Αυτό το άρθρο αποτελεί μέρος του ερευνητικού θέματος «Χρήση αντιμικροβιακών, αντοχή στα αντιμικροβιακά και το μικροβίωμα των ζώων που προορίζονται για τροφή». Δείτε και τα 13 άρθρα
Τα οργανικά οξέα εξακολουθούν να έχουν μεγάλη ζήτηση ως πρόσθετα στις ζωοτροφές. Μέχρι σήμερα, η έμφαση δίνεται στην ασφάλεια των τροφίμων, ιδίως στη μείωση της συχνότητας εμφάνισης τροφιμογενών παθογόνων σε πουλερικά και άλλα ζώα. Αρκετά οργανικά οξέα μελετώνται επί του παρόντος ή χρησιμοποιούνται ήδη εμπορικά. Μεταξύ των πολλών οργανικών οξέων που έχουν μελετηθεί εκτενώς, το μυρμηκικό οξύ είναι ένα από αυτά. Το μυρμηκικό οξύ προστίθεται στις σιτηρέσιες των πουλερικών για να περιοριστεί η παρουσία Salmonella και άλλων τροφιμογενών παθογόνων στις ζωοτροφές και στο γαστρεντερικό σωλήνα μετά την κατάποση. Καθώς η κατανόηση της αποτελεσματικότητας και της επίδρασης του μυρμηκικού οξέος στον ξενιστή και στα τροφιμογενή παθογόνα αυξάνεται, γίνεται σαφές ότι η παρουσία μυρμηκικού οξέος μπορεί να ενεργοποιήσει συγκεκριμένες οδούς στη Salmonella. Αυτή η απόκριση μπορεί να γίνει πιο περίπλοκη όταν το μυρμηκικό οξύ εισέρχεται στο γαστρεντερικό σωλήνα και αλληλεπιδρά όχι μόνο με τη Salmonella που ήδη αποικίζει το γαστρεντερικό σωλήνα, αλλά και με τη μικροβιακή χλωρίδα του ίδιου του εντέρου. Η ανασκόπηση θα εξετάσει τα τρέχοντα αποτελέσματα και τις προοπτικές για περαιτέρω έρευνα στο μικροβίωμα των πουλερικών και των ζωοτροφών που έχουν υποστεί επεξεργασία με μυρμηκικό οξύ.
Τόσο στην κτηνοτροφία όσο και στην πτηνοτροφία, η πρόκληση είναι η ανάπτυξη στρατηγικών διαχείρισης που βελτιστοποιούν την ανάπτυξη και την παραγωγικότητα, περιορίζοντας παράλληλα τους κινδύνους για την ασφάλεια των τροφίμων. Ιστορικά, η χορήγηση αντιβιοτικών σε υποθεραπευτικές συγκεντρώσεις έχει βελτιώσει την υγεία, την ευημερία και την παραγωγικότητα των ζώων (1-3). Από την άποψη του μηχανισμού δράσης, έχει προταθεί ότι τα αντιβιοτικά που χορηγούνται σε υποανασταλτικές συγκεντρώσεις μεσολαβούν στις αντιδράσεις του ξενιστή τροποποιώντας τη γαστρεντερική (ΓΕ) χλωρίδα και, με τη σειρά τους, τις αλληλεπιδράσεις τους με τον ξενιστή (3). Ωστόσο, οι συνεχιζόμενες ανησυχίες σχετικά με την πιθανή εξάπλωση ανθεκτικών στα αντιβιοτικά παθογόνων που μεταδίδονται μέσω των τροφίμων και την πιθανή συσχέτισή τους με λοιμώξεις ανθεκτικές στα αντιβιοτικά στους ανθρώπους έχουν οδηγήσει στη σταδιακή απόσυρση της χρήσης αντιβιοτικών σε ζώα που προορίζονται για τροφή (4-8). Επομένως, η ανάπτυξη προσθέτων ζωοτροφών και βελτιωτικών που πληρούν τουλάχιστον ορισμένες από αυτές τις απαιτήσεις (βελτιωμένη υγεία, ευημερία και παραγωγικότητα των ζώων) παρουσιάζει μεγάλο ενδιαφέρον τόσο από την ακαδημαϊκή έρευνα όσο και από την οπτική γωνία της εμπορικής ανάπτυξης (5, 9). Μια ποικιλία εμπορικών προσθέτων ζωοτροφών έχει εισέλθει στην αγορά ζωοτροφών, συμπεριλαμβανομένων προβιοτικών, πρεβιοτικών, αιθέριων ελαίων και σχετικών ενώσεων από διάφορες φυτικές πηγές, και χημικών ουσιών όπως οι αλδεΰδες (10-14). Άλλα εμπορικά πρόσθετα ζωοτροφών που χρησιμοποιούνται συνήθως στα πουλερικά περιλαμβάνουν βακτηριοφάγους, οξείδιο του ψευδαργύρου, εξωγενή ένζυμα, ανταγωνιστικά προϊόντα αποκλεισμού και όξινες ενώσεις (15, 16).
Μεταξύ των υπαρχόντων χημικών πρόσθετων υλών ζωοτροφών, οι αλδεΰδες και τα οργανικά οξέα υπήρξαν ιστορικά οι πιο ευρέως μελετημένες και χρησιμοποιούμενες ενώσεις (12, 17–21). Τα οργανικά οξέα, ιδιαίτερα τα λιπαρά οξέα βραχείας αλυσίδας (SCFAs), είναι γνωστοί ανταγωνιστές παθογόνων βακτηρίων. Αυτά τα οργανικά οξέα χρησιμοποιούνται ως πρόσθετα ζωοτροφών όχι μόνο για να περιορίσουν την παρουσία παθογόνων στη μήτρα της ζωοτροφής αλλά και για να ασκήσουν ενεργές επιδράσεις στη γαστρεντερική λειτουργία (17, 20–24). Επιπλέον, τα SCFAs παράγονται μέσω ζύμωσης από την εντερική χλωρίδα στο πεπτικό σύστημα και πιστεύεται ότι παίζουν μηχανιστικό ρόλο στην ικανότητα ορισμένων προβιοτικών και πρεβιοτικών να εξουδετερώνουν παθογόνα που προσλαμβάνονται στο γαστρεντερικό σύστημα (21, 23, 25).
Με την πάροδο των ετών, διάφορα λιπαρά οξέα βραχείας αλυσίδας (SCFAs) έχουν προσελκύσει μεγάλη προσοχή ως πρόσθετα ζωοτροφών. Συγκεκριμένα, το προπιονικό, το βουτυρικό και το μυρμηκικό έχουν αποτελέσει αντικείμενο πολυάριθμων μελετών και εμπορικών εφαρμογών (17, 20, 21, 23, 24, 26). Ενώ οι πρώτες μελέτες επικεντρώνονταν στον έλεγχο των τροφιμογενών παθογόνων στις ζωοτροφές και τα πουλερικά, πιο πρόσφατες μελέτες έχουν μετατοπίσει την εστίασή τους στη συνολική βελτίωση της απόδοσης των ζώων και της γαστρεντερικής υγείας (20, 21, 24). Το οξικό, το προπιονικό και το βουτυρικό έχουν προσελκύσει μεγάλη προσοχή ως πρόσθετα ζωοτροφών οργανικού οξέος, μεταξύ των οποίων το μυρμηκικό οξύ είναι επίσης ένας πολλά υποσχόμενος υποψήφιος (21, 23). Μεγάλη προσοχή έχει δοθεί στις πτυχές της ασφάλειας των τροφίμων του μυρμηκικού οξέος, ιδίως στη μείωση της συχνότητας εμφάνισης τροφιμογενών παθογόνων στις ζωοτροφές. Ωστόσο, εξετάζονται και άλλες πιθανές χρήσεις. Ο γενικός στόχος αυτής της ανασκόπησης είναι να εξετάσει το ιστορικό και την τρέχουσα κατάσταση του μυρμηκικού οξέος ως βελτιωτικού των ζωοτροφών (Σχήμα 1). Σε αυτή τη μελέτη, θα εξετάσουμε τον αντιβακτηριακό μηχανισμό του μυρμηκικού οξέος. Επιπλέον, θα εξετάσουμε πιο προσεκτικά τις επιπτώσεις του στα ζώα και τα πουλερικά και θα συζητήσουμε πιθανές μεθόδους για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητάς του.
Σχήμα 1. Εννοιολογικός χάρτης των θεμάτων που καλύπτονται σε αυτήν την ανασκόπηση. Συγκεκριμένα, οι ακόλουθοι γενικοί στόχοι επικεντρώθηκαν: στην περιγραφή της ιστορίας και της τρέχουσας κατάστασης του μυρμηκικού οξέος ως βελτιωτικού ζωοτροφών, στους αντιμικροβιακούς μηχανισμούς του μυρμηκικού οξέος και στον αντίκτυπο της χρήσης του στην υγεία των ζώων και των πουλερικών, καθώς και σε πιθανές μεθόδους βελτίωσης της αποτελεσματικότητας.
Η παραγωγή ζωοτροφών για ζώα και πουλερικά είναι μια σύνθετη διαδικασία που περιλαμβάνει πολλαπλά βήματα, όπως η φυσική επεξεργασία των σιτηρών (π.χ. άλεση για τη μείωση του μεγέθους των σωματιδίων), η θερμική επεξεργασία για τη συσσωμάτωση και η προσθήκη πολλαπλών θρεπτικών συστατικών στη διατροφή ανάλογα με τις συγκεκριμένες διατροφικές ανάγκες του ζώου (27). Δεδομένης αυτής της πολυπλοκότητας, δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι η επεξεργασία των ζωοτροφών εκθέτει τους σιτηρούς σε μια ποικιλία περιβαλλοντικών παραγόντων πριν φτάσουν στο μύλο ζωοτροφών, κατά τη διάρκεια της άλεσης και στη συνέχεια κατά τη μεταφορά και τη χορήγηση σε σύνθετες μερίδες ζωοτροφών (9, 21, 28). Έτσι, με την πάροδο των ετών, έχει εντοπιστεί μια πολύ διαφορετική ομάδα μικροοργανισμών στις ζωοτροφές, συμπεριλαμβανομένων όχι μόνο βακτηρίων αλλά και βακτηριοφάγων, μυκήτων και ζυμών (9, 21, 28–31). Μερικοί από αυτούς τους ρύπους, όπως ορισμένοι μύκητες, μπορούν να παράγουν μυκοτοξίνες που θέτουν σε κίνδυνο την υγεία των ζώων (32–35).
