jelen lévő szalmonellát nehezebb ellenőrizni, mint a kémiai kezelés után a takarmánnyal érintkezésbe kerülő szalmonellát. A takarmány hőkezelését a takarmánykeverőben történő feldolgozás során javasolták beavatkozásként a takarmány szalmonella-szennyeződésének korlátozására, de ez a takarmány összetételétől, a szemcsemérettől és az őrlési folyamattal kapcsolatos egyéb tényezőktől függ (51). A savak antimikrobiális aktivitása szintén hőmérsékletfüggő, és a szerves savak jelenlétében a megemelt hőmérséklet szinergikus gátló hatást gyakorolhat a szalmonellára, amint azt a szalmonella folyékony kultúráiban is megfigyelték (124, 125). A szalmonellával szennyezett takarmányokkal kapcsolatos számos tanulmány alátámasztja azt az elképzelést, hogy a megemelt hőmérséklet növeli a savak hatékonyságát a takarmánymátrixban (106, 113, 126). Amado és munkatársai (127) központi kompozit elrendezést alkalmazott a hőmérséklet és a sav (hangyasav vagy tejsav) kölcsönhatásának vizsgálatára 10 Salmonella enterica és Escherichia coli törzsben, amelyeket különböző szarvasmarha-takarmányokból izoláltak és savanyított szarvasmarha-pelletekbe oltottak be. Arra a következtetésre jutottak, hogy a hő volt a domináns tényező, amely befolyásolta a mikrobiális redukciót, a sav és a baktérium izolátum típusa mellett. A savval való szinergikus hatás továbbra is dominál, így alacsonyabb hőmérsékletek és savkoncentrációk is alkalmazhatók. Azt is megjegyezték azonban, hogy a szinergikus hatásokat nem mindig figyelték meg hangyasav használatakor, ami arra engedett következtetni, hogy a hangyasav magasabb hőmérsékleten történő illékonysága vagy a takarmánymátrix-összetevők pufferelő hatása volt a tényező.
A takarmány eltarthatóságának korlátozása az állatoknak való etetése előtt az egyik módja annak, hogy szabályozzuk az élelmiszer eredetű kórokozók bejutását az állat szervezetébe etetés közben. Miután azonban a takarmányban lévő sav bejutott a gyomor-bél traktusba, továbbra is kifejtheti antimikrobiális aktivitását. Az exogén módon beadott savas anyagok antimikrobiális aktivitása a gyomor-bél traktusban számos tényezőtől függhet, beleértve a gyomorsav koncentrációját, a gyomor-bél traktus aktív helyét, a gyomor-bél traktus pH-értékét és oxigéntartalmát, az állat korát, valamint a gyomor-bél mikrobiális populációjának relatív összetételét (ami a gyomor-bél traktus elhelyezkedésétől és az állat érettségétől függ) (21, 24, 128–132). Ezenkívül az anaerob mikroorganizmusok rezidens populációja a gyomor-bél traktusban (amely az egygyomrú állatok alsó emésztőrendszerében dominánssá válik az érésük során) fermentáció útján aktívan termel szerves savakat, amelyek viszont antagonista hatással lehetnek a gyomor-bél traktusba jutó átmeneti kórokozókra (17, 19–21).
A korai kutatások nagy része szerves savak, köztük a formiát használatára összpontosított a baromfi gyomor-bél traktusában található Salmonella korlátozása érdekében, amelyet számos áttekintés részletesen tárgyalt (12, 20, 21). Ha ezeket a tanulmányokat együttesen vizsgáljuk, számos fontos megfigyelést tehetünk. McHan és Shotts (133) arról számoltak be, hogy a hangyasav és a propionsav etetése csökkentette a Salmonella Typhimurium szintjét a baktériummal beoltott csirkék vakbelében, és 7, 14 és 21 napos korban mennyiségileg meghatározták. Amikor azonban Hume és munkatársai (128) a C-14-gyel jelölt propionátot figyelték meg, arra a következtetésre jutottak, hogy az étrendben nagyon kevés propionát juthat el a vakbelébe. Még nem tisztázott, hogy ez a hangyasavra is igaz-e. Bourassa és munkatársai (134) azonban a közelmúltban arról számoltak be, hogy a hangyasav és a propionsav etetése csökkentette a Salmonella Typhimurium szintjét a baktériummal beoltott csirkék vakbelében, amelyeket 7, 14 és 21 napos korban mennyiségileg meghatároztak. (132) megjegyezte, hogy a brojlercsirkék 6 hetes növekedési időszak alatti 4 g/t hangyasav-etetése a kimutatási szint alá csökkentette az S. Typhimurium koncentrációját a vakbélben.