Οι βακτηριακοί πληθυσμοί μπορεί να είναι σχετικά ποικίλοι και να εξαρτώνται σε κάποιο βαθμό από τις αντίστοιχες μεθόδους που χρησιμοποιούνται για την απομόνωση και την ταυτοποίηση των μικροοργανισμών, καθώς και από την πηγή του δείγματος. Για παράδειγμα, το προφίλ της μικροβιακής σύνθεσης μπορεί να διαφέρει πριν από τη θερμική επεξεργασία που σχετίζεται με τη συσσωμάτωση (36). Αν και οι κλασικές μέθοδοι καλλιέργειας και επιμετάλλωσης σε πλάκες έχουν παράσχει ορισμένες πληροφορίες, η πρόσφατη εφαρμογή της μεθόδου αλληλούχισης επόμενης γενιάς (NGS) που βασίζεται στο γονίδιο 16S rRNA έχει παράσχει μια πιο ολοκληρωμένη αξιολόγηση της κοινότητας του μικροβιώματος της χορτονομής (9). Όταν οι Solanki et al. (37) εξέτασαν το βακτηριακό μικροβίωμα των κόκκων σιταριού που αποθηκεύτηκαν για ένα χρονικό διάστημα παρουσία φωσφίνης, ενός υποκαπνιστικού εντόμου ελέγχου, διαπίστωσαν ότι το μικροβίωμα ήταν πιο ποικιλόμορφο μετά τη συγκομιδή και μετά από 3 μήνες αποθήκευσης. Επιπλέον, οι Solanki et al. (37) (37) απέδειξαν ότι τα Proteobacteria, Firmicutes, Actinobacteria, Bacteroidetes και Planctomyces ήταν τα κυρίαρχα φύλα στους κόκκους σιταριού, τα Bacillus, Erwinia και Pseudomonas ήταν τα κυρίαρχα γένη, και τα Enterobacteriaceae αποτελούσαν ένα μικρό ποσοστό. Με βάση ταξινομικές συγκρίσεις, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι ο υποκαπνισμός με φωσφίνη άλλαξε σημαντικά τους βακτηριακούς πληθυσμούς αλλά δεν επηρέασε την ποικιλομορφία των μυκήτων.
Οι Solanki et al. (37) έδειξαν ότι οι πηγές ζωοτροφών μπορούν επίσης να περιέχουν τροφιμογενή παθογόνα που μπορούν να προκαλέσουν προβλήματα δημόσιας υγείας με βάση την ανίχνευση Enterobacteriaceae στο μικροβίωμα. Τροφιμογενή παθογόνα όπως το Clostridium perfringens, το Clostridium botulinum, η Salmonella, το Campylobacter, το Escherichia coli O157:H7 και η Listeria monocytogenes έχουν συσχετιστεί με ζωοτροφές και ενσίρωση (9, 31, 38). Η επιμονή άλλων τροφιμογενών παθογόνων στις ζωοτροφές και τα πουλερικά είναι προς το παρόν άγνωστη. Οι Ge et al. (39) εξέτασαν πάνω από 200 συστατικά ζωοτροφών και απομόνωσαν Salmonella, E. coli και Enterococci, αλλά δεν ανίχνευσαν E. coli O157:H7 ή Campylobacter. Ωστόσο, μήτρες όπως η ξηρή τροφή μπορούν να χρησιμεύσουν ως πηγή παθογόνου E. coli. Κατά τον εντοπισμό της πηγής μιας επιδημίας του Escherichia coli (STEC) που παράγει τοξίνη Shiga τοξίνη το 2016, οροομάδων O121 και O26 που σχετίζονται με ανθρώπινες ασθένειες, οι Crowe et al. (40) χρησιμοποίησαν αλληλούχιση ολόκληρου του γονιδιώματος για να συγκρίνουν κλινικά απομονωμένα στελέχη με απομονωμένα στελέχη που λαμβάνονται από τρόφιμα. Με βάση αυτή τη σύγκριση, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η πιθανή πηγή ήταν το ωμό αλεύρι σίτου χαμηλής υγρασίας από αλευρόμυλους. Η χαμηλή περιεκτικότητα σε υγρασία του αλευριού σίτου υποδηλώνει ότι το STEC μπορεί επίσης να επιβιώσει σε ζωοτροφές χαμηλής υγρασίας. Ωστόσο, όπως σημειώνουν οι Crowe et al. (40), η απομόνωση του STEC από δείγματα αλευριού είναι δύσκολη και απαιτεί μεθόδους ανοσομαγνητικού διαχωρισμού για την ανάκτηση επαρκούς αριθμού βακτηριακών κυττάρων. Παρόμοιες διαγνωστικές διαδικασίες μπορεί επίσης να περιπλέξουν την ανίχνευση και την απομόνωση σπάνιων παθογόνων που μεταδίδονται μέσω των τροφίμων στις ζωοτροφές. Η δυσκολία στην ανίχνευση μπορεί επίσης να οφείλεται στη μακρά παραμονή αυτών των παθογόνων σε μήτρες χαμηλής υγρασίας. Forghani et al. (41) κατέδειξε ότι το αλεύρι σίτου που αποθηκεύτηκε σε θερμοκρασία δωματίου και εμβολιάστηκε με ένα μείγμα εντεροαιμορραγικών οροομάδων Escherichia coli (EHEC) O45, O121 και O145 και Salmonella (S. Typhimurium, S. Agona, S. Enteritidis και S. Anatum) ήταν ποσοτικοποιήσιμο στις 84 και 112 ημέρες και εξακολουθούσε να είναι ανιχνεύσιμο στις 24 και 52 εβδομάδες.
Ιστορικά, το Campylobacter δεν έχει απομονωθεί ποτέ από ζωοτροφές και πουλερικά με παραδοσιακές μεθόδους καλλιέργειας (38, 39), αν και το Campylobacter μπορεί εύκολα να απομονωθεί από το γαστρεντερικό σωλήνα των πουλερικών και των προϊόντων πουλερικών (42, 43). Ωστόσο, οι ζωοτροφές εξακολουθούν να έχουν τα πλεονεκτήματά τους ως πιθανή πηγή. Για παράδειγμα, οι Alves et al. (44) απέδειξαν ότι ο εμβολιασμός της ζωοτροφής παχυνόμενων κοτόπουλων με C. jejuni και η επακόλουθη αποθήκευση της ζωοτροφής σε δύο διαφορετικές θερμοκρασίες για 3 ή 5 ημέρες είχε ως αποτέλεσμα την ανάκτηση βιώσιμου C. jejuni και, σε ορισμένες περιπτώσεις, ακόμη και τον πολλαπλασιασμό του. Κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι το C. jejuni μπορεί σίγουρα να επιβιώσει στις ζωοτροφές πουλερικών και, ως εκ τούτου, μπορεί να αποτελέσει πιθανή πηγή μόλυνσης για τα κοτόπουλα.
Η μόλυνση των ζωοτροφών και των πουλερικών από σαλμονέλα έχει λάβει μεγάλη προσοχή στο παρελθόν και παραμένει στο επίκεντρο των συνεχιζόμενων προσπαθειών για την ανάπτυξη μεθόδων ανίχνευσης που να εφαρμόζονται ειδικά στις ζωοτροφές και για την εύρεση πιο αποτελεσματικών μέτρων ελέγχου (12, 26, 30, 45–53). Με την πάροδο των ετών, πολλές μελέτες έχουν εξετάσει την απομόνωση και τον χαρακτηρισμό της σαλμονέλας σε διάφορες εγκαταστάσεις ζωοτροφών και εργοστάσια ζωοτροφών (38, 39, 54–61). Συνολικά, αυτές οι μελέτες δείχνουν ότι η σαλμονέλα μπορεί να απομονωθεί από μια ποικιλία συστατικών ζωοτροφών, πηγών ζωοτροφών, τύπων ζωοτροφών και εργασιών παραγωγής ζωοτροφών. Τα ποσοστά επιπολασμού και οι κυρίαρχοι ορότυποι σαλμονέλας που απομονώθηκαν επίσης ποικίλλουν. Για παράδειγμα, οι Li et al. (57) επιβεβαίωσαν την παρουσία του Salmonella spp. Ανιχνεύτηκε στο 12,5% των 2058 δειγμάτων που συλλέχθηκαν από πλήρεις ζωοτροφές, συστατικά ζωοτροφών, τροφές κατοικίδιων ζώων, λιχουδιές κατοικίδιων ζώων και συμπληρώματα κατοικίδιων ζώων κατά την περίοδο συλλογής δεδομένων 2002 έως 2009. Επιπλέον, οι πιο συνηθισμένοι ορότυποι που ανιχνεύθηκαν στο 12,5% των δειγμάτων Salmonella που βρέθηκαν θετικά ήταν οι S. Senftenberg και S. Montevideo (57). Σε μια μελέτη για έτοιμα προς κατανάλωση τρόφιμα και υποπροϊόντα ζωοτροφών στο Τέξας, οι Hsieh et al. (58) ανέφεραν ότι η υψηλότερη συχνότητα εμφάνισης Salmonella ήταν στα ιχθυάλευρα, ακολουθούμενη από τις ζωικές πρωτεΐνες, με τους S. Mbanka και S. Montevideo ως τους πιο συνηθισμένους ορότυπους. Οι μονάδες παραγωγής ζωοτροφών παρουσιάζουν επίσης πολλά πιθανά σημεία μόλυνσης των ζωοτροφών κατά την ανάμειξη και την προσθήκη συστατικών (9, 56, 61). Οι Magossi et al. (61) μπόρεσαν να αποδείξουν ότι μπορούν να εμφανιστούν πολλαπλά σημεία μόλυνσης κατά την παραγωγή ζωοτροφών στις Ηνωμένες Πολιτείες. Στην πραγματικότητα, οι Magossi et al. (61) βρήκαν τουλάχιστον μία θετική καλλιέργεια Salmonella σε 11 μονάδες παραγωγής ζωοτροφών (12 συνολικά σημεία δειγματοληψίας) σε οκτώ πολιτείες στις Ηνωμένες Πολιτείες. Δεδομένης της πιθανότητας μόλυνσης από σαλμονέλα κατά τον χειρισμό, τη μεταφορά και την καθημερινή σίτιση των ζωοτροφών, δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι καταβάλλονται σημαντικές προσπάθειες για την ανάπτυξη προσθέτων ζωοτροφών που μπορούν να μειώσουν και να διατηρήσουν χαμηλά τα επίπεδα μικροβιακής μόλυνσης καθ' όλη τη διάρκεια του κύκλου παραγωγής των ζώων.
Λίγα είναι γνωστά για τον μηχανισμό της συγκεκριμένης απόκρισης της Salmonella στο μυρμηκικό οξύ. Ωστόσο, οι Huang et al. (62) υπέδειξαν ότι το μυρμηκικό οξύ υπάρχει στο λεπτό έντερο των θηλαστικών και ότι τα είδη Salmonella είναι ικανά να παράγουν μυρμηκικό οξύ. Οι Huang et al. (62) χρησιμοποίησαν μια σειρά μεταλλάξεων διαγραφής βασικών οδών για την ανίχνευση της έκφρασης γονιδίων λοιμογόνου δράσης της Salmonella και διαπίστωσαν ότι το μυρμηκικό μπορεί να λειτουργήσει ως διάχυτο σήμα για να προκαλέσει την εισβολή της Salmonella στα επιθηλιακά κύτταρα Hep-2. Πρόσφατα, οι Liu et al. (63) απομόνωσαν έναν μεταφορέα μυρμηκικού, το FocA, από τη Salmonella typhimurium που λειτουργεί ως ειδικό κανάλι μυρμηκικού σε pH 7,0, αλλά μπορεί επίσης να λειτουργήσει ως παθητικό κανάλι εξαγωγής σε υψηλό εξωτερικό pH ή ως δευτερογενές ενεργό κανάλι εισαγωγής μυρμηκικού/ιόντων υδρογόνου σε χαμηλό pH. Ωστόσο, αυτή η μελέτη πραγματοποιήθηκε μόνο σε έναν ορότυπο του S. Typhimurium. Το ερώτημα παραμένει εάν όλοι οι ορότυποι ανταποκρίνονται στο μυρμηκικό οξύ με παρόμοιους μηχανισμούς. Αυτό παραμένει ένα κρίσιμο ερευνητικό ερώτημα που θα πρέπει να αντιμετωπιστεί σε μελλοντικές μελέτες. Ανεξάρτητα από τα αποτελέσματα, παραμένει συνετό να χρησιμοποιούνται πολλαπλοί ορότυποι Salmonella ή ακόμα και πολλαπλά στελέχη κάθε ορότυπου σε πειράματα διαλογής κατά την ανάπτυξη γενικών συστάσεων για τη χρήση συμπληρωμάτων οξέος για τη μείωση των επιπέδων Salmonella στις ζωοτροφές. Νεότερες προσεγγίσεις, όπως η χρήση γενετικού γραμμωτού κώδικα για την κωδικοποίηση στελεχών για τη διάκριση διαφορετικών υποομάδων του ίδιου ορότυπου (9, 64), προσφέρουν την ευκαιρία να διακρίνουμε λεπτότερες διαφορές που μπορεί να επηρεάσουν τα συμπεράσματα και την ερμηνεία των διαφορών.