A hangyasav jelenléte az étrendben hatással lehet a baromfi gyomor-bél traktusának más részeire is. Al-Tarazi és Alshavabkeh (134) kimutatták, hogy a hangyasav és a propionsav keveréke csökkentheti a Salmonella pullorum (S. PRlorum) szennyeződését a betakarításban és a vakbélben. Thompson és Hinton (129) megfigyelték, hogy a kereskedelmi forgalomban kapható hangyasav és propionsav keverék növelte mindkét sav koncentrációját a betakarításban és a zúzában, és baktericid hatású volt a Salmonella Enteritidis PT4 ellen in vitro modellben, reprezentatív nevelési körülmények között. Ezt a feltételezést alátámasztják Bird és munkatársai (135) in vivo adatai, akik hangyasavat adtak a brojlercsirkék ivóvizéhez egy szimulált böjtölés alatt, a szállítás előtt, hasonlóan ahhoz a böjtöléshez, amelyen a brojlercsirkék a baromfifeldolgozó üzembe szállítása előtt esnek át. A hangyasav ivóvízhez való hozzáadása az S. Typhimurium számának csökkenését eredményezte a termésben és a mellékherében, valamint az S. Typhimurium-pozitív termények gyakoriságának csökkenését, de nem a pozitív mellékherék számában (135). Az olyan adagolórendszerek fejlesztése, amelyek megvédik a szerves savakat, miközben azok aktívak az alsó gyomor-bél traktusban, segíthet a hatékonyság javításában. Például a hangyasav mikrokapszulázása és a takarmányhoz való hozzáadása kimutathatóan csökkenti a Salmonella Enteritidis számát a vakbéltartalomban (136). Ez azonban az állatfajonként változhat. Például Walia és munkatársai (137) nem figyeltek meg Salmonella csökkenését a 28 napos sertések vakbelében vagy nyirokcsomóiban, amelyeket hangyasav, citromsav és illóolaj kapszulák keverékével ettek, és bár a Salmonella kiválasztása a széklettel a 14. napon csökkent, a 28. napon nem. Kimutatták, hogy a Salmonella horizontális átvitele a sertések között megakadályozódott.
Bár a hangyasav antimikrobiális hatásával az állattenyésztésben végzett vizsgálatok elsősorban az élelmiszer eredetű szalmonellára összpontosítottak, vannak más gyomor-bélrendszeri kórokozókat is célzó tanulmányok. Kovanda és munkatársai (68) in vitro vizsgálatai arra utalnak, hogy a hangyasav hatékony lehet más gyomor-bélrendszeri, élelmiszer eredetű kórokozókkal szemben is, beleértve az Escherichia colit és a Campylobacter jejunit. Korábbi tanulmányok kimutatták, hogy a szerves savak (pl. tejsav) és a hangyasavat összetevőként tartalmazó kereskedelmi forgalomban kapható keverékek csökkenthetik a Campylobacter szintjét a baromfiban (135, 138). Azonban, ahogy azt Beyer és munkatársai (67) korábban megjegyezték, a hangyasav Campylobacter elleni antimikrobiális szerként való alkalmazása óvatosságot igényel. Ez a megállapítás különösen problematikus a baromfi étrend-kiegészítése szempontjából, mivel a hangyasav a C. jejuni elsődleges légzési energiaforrása. Továbbá úgy gondolják, hogy gyomor-bélrendszeri jelenlétének egy része a gyomor-bélrendszeri baktériumok által termelt vegyes savas fermentációs termékekkel, például a formiáttal való metabolikus kereszttáplálásnak köszönhető (139). Ennek a nézetnek van némi alapja. Mivel a formiát kemoattraktáns a C. jejuni számára, a formiát-dehidrogenáz és -hidrogenáz hibát mutató kettős mutánsok esetében a brojlercsirkékben csökkent a vakbél-kolonizáció aránya a vad típusú C. jejuni törzsekhez képest (140, 141). Még mindig nem világos, hogy a külső hangyasav-kiegészítés milyen mértékben befolyásolja a C. jejuni gyomor-bél traktusbeli kolonizációját csirkékben. A tényleges gyomor-bélrendszeri formiátkoncentrációk alacsonyabbak lehetnek más gyomor-bélrendszeri baktériumok általi formiát-katabolizmus vagy a felső gyomor-bél traktusban történő formiátfelszívódás miatt, így ezt számos változó befolyásolhatja. Ezenkívül a formiát egy potenciális fermentációs termék, amelyet egyes gyomor-bélrendszeri baktériumok termelnek, ami befolyásolhatja a teljes gyomor-bélrendszeri formiátszintet. A formiát mennyiségi meghatározása a gyomor-bélrendszeri tartalomban és a formiát-dehidrogenáz gének metagenomikai módszerrel történő azonosítása fényt deríthet a formiátot termelő mikroorganizmusok ökológiájának egyes aspektusaira.