Η χημική φύση και η μορφή διάσπασης του μυρμηκικού οξέος μπορεί επίσης να είναι σημαντικές. Σε μια σειρά μελετών, οι Beyer et al. (65–67) απέδειξαν ότι η αναστολή των Enterococcus faecium, Campylobacter jejuni και Campylobacter coli συσχετίστηκε με την ποσότητα του διασπασμένου μυρμηκικού οξέος και ήταν ανεξάρτητη από το pH ή το μη διασπασμένο μυρμηκικό οξύ. Η χημική μορφή του μυρμηκικού οξέος στην οποία εκτίθενται τα βακτήρια φαίνεται επίσης να είναι σημαντική. Οι Kovanda et al. (68) εξέτασαν αρκετούς Gram-αρνητικούς και Gram-θετικούς οργανισμούς και συνέκριναν τις ελάχιστες ανασταλτικές συγκεντρώσεις (MIC) του μυρμηκικού νατρίου (500–25.000 mg/L) και ενός μείγματος μυρμηκικού νατρίου και ελεύθερου μυρμηκικού οξέος (40/60 m/v· 10–10.000 mg/L). Με βάση τις τιμές MIC, διαπίστωσαν ότι το μυρμηκικό νάτριο ήταν ανασταλτικό μόνο έναντι των Campylobacter jejuni, Clostridium perfringens, Streptococcus suis και Streptococcus pneumoniae, αλλά όχι έναντι των Escherichia coli, Salmonella typhimurium ή Enterococcus faecalis. Αντίθετα, ένα μείγμα μυρμηκικού νατρίου και ελεύθερου μυρμηκικού νατρίου ήταν ανασταλτικό έναντι όλων των οργανισμών, οδηγώντας τους συγγραφείς στο συμπέρασμα ότι το ελεύθερο μυρμηκικό οξύ διαθέτει τις περισσότερες από τις αντιμικροβιακές ιδιότητες. Θα ήταν ενδιαφέρον να εξεταστούν διαφορετικές αναλογίες αυτών των δύο χημικών μορφών για να προσδιοριστεί εάν το εύρος των τιμών MIC συσχετίζεται με το επίπεδο μυρμηκικού οξέος που υπάρχει στο μικτό σκεύασμα και την απόκριση στο 100% μυρμηκικό οξύ.
Οι Gomez-Garcia et al. (69) δοκίμασαν συνδυασμούς αιθέριων ελαίων και οργανικών οξέων (όπως το μυρμηκικό οξύ) έναντι πολλαπλών απομονωμένων στελεχών Escherichia coli, Salmonella και Clostridium perfringens που ελήφθησαν από χοίρους. Δοκίμασαν την αποτελεσματικότητα έξι οργανικών οξέων, συμπεριλαμβανομένου του μυρμηκικού οξέος, και έξι αιθέριων ελαίων έναντι των απομονωμένων στελεχών χοίρων, χρησιμοποιώντας φορμαλδεΰδη ως θετικό έλεγχο. Οι Gomez-García et al. (69) προσδιόρισαν τις MIC50, MBC50 και MIC50/MBC50 του μυρμηκικού οξέος έναντι του Escherichia coli (600 και 2400 ppm, 4), της Salmonella (600 και 2400 ppm, 4) και του Clostridium perfringens (1200 και 2400 ppm, 2), μεταξύ των οποίων το μυρμηκικό οξύ βρέθηκε να είναι πιο αποτελεσματικό από όλα τα οργανικά οξέα έναντι του E. coli και της Salmonella. (69) Το μυρμηκικό οξύ είναι αποτελεσματικό έναντι του Escherichia coli και της Salmonella λόγω του μικρού μοριακού του μεγέθους και της μακράς αλυσίδας του (70).
Οι Beyer et al. εξέτασαν στελέχη Campylobacter που απομονώθηκαν από χοίρους (66) και στελέχη Campylobacter jejuni που απομονώθηκαν από πουλερικά (67) και έδειξαν ότι το μυρμηκικό οξύ διασπάται σε συγκεντρώσεις συμβατές με τις αποκρίσεις MIC που μετρήθηκαν για άλλα οργανικά οξέα. Ωστόσο, οι σχετικές δραστικότητες αυτών των οξέων, συμπεριλαμβανομένου του μυρμηκικού οξέος, έχουν αμφισβητηθεί επειδή το Campylobacter μπορεί να χρησιμοποιήσει αυτά τα οξέα ως υποστρώματα (66, 67). Η αξιοποίηση οξέος από το C. jejuni δεν προκαλεί έκπληξη επειδή έχει αποδειχθεί ότι έχει μη γλυκολυτικό μεταβολισμό. Έτσι, το C. jejuni έχει περιορισμένη ικανότητα καταβολισμού υδατανθράκων και βασίζεται στη γλυκονεογένεση από αμινοξέα και οργανικά οξέα για το μεγαλύτερο μέρος του ενεργειακού μεταβολισμού και της βιοσυνθετικής του δράσης (71, 72). Μια πρώιμη μελέτη των Line et al. (73) χρησιμοποίησε μια φαινοτυπική συστοιχία που περιείχε 190 πηγές άνθρακα και έδειξε ότι το C. jejuni 11168(GS) μπορεί να χρησιμοποιήσει οργανικά οξέα ως πηγές άνθρακα, τα περισσότερα από τα οποία είναι ενδιάμεσα του κύκλου του τρικαρβοξυλικού οξέος. Περαιτέρω μελέτες από τους Wagli et al. (74) χρησιμοποιώντας μια φαινοτυπική συστοιχία αξιοποίησης άνθρακα έδειξε ότι τα στελέχη C. jejuni και E. coli που εξετάστηκαν στη μελέτη τους είναι ικανά να αναπτύσσονται σε οργανικά οξέα ως πηγή άνθρακα. Το μυρμηκικό είναι ο κύριος δότης ηλεκτρονίων για τον μεταβολισμό της αναπνευστικής ενέργειας του C. jejuni και, ως εκ τούτου, η κύρια πηγή ενέργειας για το C. jejuni (71, 75). Το C. jejuni είναι σε θέση να χρησιμοποιεί μυρμηκικό ως δότη υδρογόνου μέσω ενός συμπλόκου μυρμηκικής αφυδρογονάσης που συνδέεται με τη μεμβράνη και οξειδώνει το μυρμηκικό σε διοξείδιο του άνθρακα, πρωτόνια και ηλεκτρόνια και χρησιμεύει ως δότης ηλεκτρονίων για την αναπνοή (72).
Το μυρμηκικό οξύ έχει μακρά ιστορία χρήσης ως βελτιωτικό αντιμικροβιακής τροφής, αλλά ορισμένα έντομα μπορούν επίσης να παράγουν μυρμηκικό οξύ για χρήση ως αντιμικροβιακή χημική ουσία άμυνας. Οι Rossini et al. (76) υπέδειξαν ότι το μυρμηκικό οξύ μπορεί να είναι συστατικό του όξινου χυμού των μυρμηγκιών, όπως περιγράφηκε από τον Ray (77) πριν από σχεδόν 350 χρόνια. Από τότε, η κατανόησή μας για την παραγωγή μυρμηκικού οξέος στα μυρμήγκια και άλλα έντομα έχει αυξηθεί σημαντικά και είναι πλέον γνωστό ότι αυτή η διαδικασία αποτελεί μέρος ενός σύνθετου συστήματος άμυνας των τοξινών στα έντομα (78). Διάφορες ομάδες εντόμων, συμπεριλαμβανομένων των μελισσών χωρίς κεντρί, των μυτερών μυρμηγκιών (Υμενόπτερα: Apidae), των σκαθαριών του εδάφους (Galerita lecontei και G. janus), των μυρμηγκιών χωρίς κεντρί (Formicinae) και ορισμένων προνυμφών σκόρου (Λεπιδόπτερα: Myrmecophaga), είναι γνωστό ότι παράγουν μυρμηκικό οξύ ως αμυντική χημική ουσία (76, 78–82).
Τα μυρμήγκια είναι ίσως τα καλύτερα χαρακτηρισμένα επειδή έχουν οξύκύτταρα, εξειδικευμένα ανοίγματα που τους επιτρέπουν να ψεκάζουν ένα δηλητήριο που αποτελείται κυρίως από μυρμηκικό οξύ (82). Τα μυρμήγκια χρησιμοποιούν σερίνη ως πρόδρομο και αποθηκεύουν μεγάλες ποσότητες μυρμηκικού οξέος στους αδένες του δηλητηρίου τους, οι οποίοι είναι επαρκώς μονωμένοι για να προστατεύουν τα μυρμήγκια ξενιστές από την κυτταροτοξικότητα του μυρμηκικού οξέος μέχρι να ψεκαστεί (78, 83). Το μυρμηκικό οξύ που εκκρίνουν μπορεί (1) να χρησιμεύσει ως φερομόνη συναγερμού για να προσελκύσει άλλα μυρμήγκια, (2) να είναι μια αμυντική χημική ουσία έναντι ανταγωνιστών και θηρευτών και (3) να δράσει ως αντιμυκητιασικός και αντιβακτηριακός παράγοντας όταν συνδυάζεται με ρητίνη ως μέρος του υλικού της φωλιάς (78, 82, 84–88). Το μυρμηκικό οξύ που παράγεται από τα μυρμήγκια έχει αντιμικροβιακές ιδιότητες, γεγονός που υποδηλώνει ότι θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως τοπικό πρόσθετο. Αυτό αποδείχθηκε από τους Bruch et al. (88), οι οποίοι πρόσθεσαν συνθετικό μυρμηκικό οξύ στη ρητίνη και βελτίωσαν σημαντικά την αντιμυκητιασική δράση. Περαιτέρω απόδειξη της αποτελεσματικότητας του μυρμηγκικού οξέος και της βιολογικής του χρησιμότητας είναι ότι οι γιγάντιοι μυρμηγκοφάγοι, οι οποίοι δεν είναι σε θέση να παράγουν οξύ στομάχου, καταναλώνουν μυρμήγκια που περιέχουν μυρμηγκικό οξύ για να προμηθευτούν πυκνό μυρμηγκικό οξύ ως εναλλακτικό πεπτικό οξύ (89).
Η πρακτική χρήση του μυρμηκικού οξέος στη γεωργία έχει εξεταστεί και μελετηθεί εδώ και πολλά χρόνια. Συγκεκριμένα, το μυρμηκικό οξύ μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πρόσθετο στις ζωοτροφές και την ενσίρωση. Το μυρμηκικό νάτριο τόσο σε στερεά όσο και σε υγρή μορφή θεωρείται ασφαλές για όλα τα ζωικά είδη, τους καταναλωτές και το περιβάλλον (90). Με βάση την αξιολόγησή τους (90), η μέγιστη συγκέντρωση 10.000 mg ισοδυνάμων μυρμηκικού οξέος/kg τροφής θεωρήθηκε ασφαλής για όλα τα ζωικά είδη, ενώ η μέγιστη συγκέντρωση 12.000 mg ισοδυνάμων μυρμηκικού οξέος/kg τροφής θεωρήθηκε ασφαλής για τους χοίρους. Η χρήση του μυρμηκικού οξέος ως βελτιωτικού ζωοτροφών έχει μελετηθεί εδώ και πολλά χρόνια. Θεωρείται ότι έχει εμπορική αξία ως συντηρητικό ενσίρωσης και αντιμικροβιακός παράγοντας στις ζωοτροφές και τα πουλερικά.
Τα χημικά πρόσθετα όπως τα οξέα αποτελούσαν ανέκαθεν αναπόσπαστο στοιχείο στην παραγωγή ενσιρώματος και τη διαχείριση των ζωοτροφών (91, 92). Οι Borreani et al. (91) σημείωσαν ότι για να επιτευχθεί η βέλτιστη παραγωγή ενσιρώματος υψηλής ποιότητας, είναι απαραίτητο να διατηρηθεί η ποιότητα της χορτονομής, διατηρώντας παράλληλα όσο το δυνατόν περισσότερη ξηρή ύλη. Το αποτέλεσμα αυτής της βελτιστοποίησης είναι η ελαχιστοποίηση των απωλειών σε όλα τα στάδια της διαδικασίας ενσιρώματος: από τις αρχικές αερόβιες συνθήκες στο σιλό έως την επακόλουθη ζύμωση, αποθήκευση και άνοιγμα του σιλό για τροφοδοσία. Συγκεκριμένες μέθοδοι για τη βελτιστοποίηση της παραγωγής ενσιρώματος στον αγρό και την επακόλουθη ζύμωση ενσιρώματος έχουν συζητηθεί λεπτομερώς αλλού (91, 93-95) και δεν θα συζητηθούν λεπτομερώς εδώ. Το κύριο πρόβλημα είναι η οξειδωτική φθορά που προκαλείται από ζύμες και μούχλα όταν υπάρχει οξυγόνο στο ενσίρωμα (91, 92). Ως εκ τούτου, έχουν εισαχθεί βιολογικά εμβόλια και χημικά πρόσθετα για την εξουδετέρωση των δυσμενών επιπτώσεων της αλλοίωσης (91, 92). Άλλες σκέψεις για τα πρόσθετα ενσίρωσης περιλαμβάνουν τον περιορισμό της εξάπλωσης παθογόνων που μπορεί να υπάρχουν στην ενσίρωση (π.χ. παθογόνα E. coli, Listeria και Salmonella), καθώς και μυκήτων που παράγουν μυκοτοξίνες (96–98).
Οι Mack et al. (92) διαίρεσαν τα όξινα πρόσθετα σε δύο κατηγορίες. Οξέα όπως το προπιονικό, το οξικό, το σορβικό και το βενζοϊκό οξύ διατηρούν την αερόβια σταθερότητα της ενσίρωσης όταν χορηγούνται σε μηρυκαστικά περιορίζοντας την ανάπτυξη ζυμών και μούχλας (92). Οι Mack et al. (92) διαχώρισαν το μυρμηκικό οξύ από άλλα οξέα και το θεώρησαν άμεσο οξινιστικό που αναστέλλει τα κλωστρίδια και τους μικροοργανισμούς αλλοίωσης, διατηρώντας παράλληλα την ακεραιότητα της πρωτεΐνης της ενσίρωσης. Στην πράξη, οι μορφές άλατος τους είναι οι πιο συνηθισμένες χημικές μορφές για την αποφυγή των διαβρωτικών ιδιοτήτων των οξέων στη μη αλατισμένη μορφή (91). Πολλές ερευνητικές ομάδες έχουν επίσης μελετήσει το μυρμηκικό οξύ ως όξινο πρόσθετο για την ενσίρωση. Το μυρμηκικό οξύ είναι γνωστό για την ταχεία οξίνιση του και την ανασταλτική του επίδραση στην ανάπτυξη επιβλαβών μικροοργανισμών ενσίρωσης που μειώνουν την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες και υδατοδιαλυτούς υδατάνθρακες της ενσίρωσης (99). Ως εκ τούτου, οι He et al. (92) συνέκριναν το μυρμηκικό οξύ με όξινα πρόσθετα στην ενσίρωση. (100) απέδειξαν ότι το μυρμηκικό οξύ θα μπορούσε να αναστείλει το Escherichia coli και να μειώσει το pH της ενσίρωσης. Βακτηριακές καλλιέργειες που παράγουν μυρμηκικό και γαλακτικό οξύ προστέθηκαν επίσης στην ενσίρωση για να διεγείρουν την οξίνιση και την παραγωγή οργανικού οξέος (101). Στην πραγματικότητα, οι Cooley et al. (101) διαπίστωσαν ότι όταν η ενσίρωση οξινίστηκε με 3% (w/v) μυρμηκικό οξύ, η παραγωγή γαλακτικού και μυρμηκικού οξέος ξεπέρασε τα 800 και 1000 mg οργανικού οξέος/100 g δείγματος, αντίστοιχα. Οι Mack et al. (92) εξέτασαν λεπτομερώς την ερευνητική βιβλιογραφία για τα πρόσθετα ενσίρωσης, συμπεριλαμβανομένων μελετών που δημοσιεύθηκαν από το 2000 και μετά, οι οποίες επικεντρώθηκαν ή/και περιελάμβαναν μυρμηκικό οξύ και άλλα οξέα. Επομένως, η παρούσα ανασκόπηση δεν θα συζητήσει λεπτομερώς μεμονωμένες μελέτες, αλλά απλώς θα συνοψίσει ορισμένα βασικά σημεία σχετικά με την αποτελεσματικότητα του μυρμηκικού οξέος ως χημικού πρόσθετου ενσίρωσης. Τόσο το μη ρυθμισμένο όσο και το ρυθμισμένο μυρμηκικό οξύ έχουν μελετηθεί και στις περισσότερες περιπτώσεις το Clostridium spp. Οι σχετικές δραστηριότητές του (πρόσληψη υδατανθράκων, πρωτεϊνών και γαλακτικού οξέος και απέκκριση βουτυρικού) τείνουν να μειώνονται, ενώ η παραγωγή αμμωνίας και βουτυρικού μειώνεται και η κατακράτηση ξηράς ουσίας αυξάνεται (92). Υπάρχουν περιορισμοί στην απόδοση του μυρμηκικού οξέος, αλλά η χρήση του ως πρόσθετο ενσίρωσης σε συνδυασμό με άλλα οξέα φαίνεται να ξεπερνά ορισμένα από αυτά τα προβλήματα (92).
Το μυρμηκικό οξύ μπορεί να αναστείλει παθογόνα βακτήρια που θέτουν σε κίνδυνο την ανθρώπινη υγεία. Για παράδειγμα, οι Pauly και Tam (102) ενοφθαλμίσαν μικρά εργαστηριακά σιλό με L. monocytogenes που περιείχε τρία διαφορετικά επίπεδα ξηράς ουσίας (200, 430 και 540 g/kg) χόρτου σίκαλης και στη συνέχεια τα συμπλήρωσαν με μυρμηκικό οξύ (3 ml/kg) ή γαλακτικά βακτήρια (8 × 105/g) και κυτταρινολυτικά ένζυμα. Ανέφεραν ότι και οι δύο θεραπείες μείωσαν το L. monocytogenes σε μη ανιχνεύσιμα επίπεδα στο ενσίρωμα χαμηλής ξηράς ουσίας (200 g/kg). Ωστόσο, στο ενσίρωμα μεσαίας ξηράς ουσίας (430 g/kg), το L. monocytogenes ήταν ακόμα ανιχνεύσιμο μετά από 30 ημέρες στο ενσίρωμα που είχε υποστεί επεξεργασία με μυρμηκικό οξύ. Η μείωση του L. monocytogenes φάνηκε να σχετίζεται με χαμηλότερο pH, γαλακτικό οξύ και συνδυασμένα μη διασπασμένα οξέα. Για παράδειγμα, οι Pauly και Tam (102) σημείωσαν ότι το γαλακτικό οξύ και τα συνδυασμένα επίπεδα μη διασπασμένου οξέος ήταν ιδιαίτερα σημαντικά, γεγονός που μπορεί να είναι ο λόγος για τον οποίο δεν παρατηρήθηκε μείωση του L. monocytogenes σε μέσα που έχουν υποστεί επεξεργασία με μυρμηκικό οξύ από ενσιρώματα με υψηλότερη περιεκτικότητα σε ξηρά ουσία. Παρόμοιες μελέτες θα πρέπει να διεξαχθούν στο μέλλον για άλλα κοινά παθογόνα ενσιρώματος, όπως η Salmonella και το παθογόνο E. coli. Μια πιο ολοκληρωμένη ανάλυση αλληλουχίας 16S rDNA ολόκληρης της μικροβιακής κοινότητας ενσιρώματος μπορεί επίσης να βοηθήσει στον εντοπισμό αλλαγών στον συνολικό μικροβιακό πληθυσμό ενσιρώματος που συμβαίνουν σε διαφορετικά στάδια της ζύμωσης ενσιρώματος παρουσία μυρμηκικού οξέος (103). Η λήψη δεδομένων μικροβιώματος μπορεί να παρέχει αναλυτική υποστήριξη για την καλύτερη πρόβλεψη της προόδου της ζύμωσης ενσιρώματος και για την ανάπτυξη βέλτιστων συνδυασμών προσθέτων για τη διατήρηση υψηλής ποιότητας ενσιρώματος.
Στις ζωοτροφές με βάση τα σιτηρά, το μυρμηκικό οξύ χρησιμοποιείται ως αντιμικροβιακός παράγοντας για τον περιορισμό των επιπέδων παθογόνων σε διάφορες μήτρες ζωοτροφών που προέρχονται από σιτηρά, καθώς και σε ορισμένα συστατικά ζωοτροφών, όπως τα ζωικά υποπροϊόντα. Οι επιδράσεις στους πληθυσμούς παθογόνων στα πουλερικά και σε άλλα ζώα μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες: άμεσες επιδράσεις στον πληθυσμό παθογόνων της ίδιας της ζωοτροφής και έμμεσες επιδράσεις σε παθογόνα που αποικίζουν το γαστρεντερικό σωλήνα των ζώων μετά την κατανάλωση της επεξεργασμένης ζωοτροφής (20, 21, 104). Σαφώς, αυτές οι δύο κατηγορίες είναι αλληλένδετες, καθώς η μείωση των παθογόνων στην ζωοτροφή θα πρέπει να οδηγήσει σε μείωση του αποικισμού όταν το ζώο καταναλώνει την ζωοτροφή. Ωστόσο, οι αντιμικροβιακές ιδιότητες ενός συγκεκριμένου οξέος που προστίθεται σε μια μήτρα ζωοτροφής μπορούν να επηρεαστούν από διάφορους παράγοντες, όπως η σύνθεση της ζωοτροφής και η μορφή με την οποία προστίθεται το οξύ (21, 105).