Roth és munkatársai (142) összehasonlították a brojlercsirkék enrofloxacin antibiotikummal, illetve hangyasav, ecetsav és propionsav keverékével történő etetésének hatását az antibiotikum-rezisztens Escherichia coli prevalenciájára. Az összes és az antibiotikum-rezisztens E. coli izolátumokat 1 napos brojlercsirkék összegyűjtött székletmintáiban, valamint 14 és 38 napos brojlercsirkék vakbélmintáiban számolták. Az E. coli izolátumokat ampicillin, cefotaxim, ciprofloxacin, sztreptomicin, szulfametoxazol és tetraciklin rezisztenciájára tesztelték az egyes antibiotikumokra korábban meghatározott határértékek szerint. Amikor az egyes E. coli populációkat számszerűsítették és jellemezték, sem az enrofloxacin, sem a savkoktél-kiegészítés nem változtatta meg a 17 és 28 napos brojlercsirkék vakbeléből izolált E. coli teljes számát. Az enrofloxacinnal kiegészített takarmánnyal etetett madarak vakbelében megnövekedett a ciprofloxacin-, sztreptomicin-, szulfametoxazol- és tetraciklin-rezisztens E. coli szintje, valamint csökkent a cefotaxim-rezisztens E. coli szintje. A koktéllal etetett madarak vakbelében csökkent az ampicillin- és tetraciklin-rezisztens E. coli száma a kontrollcsoporthoz és az enrofloxacinnal kiegészített madarakhoz képest. A kevert savval etetett madaraknál a ciprofloxacin- és szulfametoxazol-rezisztens E. coli száma is csökkent a vakbelében az enrofloxacinnal etetett madarakhoz képest. Az a mechanizmus, amellyel a savak csökkentik az antibiotikum-rezisztens E. coli számát anélkül, hogy az E. coli teljes számát csökkentenék, még mindig nem tisztázott. Roth és munkatársai tanulmányának eredményei azonban összhangban vannak az enrofloxacin csoport eredményeivel. (142) Ez az antibiotikum-rezisztencia gének, például a Cabezon és munkatársai által leírt plazmidhoz kötött inhibitorok (143) csökkent terjedésére utalhat az E. coliban. Érdekes lenne mélyebb elemzést végezni a plazmid által közvetített antibiotikum-rezisztenciáról baromfi gasztrointesztinális populációjában takarmány-adalékanyagok, például hangyasav jelenlétében, és ezt az elemzést tovább finomítani a gasztrointesztinális rezisztóma vizsgálatával.
A kórokozók elleni optimális antimikrobiális takarmány-adalékanyagok fejlesztésének ideális esetben minimális hatással kell lennie a teljes gyomor-bélrendszeri flórára, különösen azokra a mikrobiotákra, amelyeket a gazdaszervezet számára hasznosnak tartanak. Az exogén módon beadott szerves savak azonban káros hatással lehetnek a rezidens gyomor-bélrendszeri mikrobiotára, és bizonyos mértékig semlegesíthetik azok védő tulajdonságait a kórokozókkal szemben. Például Thompson és Hinton (129) csökkent tejsavszintet figyeltek meg a hangyasav és propionsav keverékével etetett tojótyúkoknál, ami arra utal, hogy ezen exogén szerves savak jelenléte a növényben a laktobacillusok csökkenését eredményezte. A növényi laktobacillusokat a Salmonella akadályának tekintik, ezért ennek a rezidens növényi mikrobiotának a megzavarása káros lehet a gyomor-bél traktus Salmonella kolonizációjának sikeres csökkentésére (144). Açıkgöz és munkatársai azt találták, hogy a madarak alsó gyomor-bél traktusára gyakorolt ​​hatások alacsonyabbak lehetnek. (145) Nem találtak különbséget a teljes bélflórában vagy az Escherichia coli számában 42 napos brojlercsirkékben, amelyek hangyasavval savanyított vizet ivottak. A szerzők szerint ez annak tudható be, hogy a formiát a felső gyomor-bél traktusban metabolizálódik, ahogyan azt más kutatók is megfigyelték exogén módon beadott rövid szénláncú zsírsavakkal (SCFA) (128, 129).
A hangyasav valamilyen kapszulázás útján történő védelme segíthet abban, hogy elérje az alsó gyomor-bél traktust. (146) megjegyezte, hogy a mikrokapszulázott hangyasav jelentősen megnövelte a sertések vakbelében a teljes rövid szénláncú zsírsav (SCFA) tartalmát a védelem nélküli hangyasavat kapó sertésekhez képest. Ez az eredmény arra engedte következtetni a szerzőket, hogy a hangyasav hatékonyan elérheti az alsó gyomor-bél traktust, ha megfelelően védett. Számos más paraméter, például a formiát- és laktátkoncentráció azonban, bár magasabb, mint a kontroll takarmánnyal etetett sertésekben, statisztikailag nem különbözött a védelem nélküli formiáttal etetett sertésekben mért értékektől. Bár a védelem nélküli és a védett hangyasavat is kapó sertésekben közel háromszorosára nőtt a tejsav, a laktobacillusok számát egyik kezelés sem változtatta meg. A különbségek kifejezettebbek lehetnek a vakbélben található más tejsavat termelő mikroorganizmusok esetében, (1) amelyeket ezek a módszerei nem mutatnak ki, és/vagy (2) amelyek metabolikus aktivitása megváltozik, ezáltal megváltoztatva a fermentációs mintázatot úgy, hogy a rezidens laktobacillusok több tejsavat termelnek.
A takarmány-adalékanyagok haszonállatok gyomor-bél traktusára gyakorolt ​​hatásának pontosabb tanulmányozásához nagyobb felbontású mikrobiális azonosítási módszerekre van szükség. Az elmúlt években a 16S RNS gén új generációs szekvenálását (NGS) alkalmazták a mikrobiom taxonok azonosítására és a mikrobiális közösségek sokféleségének összehasonlítására (147), ami jobban megértette az étrend-adalékanyagok és a haszonállatok, például a baromfi gyomor-bél mikrobiotája közötti kölcsönhatásokat.