Ιστορικά, η χρήση μυρμηκικού οξέος και άλλων συναφών οξέων έχει επικεντρωθεί κυρίως στον άμεσο έλεγχο της σαλμονέλας στις ζωοτροφές και τα πουλερικά (21). Τα αποτελέσματα αυτών των μελετών έχουν συνοψιστεί λεπτομερώς σε αρκετές ανασκοπήσεις που δημοσιεύθηκαν σε διαφορετικές χρονικές στιγμές (18, 21, 26, 47, 104–106), επομένως μόνο ορισμένα από τα βασικά ευρήματα αυτών των μελετών συζητούνται σε αυτήν την ανασκόπηση. Αρκετές μελέτες έχουν δείξει ότι η αντιμικροβιακή δράση του μυρμηκικού οξέος στις μήτρες ζωοτροφών εξαρτάται από τη δόση και τον χρόνο έκθεσης στο μυρμηκικό οξύ, την περιεκτικότητα σε υγρασία της μήτρας ζωοτροφής και τη συγκέντρωση βακτηρίων στην τροφή και στο γαστρεντερικό σωλήνα του ζώου (19, 21, 107–109). Ο τύπος της μήτρας ζωοτροφής και η πηγή των συστατικών των ζωοτροφών αποτελούν επίσης παράγοντες που επηρεάζουν. Έτσι, ορισμένες μελέτες έχουν δείξει ότι τα επίπεδα σαλμονέλας. Οι βακτηριακές τοξίνες που απομονώνονται από ζωικά υποπροϊόντα μπορεί να διαφέρουν από εκείνες που απομονώνονται από φυτικά υποπροϊόντα (39, 45, 58, 59, 110–112). Ωστόσο, οι διαφορές στην απόκριση σε οξέα όπως το μυρμηκικό οξύ μπορεί να σχετίζονται με διαφορές στην επιβίωση των οροτύπων στη διατροφή και στη θερμοκρασία στην οποία υποβάλλεται σε επεξεργασία η διατροφή (19, 113, 114). Οι διαφορές στην απόκριση των οροτύπων στην επεξεργασία με οξύ μπορεί επίσης να αποτελούν παράγοντα μόλυνσης των πουλερικών με μολυσμένες ζωοτροφές (113, 115), και οι διαφορές στην έκφραση γονιδίων λοιμογόνου δράσης (116) μπορεί επίσης να διαδραματίζουν κάποιο ρόλο. Οι διαφορές στην ανοχή στα οξέα μπορεί με τη σειρά τους να επηρεάσουν την ανίχνευση της Salmonella σε καλλιεργητικά μέσα εάν τα οξέα που προέρχονται από την τροφή δεν είναι επαρκώς ρυθμισμένα (21, 105, 117–122). Η φυσική μορφή της διατροφής (όσον αφορά το μέγεθος των σωματιδίων) μπορεί επίσης να επηρεάσει τη σχετική διαθεσιμότητα του μυρμηκικού οξέος στο γαστρεντερικό σωλήνα (123).
Στρατηγικές για τη βελτιστοποίηση της αντιμικροβιακής δράσης του μυρμηκικού οξέος που προστίθεται στις ζωοτροφές είναι επίσης κρίσιμες. Έχουν προταθεί υψηλότερες συγκεντρώσεις του οξέος για συστατικά ζωοτροφών με υψηλή μόλυνση πριν από την ανάμειξη των ζωοτροφών, ώστε να ελαχιστοποιηθούν οι πιθανές ζημιές στον εξοπλισμό του εργοστασίου ζωοτροφών και τα προβλήματα με την γευστικότητα των ζωοτροφών (105). Ο Jones (51) κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η σαλμονέλα που υπάρχει στις ζωοτροφές πριν από τον χημικό καθαρισμό είναι πιο δύσκολο να ελεγχθεί από τη σαλμονέλα που έρχεται σε επαφή με τις ζωοτροφές μετά από χημική επεξεργασία. Η θερμική επεξεργασία των ζωοτροφών κατά την επεξεργασία στο εργοστάσιό τους έχει προταθεί ως παρέμβαση για τον περιορισμό της μόλυνσης των ζωοτροφών από σαλμονέλα, αλλά αυτό εξαρτάται από τη σύνθεση της ζωοτροφής, το μέγεθος των σωματιδίων και άλλους παράγοντες που σχετίζονται με τη διαδικασία άλεσης (51). Η αντιμικροβιακή δράση των οξέων εξαρτάται επίσης από τη θερμοκρασία και οι αυξημένες θερμοκρασίες παρουσία οργανικών οξέων μπορεί να έχουν συνεργιστική ανασταλτική επίδραση στη σαλμονέλα, όπως παρατηρείται σε υγρές καλλιέργειες σαλμονέλας (124, 125). Αρκετές μελέτες για ζωοτροφές μολυσμένες με σαλμονέλα υποστηρίζουν την άποψη ότι οι αυξημένες θερμοκρασίες αυξάνουν την αποτελεσματικότητα των οξέων στη μήτρα της ζωοτροφής (106, 113, 126). Amado et al. (127) χρησιμοποίησαν ένα κεντρικό σύνθετο σχέδιο για να μελετήσουν την αλληλεπίδραση θερμοκρασίας και οξέος (μυρμηκικό ή γαλακτικό οξύ) σε 10 στελέχη Salmonella enterica και Escherichia coli που απομονώθηκαν από διάφορες ζωοτροφές βοοειδών και εμβολιάστηκαν σε οξινισμένα σφαιρίδια βοοειδών. Κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η θερμότητα ήταν ο κυρίαρχος παράγοντας που επηρέαζε τη μικροβιακή μείωση, μαζί με το οξύ και τον τύπο του βακτηριακού απομονωμένου στελέχους. Η συνεργιστική δράση με το οξύ εξακολουθεί να υπερισχύει, επομένως μπορούν να χρησιμοποιηθούν χαμηλότερες θερμοκρασίες και συγκεντρώσεις οξέος. Ωστόσο, σημείωσαν επίσης ότι δεν παρατηρούνταν πάντα συνεργιστικές επιδράσεις όταν χρησιμοποιήθηκε μυρμηκικό οξύ, γεγονός που τους οδήγησε στην υποψία ότι η εξάτμιση του μυρμηκικού οξέος σε υψηλότερες θερμοκρασίες ή οι ρυθμιστικές επιδράσεις των συστατικών του πλέγματος της ζωοτροφής ήταν ένας παράγοντας.
Ο περιορισμός της διάρκειας ζωής της τροφής πριν από τη χορήγηση στα ζώα είναι ένας τρόπος για τον έλεγχο της εισαγωγής τροφιμογενών παθογόνων στο σώμα του ζώου κατά τη διάρκεια της σίτισης. Ωστόσο, μόλις το οξύ στην τροφή εισέλθει στο γαστρεντερικό σωλήνα, μπορεί να συνεχίσει να ασκεί την αντιμικροβιακή του δράση. Η αντιμικροβιακή δράση των εξωγενώς χορηγούμενων όξινων ουσιών στο γαστρεντερικό σωλήνα μπορεί να εξαρτάται από μια ποικιλία παραγόντων, όπως η συγκέντρωση του γαστρικού οξέος, η ενεργός θέση του γαστρεντερικού σωλήνα, το pH και η περιεκτικότητα σε οξυγόνο του γαστρεντερικού σωλήνα, η ηλικία του ζώου και η σχετική σύνθεση του γαστρεντερικού μικροβιακού πληθυσμού (η οποία εξαρτάται από τη θέση του γαστρεντερικού σωλήνα και την ωριμότητα του ζώου) (21, 24, 128–132). Επιπλέον, ο μόνιμος πληθυσμός αναερόβιων μικροοργανισμών στο γαστρεντερικό σωλήνα (ο οποίος κυριαρχεί στο κατώτερο πεπτικό σύστημα των μονογαστρικών ζώων καθώς ωριμάζουν) παράγει ενεργά οργανικά οξέα μέσω ζύμωσης, τα οποία με τη σειρά τους μπορεί επίσης να έχουν ανταγωνιστική επίδραση στα παροδικά παθογόνα που εισέρχονται στο γαστρεντερικό σωλήνα (17, 19–21).
Μεγάλο μέρος της πρώιμης έρευνας επικεντρώθηκε στη χρήση οργανικών οξέων, συμπεριλαμβανομένου του μυρμηκικού οξέος, για τον περιορισμό της Salmonella στο γαστρεντερικό σωλήνα των πουλερικών, κάτι που έχει συζητηθεί λεπτομερώς σε αρκετές ανασκοπήσεις (12, 20, 21). Όταν αυτές οι μελέτες εξετάζονται μαζί, μπορούν να γίνουν αρκετές βασικές παρατηρήσεις. Οι McHan και Shotts (133) ανέφεραν ότι η χορήγηση μυρμηκικού και προπιονικού οξέος μείωσε τα επίπεδα Salmonella Typhimurium στο τυφλό έντερο των κοτόπουλων που εμβολιάστηκαν με τα βακτήρια και τα ποσοτικοποίησαν σε ηλικία 7, 14 και 21 ημερών. Ωστόσο, όταν οι Hume et al. (128) παρακολούθησαν το προπιονικό οξύ με σήμανση C-14, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι πολύ λίγο προπιονικό στη διατροφή μπορεί να φτάσει στο τυφλό έντερο. Απομένει να καθοριστεί εάν αυτό ισχύει και για το μυρμηκικό οξύ. Ωστόσο, πρόσφατα, οι Bourassa et al. (134) ανέφεραν ότι η χορήγηση μυρμηκικού και προπιονικού οξέος μείωσε τα επίπεδα Salmonella Typhimurium στο τυφλό έντερο των κοτόπουλων που είχαν εμβολιαστεί με τα βακτήρια, τα οποία ποσοτικοποιήθηκαν σε ηλικία 7, 14 και 21 ημερών. (132) σημείωσαν ότι η χορήγηση μυρμηκικού οξέος σε 4 g/t σε κοτόπουλα κρεατοπαραγωγής κατά τη διάρκεια της περιόδου ανάπτυξης 6 εβδομάδων μείωσε τη συγκέντρωση του S. Typhimurium στο τυφλό έντερο κάτω από το επίπεδο ανίχνευσης.