Számos tanulmány alkalmazott mikrobiom-szekvenálást a csirkék gyomor-bélrendszeri mikrobiomjának a formiát-kiegészítésre adott válaszának értékelésére. Oakley és munkatársai (148) 42 napos brojlercsirkékkel végeztek egy vizsgálatot, amelyeknek ivóvizében vagy takarmányában hangyasav, propionsav és közepes szénláncú zsírsavak különböző kombinációival egészítették ki az állatokat. Az immunizált csirkéket nalidixinsav-rezisztens Salmonella typhimurium törzzsel fertőzték meg, és vakbelüket 0, 7, 21 és 42 napos korban eltávolították. Vakbélmintákat készítettek elő 454 piroszekvenáláshoz, és a szekvenálási eredményeket osztályozás és hasonlósági összehasonlítás céljából értékelték. Összességében a kezelések nem befolyásolták szignifikánsan a vakbél mikrobiomját vagy az S. Typhimurium szintjét. Azonban az összességében vett Salmonella kimutatási arány csökkent a madarak öregedésével, amit a mikrobiom taxonómiai elemzése is megerősített, és a Salmonella szekvenciák relatív abundanciája is csökkent az idő múlásával. A szerzők megjegyzik, hogy a brojlercsirkék öregedésével a vakbél mikrobiális populációjának sokfélesége nőtt, a legjelentősebb változásokat a gyomor-bélrendszeri flórában figyelték meg az összes kezelési csoportban. Egy nemrégiben készült tanulmányban Hu és munkatársai... (149) összehasonlította az ivóvíz és a szerves savak (hangyasav, ecetsav, propionsav és ammónium-formiát) és virginiamicin keverékével kiegészített takarmány etetésének hatásait brojlercsirkék vakbél mikrobiómájának két szakaszban (1–21 nap és 22–42 nap) gyűjtött mintáiban. Bár a vakbél mikrobióma diverzitásában némi különbséget figyeltek meg a kezelési csoportok között 21 napos korban, 42 napos korban nem észleltek különbséget az α- vagy β-baktériumok diverzitásában. Tekintettel a 42 napos korban tapasztalt különbségek hiányára, a szerzők azt feltételezték, hogy a növekedési előny az optimálisan diverz mikrobióma korábbi kialakulásának köszönhető.
A kizárólag a vakbél mikrobiális közösségére összpontosító mikrobiomelemzés nem feltétlenül tükrözi, hogy a gyomor-bél traktusban hol jelentkezik az étrendi szerves savak hatásainak nagy része. A brojlercsirkék felső gyomor-bél traktusának mikrobiomja érzékenyebb lehet az étrendi szerves savak hatásaira, amint azt Hume és munkatársai (128) eredményei is sugallják. Hume és munkatársai (128) kimutatták, hogy az exogén módon hozzáadott propionát nagy része a madarak felső gyomor-bél traktusában szívódott fel. A gyomor-bélrendszeri mikroorganizmusok jellemzésével kapcsolatos legújabb tanulmányok is alátámasztják ezt a nézetet. Nava és munkatársai (150) kimutatták, hogy a szerves savak [DL-2-hidroxi-4(metiltio)vajsav], hangyasav és propionsav (HFP) keverékének kombinációja befolyásolta a bél mikrobiotáját és fokozta a Lactobacillus kolonizációt a csirkék vékonybélében. Nemrégiben Goodarzi Borojeni és munkatársai... (150) kimutatta, hogy a szerves savkeverék [DL-2-hidroxi-4(metiltio)vajsav], hangyasav és propionsav (HFP) kombinációja befolyásolta a bélmikrobiotát és fokozta a Lactobacillus kolonizációt csirkék vékonybélében. (151) brojlercsirkék 35 napon át tartó, két koncentrációjú (0,75% és 1,50%) hangyasav és propionsav keverékének etetését vizsgálta. A kísérlet végén a begyet, a gyomrot, a vékonybél disztális kétharmadát és a vakbelet eltávolították, és mintákat vettek a specifikus gyomor-bélrendszeri flóra és metabolitok kvantitatív elemzéséhez RT-PCR segítségével. A tenyészetben a szerves savak koncentrációja nem befolyásolta a Lactobacillus vagy a Bifidobacterium mennyiségét, de növelte a Clostridium populációját. A vékonybélben az egyetlen változás a Lactobacillus és az Enterobacter számának csökkenése volt, míg a vakbélben ezek a flórák változatlanok maradtak (151). A legmagasabb szerves sav-kiegészítési koncentrációnál a teljes tejsavkoncentráció (D és L) csökkent a termésben, mindkét szerves sav koncentrációja csökkent a zúzában, és a szerves savak koncentrációja alacsonyabb volt a vakbélben. A vékonybélben nem történt változás. A rövid szénláncú zsírsavak (SCFA-k) tekintetében a szerves savakkal etetett madarak termésében és zúzájában az egyetlen változás a propionátszintben volt. Az alacsonyabb szerves savkoncentrációval etetett madaraknál a propionát szintje majdnem tízszeresére nőtt, míg a kétféle szerves savkoncentrációval etetett madaraknál a zúzában a propionát szintje nyolcszorosára, illetve tizenötszörösére nőtt. A vékonybélben az acetátszint növekedése kevesebb mint kétszeres volt. Összességében ezek az adatok alátámasztják azt a nézetet, hogy a külső szerves sav alkalmazásának legtöbb hatása megmutatkozott a terméshozamban, míg a szerves savak minimális hatással voltak az alsó gyomor-bélrendszeri mikrobiális közösségre, ami arra utal, hogy a felső gyomor-bélrendszeri rezidens flóra fermentációs mintázatai megváltozhattak.
Nyilvánvaló, hogy a mikrobiom mélyebb jellemzésére van szükség ahhoz, hogy teljes mértékben tisztázzuk a formiátra adott mikrobiális válaszokat a gyomor-bél traktusban. Az egyes gyomor-bél traktusok, különösen a felső rekeszek, például a termés mikrobiális taxonómiájának mélyebb elemzése további betekintést nyújthat bizonyos mikroorganizmus-csoportok szelekciójába. Metabolikus és enzimatikus aktivitásuk azt is meghatározhatja, hogy antagonista kapcsolatban állnak-e a gyomor-bél traktusba jutó kórokozókkal. Érdekes lenne metagenomikai elemzéseket végezni annak meghatározására is, hogy a madarak élete során a savas kémiai adalékanyagoknak való kitettség a „savtoleránsabb” rezidens baktériumok számára szelekciót eredményez-e, és hogy ezen baktériumok jelenléte és/vagy metabolikus aktivitása további akadályt jelent-e a kórokozók kolonizációja szempontjából.
A hangyasavat évek óta használják kémiai adalékanyagként állati takarmányokban és silózási savanyítószerként. Egyik fő felhasználási módja az antimikrobiális hatása, amely korlátozza a kórokozók számát a takarmányban és azok későbbi kolonizációját a madarak gyomor-bél traktusában. In vitro vizsgálatok kimutatták, hogy a hangyasav viszonylag hatékony antimikrobiális szer a Salmonella és más kórokozók ellen. A hangyasav takarmánymátrixokban való alkalmazását azonban korlátozhatja a takarmány-összetevőkben található magas szerves anyag mennyisége és azok potenciális pufferkapacitása. Úgy tűnik, hogy a hangyasav antagonista hatást fejt ki a Salmonellára és más kórokozókra, ha takarmánnyal vagy ivóvízzel jutnak be. Ez az antagonizmus azonban elsősorban a felső gyomor-bél traktusban jelentkezik, mivel a hangyasav koncentrációja csökkenhet az alsó gyomor-bél traktusban, ahogyan az a propionsav esetében is történik. A hangyasav kapszulázás útján történő védelmének koncepciója potenciális megközelítést kínál arra, hogy több sav jusson az alsó gyomor-bél traktusba. Továbbá, tanulmányok kimutatták, hogy a szerves savak keveréke hatékonyabb a baromfi teljesítményének javításában, mint egyetlen sav adagolása (152). A gyomor-bél traktusban lévő Campylobacter eltérően reagálhat a formiátra, mivel a formiátot elektrondonorként használhatja, és a formiát a fő energiaforrása. Nem világos, hogy a gyomor-bél traktusban a formiátkoncentráció növelése előnyös lenne-e a Campylobacter számára, és ez esetleg nem is következik be, attól függően, hogy más gyomor-bél flórák képesek-e a formiátot szubsztrátként használni.