Η παρουσία μυρμηκικού οξέος στη διατροφή μπορεί να έχει επιπτώσεις σε άλλα μέρη του γαστρεντερικού σωλήνα των πουλερικών. Οι Al-Tarazi και Alshavabkeh (134) απέδειξαν ότι ένα μείγμα μυρμηκικού οξέος και προπιονικού οξέος θα μπορούσε να μειώσει τη μόλυνση από Salmonella pullorum (S. PRlorum) στην καλλιέργεια και στο τυφλό έντερο. Οι Thompson και Hinton (129) παρατήρησαν ότι ένα εμπορικά διαθέσιμο μείγμα μυρμηκικού οξέος και προπιονικού οξέος αύξησε τη συγκέντρωση και των δύο οξέων στην καλλιέργεια και στο στομάχι και ήταν βακτηριοκτόνο έναντι του Salmonella Enteritidis PT4 σε ένα in vitro μοντέλο υπό αντιπροσωπευτικές συνθήκες εκτροφής. Αυτή η άποψη υποστηρίζεται από δεδομένα in vivo από τους Bird et al. (135) που πρόσθεσαν μυρμηκικό οξύ στο πόσιμο νερό των κοτόπουλων κρεατοπαραγωγής κατά τη διάρκεια μιας προσομοιωμένης περιόδου νηστείας πριν από τη μεταφορά, παρόμοια με την νηστεία που υφίστανται τα κοτόπουλα κρεατοπαραγωγής πριν από τη μεταφορά σε μονάδα επεξεργασίας πουλερικών. Η προσθήκη μυρμηκικού οξέος στο πόσιμο νερό είχε ως αποτέλεσμα τη μείωση του αριθμού του S. Typhimurium στην καλλιέργεια και την επιδιδυμίδα, και τη μείωση της συχνότητας των καλλιεργειών θετικών για S. Typhimurium, αλλά όχι του αριθμού των θετικών επιδιδυμίδων (135). Η ανάπτυξη συστημάτων χορήγησης που μπορούν να προστατεύσουν τα οργανικά οξέα ενώ είναι ενεργά στο κατώτερο γαστρεντερικό σωλήνα μπορεί να βοηθήσει στη βελτίωση της αποτελεσματικότητας. Για παράδειγμα, η μικροενθυλάκωση μυρμηκικού οξέος και η προσθήκη του στην τροφή έχει αποδειχθεί ότι μειώνει τον αριθμό του Salmonella Enteritidis στο περιεχόμενο του τυφλού (136). Ωστόσο, αυτό μπορεί να διαφέρει ανάλογα με το είδος του ζώου. Για παράδειγμα, οι Walia et al. (137) δεν παρατήρησαν μείωση της Salmonella στο τυφλό έντερο ή στους λεμφαδένες χοίρων 28 ημερών που τρέφονταν με μείγμα μυρμηκικού οξέος, κιτρικού οξέος και αιθέριων ελαίων, και παρόλο που η απέκκριση της Salmonella στα κόπρανα μειώθηκε την 14η ημέρα, δεν μειώθηκε την 28η ημέρα. Έδειξαν ότι η οριζόντια μετάδοση της Salmonella μεταξύ των χοίρων αποτράπηκε.
Παρόλο που οι μελέτες για το μυρμηκικό οξύ ως αντιμικροβιακό παράγοντα στην κτηνοτροφία έχουν επικεντρωθεί κυρίως στη σαλμονέλα που μεταδίδεται μέσω των τροφίμων, υπάρχουν επίσης ορισμένες μελέτες που στοχεύουν σε άλλα γαστρεντερικά παθογόνα. Μελέτες in vitro από τους Kovanda et al. (68) υποδηλώνουν ότι το μυρμηκικό οξύ μπορεί επίσης να είναι αποτελεσματικό έναντι άλλων γαστρεντερικών παθογόνων που μεταδίδονται μέσω των τροφίμων, συμπεριλαμβανομένων των Escherichia coli και Campylobacter jejuni. Προηγούμενες μελέτες έχουν δείξει ότι τα οργανικά οξέα (π.χ., γαλακτικό οξύ) και τα εμπορικά μείγματα που περιέχουν μυρμηκικό οξύ ως συστατικό μπορούν να μειώσουν τα επίπεδα Campylobacter στα πουλερικά (135, 138). Ωστόσο, όπως έχει σημειωθεί προηγουμένως από τους Beyer et al. (67), η χρήση μυρμηκικού οξέος ως αντιμικροβιακού παράγοντα κατά του Campylobacter μπορεί να απαιτεί προσοχή. Αυτό το εύρημα είναι ιδιαίτερα προβληματικό για τα συμπληρώματα διατροφής στα πουλερικά, επειδή το μυρμηκικό οξύ είναι η κύρια πηγή ενέργειας αναπνοής για το C. jejuni. Επιπλέον, μέρος της γαστρεντερικής του θέσης θεωρείται ότι οφείλεται σε μεταβολική διασταυρούμενη τροφοδοσία με μικτά προϊόντα όξινης ζύμωσης που παράγονται από γαστρεντερικά βακτήρια, όπως το μυρμηκικό (139). Αυτή η άποψη έχει κάποια βάση. Επειδή το μυρμηκικό οξύ είναι χημειοελκυστικό για το C. jejuni, οι διπλοί μεταλλάκτες με ελαττώματα τόσο στην αφυδρογονάση του μυρμηκικού οξέος όσο και στην υδρογονάση έχουν μειωμένους ρυθμούς αποικισμού του τυφλού εντέρου σε κοτόπουλα κρεατοπαραγωγής σε σύγκριση με τα στελέχη C. jejuni άγριου τύπου (140, 141). Δεν είναι ακόμη σαφές σε ποιο βαθμό η εξωτερική συμπλήρωση μυρμηκικού οξέος επηρεάζει τον αποικισμό του γαστρεντερικού σωλήνα από το C. jejuni στα κοτόπουλα. Οι πραγματικές συγκεντρώσεις μυρμηκικού οξέος στο γαστρεντερικό σωλήνα μπορεί να είναι χαμηλότερες λόγω του καταβολισμού του μυρμηκικού οξέος από άλλα γαστρεντερικά βακτήρια ή της απορρόφησης μυρμηκικού οξέος στο ανώτερο γαστρεντερικό σωλήνα, επομένως αρκετές μεταβλητές μπορεί να το επηρεάσουν αυτό. Επιπλέον, το μυρμηκικό οξύ είναι ένα πιθανό προϊόν ζύμωσης που παράγεται από ορισμένα γαστρεντερικά βακτήρια, τα οποία μπορεί να επηρεάσουν τα συνολικά επίπεδα μυρμηκικού οξέος στο γαστρεντερικό σωλήνα. Η ποσοτικοποίηση του μυρμηκικού οξέος στο γαστρεντερικό περιεχόμενο και η ταυτοποίηση των γονιδίων της αφυδρογονάσης του μυρμηκικού οξέος χρησιμοποιώντας μεταγονιδιωματική μπορεί να ρίξει φως σε ορισμένες πτυχές της οικολογίας των μικροοργανισμών που παράγουν μυρμηκικό οξύ.
Οι Roth et al. (142) συνέκριναν τις επιδράσεις της χορήγησης σε κοτόπουλα κρεατοπαραγωγής του αντιβιοτικού ενροφλοξασίνη ή ενός μείγματος μυρμηκικού, οξικού και προπιονικού οξέος στην επικράτηση του ανθεκτικού στα αντιβιοτικά Escherichia coli. Τα συνολικά και τα ανθεκτικά στα αντιβιοτικά απομονωμένα στελέχη E. coli μετρήθηκαν σε ομαδοποιημένα δείγματα κοπράνων από κοτόπουλα κρεατοπαραγωγής 1 ημέρας και σε δείγματα περιεχομένου τυφλού εντέρου από κοτόπουλα κρεατοπαραγωγής 14 και 38 ημερών. Τα απομονωμένα στελέχη E. coli ελέγχθηκαν για αντοχή στην αμπικιλλίνη, την κεφοταξίμη, την σιπροφλοξασίνη, τη στρεπτομυκίνη, τη σουλφαμεθοξαζόλη και την τετρακυκλίνη σύμφωνα με προηγουμένως καθορισμένα όρια ευαισθησίας για κάθε αντιβιοτικό. Όταν οι αντίστοιχοι πληθυσμοί E. coli ποσοτικοποιήθηκαν και χαρακτηρίστηκαν, ούτε η ενροφλοξασίνη ούτε το συμπλήρωμα κοκτέιλ οξέος άλλαξαν τον συνολικό αριθμό των E. coli που απομονώθηκαν από το τυφλό έντερο κοτόπουλων κρεατοπαραγωγής 17 και 28 ημερών. Τα πτηνά που τράφηκαν με τη διατροφή συμπληρώματος ενροφλοξασίνης είχαν αυξημένα επίπεδα ανθεκτικού στην σιπροφλοξασίνη, τη στρεπτομυκίνη, τη σουλφαμεθοξαζόλη και την τετρακυκλίνη E. coli και μειωμένα επίπεδα ανθεκτικού στην κεφοταξίμη E. coli στο τυφλό έντερο. Τα πτηνά που τράφηκαν με το κοκτέιλ είχαν μειωμένο αριθμό ανθεκτικού στην αμπικιλλίνη και την τετρακυκλίνη E. coli στο τυφλό έντερο σε σύγκριση με τους μάρτυρες και τα πτηνά που έλαβαν συμπλήρωμα ενροφλοξασίνης. Τα πτηνά που τράφηκαν με το μικτό οξύ είχαν επίσης μείωση στον αριθμό του ανθεκτικού στην σιπροφλοξασίνη και τη σουλφαμεθοξαζόλη E. coli στο τυφλό έντερο σε σύγκριση με τα πτηνά που τράφηκαν με ενροφλοξασίνη. Ο μηχανισμός με τον οποίο τα οξέα μειώνουν τον αριθμό του ανθεκτικού στα αντιβιοτικά E. coli χωρίς να μειώνουν τον συνολικό αριθμό του E. coli είναι ακόμη ασαφής. Ωστόσο, τα αποτελέσματα της μελέτης των Roth et al. είναι σύμφωνα με εκείνα της ομάδας της ενροφλοξασίνης. (142) Αυτό μπορεί να αποτελεί ένδειξη μειωμένης διασποράς γονιδίων αντοχής στα αντιβιοτικά στο E. coli, όπως οι αναστολείς που συνδέονται με πλασμίδια που περιγράφονται από τους Cabezon et al. (143). Θα ήταν ενδιαφέρον να διεξαχθεί μια πιο εις βάθος ανάλυση της αντοχής στα αντιβιοτικά που προκαλείται από πλασμίδια στον γαστρεντερικό πληθυσμό των πουλερικών παρουσία προσθέτων ζωοτροφών όπως το μυρμηκικό οξύ και να βελτιωθεί περαιτέρω αυτή η ανάλυση αξιολογώντας την γαστρεντερική αντίσταση.
Η ανάπτυξη βέλτιστων αντιμικροβιακών προσθέτων ζωοτροφών κατά των παθογόνων θα πρέπει ιδανικά να έχει ελάχιστη επίδραση στη συνολική γαστρεντερική χλωρίδα, ιδιαίτερα σε εκείνα τα μικροβιώματα που θεωρούνται ωφέλιμα για τον ξενιστή. Ωστόσο, τα εξωγενώς χορηγούμενα οργανικά οξέα μπορούν να έχουν επιβλαβείς επιπτώσεις στο ενυπάρχον γαστρεντερικό μικροβίωμα και σε κάποιο βαθμό να αναιρούν τις προστατευτικές τους ιδιότητες έναντι των παθογόνων. Για παράδειγμα, οι Thompson και Hinton (129) παρατήρησαν μειωμένα επίπεδα γαλακτικού οξέος στις καλλιέργειες σε ωοτόκες όρνιθες που τρέφονταν με μείγμα μυρμηκικού και προπιονικού οξέος, υποδηλώνοντας ότι η παρουσία αυτών των εξωγενών οργανικών οξέων στην καλλιέργεια είχε ως αποτέλεσμα τη μείωση των λακτοβακίλλων της καλλιέργειας. Οι λακτοβάκιλλοι της καλλιέργειας θεωρούνται φραγμός για τη Salmonella και επομένως η διαταραχή αυτού του ενυπάρχοντος μικροβιώματος της καλλιέργειας μπορεί να είναι επιζήμια για την επιτυχή μείωση του αποικισμού της γαστρεντερικής οδού από Salmonella (144). Οι Açıkgöz et al. διαπίστωσαν ότι οι επιδράσεις στο κατώτερο γαστρεντερικό σωλήνα των πτηνών μπορεί να είναι χαμηλότερες. (145) Δεν βρέθηκαν διαφορές στη συνολική εντερική χλωρίδα ή στον αριθμό Escherichia coli σε κοτόπουλα κρεατοπαραγωγής 42 ημερών που έπιναν νερό οξινισμένο με μυρμηκικό οξύ. Οι συγγραφείς υποστήριξαν ότι αυτό μπορεί να οφείλεται στον μεταβολισμό του μυρμηκικού οξέος στο ανώτερο γαστρεντερικό σωλήνα, όπως έχει παρατηρηθεί από άλλους ερευνητές με εξωγενώς χορηγούμενα λιπαρά οξέα βραχείας αλυσίδας (SCFA) (128, 129).