További vizsgálatokra van szükség a gasztrointesztinális hangyasav nem patogén rezidens gasztrointesztinális mikrobákra gyakorolt ​​hatásának vizsgálatához. Előnyben részesítjük a kórokozók szelektív célzását anélkül, hogy megzavarnánk a gazdaszervezet számára előnyös gazdaszervezet tagjait. Ehhez azonban mélyebb elemzésre van szükség ezen rezidens gasztrointesztinális mikrobiális közösségek mikrobiom szekvenciájáról. Bár néhány tanulmány megjelent a hangyasavval kezelt madarak vakbél mikrobiomjáról, nagyobb figyelmet kell fordítani a felső gasztrointesztinális mikrobiális közösségre. A mikroorganizmusok azonosítása és a gasztrointesztinális mikrobiális közösségek hasonlóságainak összehasonlítása hangyasav jelenlétében vagy hiányában nem feltétlenül teljes leírás. További elemzésekre, beleértve a metabolomikát és a metagenomikát, van szükség az összetételében hasonló csoportok közötti funkcionális különbségek jellemzéséhez. Az ilyen jellemzés kritikus fontosságú a gasztrointesztinális mikrobiális közösség és a madarak hangyasav alapú javítókra adott teljesítményválaszai közötti kapcsolat megállapításához. A gasztrointesztinális funkció pontosabb jellemzésére irányuló több megközelítés kombinálása lehetővé teheti a hatékonyabb szervessav-kiegészítési stratégiák kidolgozását, és végső soron javíthatja a madarak optimális egészségének és teljesítményének előrejelzéseit, miközben korlátozza az élelmiszer-biztonsági kockázatokat.
SR ezt az áttekintést DD és KR segítségével írta. Minden szerző jelentős mértékben hozzájárult az áttekintésben bemutatott munkához.
A szerzők kijelentik, hogy az Anitox Corporation finanszírozta az áttekintés megírásának és publikálásának megkezdését. A finanszírozóknak semmilyen befolyásuk nem volt az áttekintésben kifejtett nézetekre és következtetésekre, illetve a publikálásról szóló döntésre.
A fennmaradó szerzők kijelentik, hogy a kutatást olyan kereskedelmi vagy pénzügyi kapcsolatok hiányában végezték, amelyek potenciális összeférhetetlenségnek tekinthetők.
Dr. DD szeretné megköszönni az Arkansasi Egyetem Doktori Iskolájának a Kiváló Oktatói Ösztöndíj keretében nyújtott támogatását, valamint az Arkansasi Egyetem Sejt- és Molekuláris Biológiai Programjának és az Élelmiszertudományi Tanszéknek a folyamatos támogatását. A szerzők továbbá szeretnék köszönetet mondani az Anitoxnak a jelen áttekintés megírásához nyújtott kezdeti támogatásért.
1. Dibner JJ, Richards JD. Antibiotikus növekedésserkentők használata a mezőgazdaságban: történet és hatásmechanizmusok. Poultry Science (2005) 84:634–43. doi: 10.1093/ps/84.4.634
2. Jones FT, Rick SC. Az antimikrobiális szerek fejlesztésének és felügyeletének története a baromfitakarmányban. Poultry Science (2003) 82:613–7. doi: 10.1093/ps/82.4.613
3. Broom LJ. Az antibiotikumos növekedésserkentők szubinhibitoros elmélete. Poultry Science (2017) 96:3104–5. doi: 10.3382/ps/pex114
4. Sorum H, L'Abe-Lund TM. Antibiotikum-rezisztencia élelmiszer eredetű baktériumokban – a globális bakteriális genetikai hálózatok zavarainak következményei. 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. Takarmány-adalékanyagok a takarmányokban található szalmonella ellenőrzésére. World Journal of Poultry Science (2002) 58:501–13. doi: 10.1079/WPS20020036
6. Angulo FJ, Baker NL, Olsen SJ, Anderson A, Barrett TJ. Antimikrobiális szerek használata a mezőgazdaságban: az antimikrobiális rezisztencia emberre történő átvitelének ellenőrzése. 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. Élelmiszer-termelési környezetek és az antimikrobiális rezisztencia evolúciója állati eredetű emberi kórokozókban. Microbiology (2017) 5:11. doi: 10.3390/microorganisms5010011
8. Lourenço JM, Seidel DS, Callaway TR. 9. fejezet: Antibiotikumok és bélműködés: történet és jelenlegi állapot. In: Ricke SC, szerk. A baromfi bélrendszerének egészségének javítása. Cambridge: Burley Dodd (2020). 189–204. oldal. DOI: 10.19103/AS2019.0059.10
9. Rick SC. 8. sz.: Takarmányhigiénia. In: Dewulf J, van Immerzeel F, szerk. Biológiai biztonság az állattenyésztésben és az állatorvoslásban. Leuven: ACCO (2017). 144–76. oldal.