Η προστασία του μυρμηκικού οξέος μέσω κάποιας μορφής ενθυλάκωσης μπορεί να το βοηθήσει να φτάσει στο κατώτερο γαστρεντερικό σωλήνα. (146) σημείωσαν ότι το μικροενθυλακωμένο μυρμηκικό οξύ αύξησε σημαντικά την περιεκτικότητα σε συνολικά λιπαρά οξέα βραχείας αλυσίδας (SCFA) στο τυφλό έντερο των χοίρων σε σύγκριση με τους χοίρους που τρέφονταν με μη προστατευμένο μυρμηκικό οξύ. Αυτό το αποτέλεσμα οδήγησε τους συγγραφείς να υποθέσουν ότι το μυρμηκικό οξύ μπορεί να φτάσει αποτελεσματικά στο κατώτερο γαστρεντερικό σωλήνα εάν προστατεύεται σωστά. Ωστόσο, αρκετές άλλες παράμετροι, όπως οι συγκεντρώσεις μυρμηκικού και γαλακτικού οξέος, αν και υψηλότερες από εκείνες σε χοίρους που τρέφονταν με δίαιτα ελέγχου, δεν ήταν στατιστικά διαφορετικές από εκείνες σε χοίρους που τρέφονταν με μη προστατευμένο μυρμηκικό οξύ. Αν και οι χοίροι που τρέφονταν τόσο με μη προστατευμένο όσο και με προστατευμένο μυρμηκικό οξύ έδειξαν σχεδόν τριπλάσια αύξηση στο γαλακτικό οξύ, ο αριθμός των γαλακτοβακίλλων δεν μεταβλήθηκε από καμία από τις δύο θεραπείες. Οι διαφορές μπορεί να είναι πιο έντονες για άλλους μικροοργανισμούς που παράγουν γαλακτικό οξύ στο τυφλό έντερο (1) που δεν ανιχνεύονται με αυτές τις μεθόδους ή/και (2) των οποίων η μεταβολική δραστηριότητα επηρεάζεται, αλλάζοντας έτσι το πρότυπο ζύμωσης έτσι ώστε οι εγκατεστημένοι γαλακτοβάκιλλοι να παράγουν περισσότερο γαλακτικό οξύ.
Για την ακριβέστερη μελέτη των επιδράσεων των προσθέτων ζωοτροφών στο γαστρεντερικό σωλήνα των ζώων εκτροφής, απαιτούνται μέθοδοι μικροβιακής ταυτοποίησης υψηλότερης ανάλυσης. Τα τελευταία χρόνια, η αλληλούχιση επόμενης γενιάς (NGS) του γονιδίου RNA 16S έχει χρησιμοποιηθεί για την ταυτοποίηση των ταξινομικών ομάδων του μικροβιώματος και τη σύγκριση της ποικιλομορφίας των μικροβιακών κοινοτήτων (147), η οποία έχει παράσχει καλύτερη κατανόηση των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των προσθέτων ζωοτροφών και του γαστρεντερικού μικροβιώματος των ζώων που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή τροφίμων, όπως τα πουλερικά.
Αρκετές μελέτες έχουν χρησιμοποιήσει την αλληλούχιση του μικροβιώματος για να αξιολογήσουν την απόκριση του γαστρεντερικού μικροβιώματος του κοτόπουλου στην συμπλήρωση με μυρμηκικό οξύ. Οι Oakley et al. (148) διεξήγαγαν μια μελέτη σε κοτόπουλα κρεατοπαραγωγής 42 ημερών που είχαν συμπληρωθεί με διάφορους συνδυασμούς μυρμηκικού οξέος, προπιονικού οξέος και λιπαρών οξέων μέσης αλυσίδας στο πόσιμο νερό ή την τροφή τους. Τα εμβολιασμένα κοτόπουλα εκτέθηκαν σε ένα στέλεχος Salmonella typhimurium ανθεκτικό στο ναλιδιξικό οξύ και το τυφλό τους υμένα αφαιρέθηκε στις 0, 7, 21 και 42 ημέρες ηλικίας. Δείγματα τυφλού υμένα παρασκευάστηκαν για 454 πυροαλληλούχιση και τα αποτελέσματα της αλληλούχισης αξιολογήθηκαν για ταξινόμηση και σύγκριση ομοιότητας. Συνολικά, οι θεραπείες δεν επηρέασαν σημαντικά το μικροβίωμα του τυφλού υμένα ή τα επίπεδα S. Typhimurium. Ωστόσο, τα συνολικά ποσοστά ανίχνευσης Salmonella μειώθηκαν καθώς τα πτηνά γερνούσαν, όπως επιβεβαιώθηκε από την ταξινομική ανάλυση του μικροβιώματος, και η σχετική αφθονία των αλληλουχιών Salmonella μειώθηκε επίσης με την πάροδο του χρόνου. Οι συγγραφείς σημειώνουν ότι καθώς τα κοτόπουλα κοτόπουλων γερνούσαν, η ποικιλομορφία του μικροβιακού πληθυσμού του τυφλού αυξανόταν, με τις πιο σημαντικές αλλαγές στη γαστρεντερική χλωρίδα να παρατηρούνται σε όλες τις ομάδες θεραπείας. Σε μια πρόσφατη μελέτη, οι Hu et al. (149) συνέκριναν τις επιδράσεις της κατανάλωσης νερού και της χορήγησης μιας διατροφής συμπληρωμένης με ένα μείγμα οργανικών οξέων (μυρμηκικό οξύ, οξικό οξύ, προπιονικό οξύ και μυρμηκικό αμμώνιο) και βιργινιαμυκίνης σε δείγματα μικροβιώματος του τυφλού από κοτόπουλα κοτόπουλων κοτόπουλων που συλλέχθηκαν σε δύο στάδια (1-21 ημέρες και 22-42 ημέρες). Παρόλο που παρατηρήθηκαν ορισμένες διαφορές στην ποικιλομορφία του μικροβιώματος του τυφλού μεταξύ των ομάδων θεραπείας στην ηλικία των 21 ημερών, δεν ανιχνεύθηκαν διαφορές στην ποικιλομορφία των α- ή β-βακτηρίων στις 42 ημέρες. Δεδομένης της έλλειψης διαφορών στην ηλικία των 42 ημερών, οι συγγραφείς υπέθεσαν ότι το πλεονέκτημα ανάπτυξης μπορεί να οφείλεται στην πρώιμη δημιουργία ενός βέλτιστα ποικιλόμορφου μικροβιώματος.
Η ανάλυση του μικροβιώματος που εστιάζει μόνο στην μικροβιακή κοινότητα του τυφλού εντέρου μπορεί να μην αντικατοπτρίζει το σημείο στο γαστρεντερικό σωλήνα όπου εμφανίζονται οι περισσότερες επιδράσεις των οργανικών οξέων της διατροφής. Το μικροβίωμα του ανώτερου γαστρεντερικού σωλήνα των κοτόπουλων κρεατοπαραγωγής μπορεί να είναι πιο ευαίσθητο στις επιδράσεις των οργανικών οξέων της διατροφής, όπως υποδηλώνουν τα αποτελέσματα των Hume et al. (128). Οι Hume et al. (128) απέδειξαν ότι το μεγαλύτερο μέρος του εξωγενώς προστιθέμενου προπιονικού οξέος απορροφήθηκε στο ανώτερο γαστρεντερικό σωλήνα των πτηνών. Πρόσφατες μελέτες σχετικά με τον χαρακτηρισμό των γαστρεντερικών μικροοργανισμών υποστηρίζουν επίσης αυτή την άποψη. Οι Nava et al. (150) απέδειξαν ότι ένας συνδυασμός ενός μείγματος οργανικών οξέων [DL-2-υδροξυ-4(μεθυλοθειο)βουτυρικό οξύ], μυρμηκικού οξέος και προπιονικού οξέος (HFP) επηρέασε το μικροβίωμα του εντέρου και αύξησε τον αποικισμό από Lactobacillus στον ειλεό των κοτόπουλων. Πρόσφατα, οι Goodarzi Borojeni et al. (150) κατέδειξαν ότι ένας συνδυασμός μείγματος οργανικών οξέων [DL-2-υδροξυ-4(μεθυλοθειο)βουτυρικό οξύ], μυρμηκικού οξέος και προπιονικού οξέος (HFP) επηρέασε το μικροβίωμα του εντέρου και αύξησε τον αποικισμό από Lactobacillus στον ειλεό των κοτόπουλων. (151) μελέτησαν τη χορήγηση σε κοτόπουλα κρεατοπαραγωγής μείγματος μυρμηκικού οξέος και προπιονικού οξέος σε δύο συγκεντρώσεις (0,75% και 1,50%) για 35 ημέρες. Στο τέλος του πειράματος, αφαιρέθηκαν η καλλιέργεια, το στομάχι, τα δύο τρίτα του άπω ειλεού και το τυφλό έντερο και ελήφθησαν δείγματα για ποσοτική ανάλυση συγκεκριμένης γαστρεντερικής χλωρίδας και μεταβολιτών χρησιμοποιώντας RT-PCR. Στην καλλιέργεια, η συγκέντρωση οργανικών οξέων δεν επηρέασε την αφθονία του Lactobacillus ή του Bifidobacterium, αλλά αύξησε τον πληθυσμό του Clostridium. Στον ειλεό, οι μόνες αλλαγές ήταν η μείωση του Lactobacillus και του Enterobacter, ενώ στο τυφλό έντερο αυτή η χλωρίδα παρέμεινε αμετάβλητη (151). Στην υψηλότερη συγκέντρωση συμπληρώματος οργανικού οξέος, η συνολική συγκέντρωση γαλακτικού οξέος (D και L) μειώθηκε στην καλλιέργεια, η συγκέντρωση και των δύο οργανικών οξέων μειώθηκε στο στομάχι και η συγκέντρωση οργανικών οξέων ήταν χαμηλότερη στο τυφλό έντερο. Δεν υπήρξαν αλλαγές στον ειλεό. Όσον αφορά τα λιπαρά οξέα βραχείας αλυσίδας (SCFAs), η μόνη αλλαγή στην καλλιέργεια και στο στομάχι των πτηνών που τρέφονταν με οργανικά οξέα ήταν στο επίπεδο προπιονικού. Τα πτηνά που τρέφονταν με τη χαμηλότερη συγκέντρωση οργανικού οξέος έδειξαν σχεδόν δεκαπλάσια αύξηση του προπιονικού στην καλλιέργεια, ενώ τα πτηνά που τρέφονταν με τις δύο συγκεντρώσεις οργανικού οξέος έδειξαν οκτώ και δεκαπέντε φορές αύξηση του προπιονικού στο στομάχι, αντίστοιχα. Η αύξηση του οξικού οξέος στον ειλεό ήταν λιγότερο από διπλάσια. Συνολικά, αυτά τα δεδομένα υποστηρίζουν την άποψη ότι οι περισσότερες από τις επιδράσεις της εξωτερικής εφαρμογής οργανικού οξέος ήταν εμφανείς στην απόδοση, ενώ τα οργανικά οξέα είχαν ελάχιστες επιδράσεις στην μικροβιακή κοινότητα του κατώτερου γαστρεντερικού συστήματος, υποδηλώνοντας ότι τα πρότυπα ζύμωσης της χλωρίδας του ανώτερου γαστρεντερικού συστήματος μπορεί να έχουν αλλοιωθεί.
Σαφώς, απαιτείται ένας πιο εις βάθος χαρακτηρισμός του μικροβιώματος για την πλήρη διαλεύκανση των μικροβιακών αποκρίσεων στο μυρμηκικό σε όλη την γαστρεντερική οδό. Μια πιο εις βάθος ανάλυση της μικροβιακής ταξινόμησης συγκεκριμένων γαστρεντερικών διαμερισμάτων, ιδιαίτερα των ανώτερων διαμερισμάτων όπως η καλλιέργεια, μπορεί να παράσχει περαιτέρω πληροφορίες για την επιλογή ορισμένων ομάδων μικροοργανισμών. Οι μεταβολικές και ενζυματικές τους δραστηριότητες μπορούν επίσης να καθορίσουν εάν έχουν ανταγωνιστική σχέση με παθογόνα που εισέρχονται στην γαστρεντερική οδό. Θα ήταν επίσης ενδιαφέρον να διεξαχθούν μεταγονιδιωματικές αναλύσεις για να προσδιοριστεί εάν η έκθεση σε όξινα χημικά πρόσθετα κατά τη διάρκεια της ζωής των πτηνών επιλέγει περισσότερα «ανθεκτικά στα οξέα» ενδημικά βακτήρια και εάν η παρουσία ή/και η μεταβολική δραστηριότητα αυτών των βακτηρίων θα αποτελούσε ένα πρόσθετο εμπόδιο στον αποικισμό παθογόνων.
Το μυρμηκικό οξύ χρησιμοποιείται εδώ και πολλά χρόνια ως χημικό πρόσθετο στις ζωοτροφές και ως οξινιστικό ενσιρώματος. Μία από τις κύριες χρήσεις του είναι η αντιμικροβιακή του δράση για τον περιορισμό του αριθμού των παθογόνων στις ζωοτροφές και τον επακόλουθο αποικισμό τους στο γαστρεντερικό σωλήνα των πτηνών. Μελέτες in vitro έχουν δείξει ότι το μυρμηκικό οξύ είναι ένας σχετικά αποτελεσματικός αντιμικροβιακός παράγοντας κατά της Salmonella και άλλων παθογόνων. Ωστόσο, η χρήση του μυρμηκικού οξέος στις μήτρες των ζωοτροφών μπορεί να περιορίζεται από την υψηλή ποσότητα οργανικής ύλης στα συστατικά των ζωοτροφών και την πιθανή ρυθμιστική τους ικανότητα. Το μυρμηκικό οξύ φαίνεται να έχει ανταγωνιστική δράση στη Salmonella και σε άλλα παθογόνα όταν προσλαμβάνεται μέσω της τροφής ή του πόσιμου νερού. Ωστόσο, αυτός ο ανταγωνισμός εμφανίζεται κυρίως στο ανώτερο γαστρεντερικό σωλήνα, καθώς οι συγκεντρώσεις μυρμηκικού οξέος μπορεί να μειωθούν στο κατώτερο γαστρεντερικό σωλήνα, όπως συμβαίνει με το προπιονικό οξύ. Η έννοια της προστασίας του μυρμηκικού οξέος μέσω της ενθυλάκωσης προσφέρει μια πιθανή προσέγγιση για την παροχή περισσότερου οξέος στο κατώτερο γαστρεντερικό σωλήνα. Επιπλέον, μελέτες έχουν δείξει ότι ένα μείγμα οργανικών οξέων είναι πιο αποτελεσματικό στη βελτίωση της απόδοσης των πουλερικών από τη χορήγηση ενός μόνο οξέος (152). Το Campylobacter στο γαστρεντερικό σωλήνα μπορεί να αντιδράσει διαφορετικά στο μυρμηκικό άλας, καθώς μπορεί να χρησιμοποιήσει το μυρμηκικό άλας ως δότη ηλεκτρονίων και το μυρμηκικό άλας είναι η κύρια πηγή ενέργειάς του. Δεν είναι σαφές εάν η αύξηση των συγκεντρώσεων μυρμηκικού άλατος στο γαστρεντερικό σωλήνα θα ήταν ωφέλιμη για το Campylobacter και αυτό μπορεί να μην συμβεί ανάλογα με την άλλη γαστρεντερική χλωρίδα που μπορεί να χρησιμοποιήσει το μυρμηκικό άλας ως υπόστρωμα.
Απαιτούνται πρόσθετες μελέτες για τη διερεύνηση των επιδράσεων του γαστρεντερικού μυρμηκικού οξέος σε μη παθογόνα μόνιμα γαστρεντερικά μικρόβια. Προτιμούμε να στοχεύουμε επιλεκτικά παθογόνα χωρίς να διαταράσσουμε μέλη του γαστρεντερικού μικροβιώματος που είναι ωφέλιμα για τον ξενιστή. Ωστόσο, αυτό απαιτεί μια πιο εις βάθος ανάλυση της αλληλουχίας του μικροβιώματος αυτών των μόνιμων γαστρεντερικών μικροβιακών κοινοτήτων. Παρόλο που έχουν δημοσιευτεί ορισμένες μελέτες για το τυφλό μικροβίωμα πτηνών που έχουν υποβληθεί σε αγωγή με μυρμηκικό οξύ, χρειάζεται μεγαλύτερη προσοχή στη μικροβιακή κοινότητα του ανώτερου γαστρεντερικού συστήματος. Η αναγνώριση μικροοργανισμών και η σύγκριση ομοιοτήτων μεταξύ των γαστρεντερικών μικροβιακών κοινοτήτων παρουσία ή απουσία μυρμηκικού οξέος μπορεί να είναι μια ελλιπής περιγραφή. Απαιτούνται πρόσθετες αναλύσεις, συμπεριλαμβανομένης της μεταβολομικής και της μεταγονιδιωματικής, για τον χαρακτηρισμό των λειτουργικών διαφορών μεταξύ ομάδων με παρόμοια σύνθεση. Αυτός ο χαρακτηρισμός είναι κρίσιμος για τη διαπίστωση της σχέσης μεταξύ της γαστρεντερικής μικροβιακής κοινότητας και των αποκρίσεων απόδοσης των πτηνών σε βελτιωτικά με βάση το μυρμηκικό οξύ. Ο συνδυασμός πολλαπλών προσεγγίσεων για τον ακριβέστερο χαρακτηρισμό της γαστρεντερικής λειτουργίας θα πρέπει να επιτρέψει την ανάπτυξη πιο αποτελεσματικών στρατηγικών συμπλήρωσης οργανικών οξέων και τελικά να βελτιώσει τις προβλέψεις για τη βέλτιστη υγεία και απόδοση των πτηνών, περιορίζοντας παράλληλα τους κινδύνους για την ασφάλεια των τροφίμων.
Ο SR έγραψε αυτήν την ανασκόπηση με τη βοήθεια των DD και KR. Όλοι οι συγγραφείς συνέβαλαν σημαντικά στο έργο που παρουσιάζεται σε αυτήν την ανασκόπηση.
Οι συγγραφείς δηλώνουν ότι η παρούσα ανασκόπηση έλαβε χρηματοδότηση από την Anitox Corporation για να ξεκινήσει τη συγγραφή και τη δημοσίευσή της. Οι χρηματοδότες δεν είχαν καμία επιρροή στις απόψεις και τα συμπεράσματα που εκφράζονται σε αυτό το άρθρο ανασκόπησης ή στην απόφαση δημοσίευσής του.
Οι υπόλοιποι συγγραφείς δηλώνουν ότι η έρευνα διεξήχθη ελλείψει οποιωνδήποτε εμπορικών ή οικονομικών σχέσεων που θα μπορούσαν να ερμηνευθούν ως πιθανή σύγκρουση συμφερόντων.
Ο Δρ. DD θα ήθελε να ευχαριστήσει την υποστήριξη της Μεταπτυχιακής Σχολής του Πανεπιστημίου του Αρκάνσας μέσω μιας Υποτροφίας Διακεκριμένης Διδασκαλίας, καθώς και τη συνεχή υποστήριξη από το Πρόγραμμα Κυτταρικής και Μοριακής Βιολογίας του Πανεπιστημίου του Αρκάνσας και το Τμήμα Επιστημών Τροφίμων. Επιπλέον, οι συγγραφείς θα ήθελαν να ευχαριστήσουν την Anitox για την αρχική υποστήριξη στη συγγραφή αυτής της ανασκόπησης.
1. Dibner JJ, Richards JD. Χρήση αντιβιοτικών αυξητικών παραγόντων στη γεωργία: ιστορικό και μηχανισμοί δράσης. Poultry Science (2005) 84:634–43. doi: 10.1093/ps/84.4.634
2. Jones FT, Rick SC. Ιστορικό της ανάπτυξης και επιτήρησης αντιμικροβιακών στις ζωοτροφές πουλερικών. Poultry Science (2003) 82:613–7. doi: 10.1093/ps/82.4.613
3. Broom LJ. Υποανασταλτική θεωρία των αντιβιοτικών υποκινητών ανάπτυξης. Poultry Science (2017) 96:3104–5. doi: 10.3382/ps/pex114
4. Sorum H, L'Abe-Lund TM. Αντοχή στα αντιβιοτικά σε τροφιμογενή βακτήρια - συνέπειες των διαταραχών στα παγκόσμια βακτηριακά γενετικά δίκτυα. Διεθνές Περιοδικό Μικροβιολογίας Τροφίμων (2002) 78:43–56. doi: 10.1016/S0168-1605(02)00241-6
5. Van Immerseel F, Cauwaerts K, Devriese LA, Heesebroek F, Ducatel R. Πρόσθετα ζωοτροφών για τον έλεγχο της σαλμονέλας στις ζωοτροφές. World Journal of Poultry Science (2002) 58:501–13. doi: 10.1079/WPS20020036
6. Angulo FJ, Baker NL, Olsen SJ, Anderson A, Barrett TJ. Χρήση αντιμικροβιακών στη γεωργία: έλεγχος της μετάδοσης της αντιμικροβιακής αντοχής στους ανθρώπους. Σεμινάρια Παιδιατρικών Λοιμωδών Νοσημάτων (2004) 15:78–85. doi: 10.1053/j.spid.2004.01.010
7. Lekshmi M, Ammini P, Kumar S, Varela MF. Περιβάλλοντα παραγωγής τροφίμων και η εξέλιξη της αντιμικροβιακής αντοχής σε ανθρώπινα παθογόνα ζωικής προέλευσης. Microbiology (2017) 5:11. doi: 10.3390/microorganisms5010011
8. Lourenço JM, Seidel DS, Callaway TR. Κεφάλαιο 9: Αντιβιοτικά και λειτουργία του εντέρου: ιστορικό και τρέχουσα κατάσταση. Στο: Ricke SC, επιμ. Βελτίωση της υγείας του εντέρου στα πουλερικά. Cambridge: Burley Dodd (2020). Σελίδες 189–204. DOI: 10.19103/AS2019.0059.10
9. Rick SC. Νο. 8: Υγιεινή Ζωοτροφών. Στο: Dewulf J, van Immerzeel F, eds. Βιοασφάλεια στη Ζωική Παραγωγή και Κτηνιατρική. Leuven: ACCO (2017). Σελίδες 144–76.