Ky artikull është pjesë e temës kërkimore “Përdorimi i antimikrobikëve, rezistenca antimikrobike dhe mikrobioma e kafshëve ushqimore”. Shihni të 13 artikujt
Acidet organike vazhdojnë të jenë shumë të kërkuara si aditivë në ushqimin e kafshëve. Deri më sot, fokusi ka qenë në sigurinë ushqimore, veçanërisht në uljen e incidencës së patogjenëve të transmetueshëm nga ushqimi te shpendët dhe kafshët e tjera. Disa acide organike janë duke u studiuar aktualisht ose janë tashmë në përdorim komercial. Midis shumë acideve organike që janë studiuar gjerësisht, acidi formik është një prej tyre. Acidi formik shtohet në dietat e shpendëve për të kufizuar praninë e Salmonelës dhe patogjenëve të tjerë të transmetueshëm nga ushqimi në ushqim dhe në traktin gastrointestinal pas gëlltitjes. Ndërsa kuptimi i efikasitetit dhe ndikimit të acidit formik në pritësin dhe patogjenët e transmetueshëm nga ushqimi rritet, po bëhet e qartë se prania e acidit formik mund të shkaktojë rrugë specifike në Salmonella. Ky përgjigje mund të bëhet më kompleks kur acidi formik hyn në traktin gastrointestinal dhe bashkëvepron jo vetëm me Salmonelën që tashmë kolonizon traktin gastrointestinal, por edhe me florën mikrobike të vetë zorrëve. Rishikimi do të shqyrtojë rezultatet aktuale dhe perspektivat për kërkime të mëtejshme mbi mikrobiomën e shpendëve dhe ushqimit të trajtuar me acid formik.
Si në prodhimin e bagëtive ashtu edhe në atë të shpendëve, sfida është të zhvillohen strategji menaxhimi që optimizojnë rritjen dhe produktivitetin, duke kufizuar rreziqet e sigurisë ushqimore. Historikisht, administrimi i antibiotikëve në përqendrime nënterapeutike ka përmirësuar shëndetin, mirëqenien dhe produktivitetin e kafshëve (1-3). Nga perspektiva e mekanizmit të veprimit, është propozuar që antibiotikët e administruar në përqendrime nën-frenuese ndërmjetësojnë përgjigjet e strehuesit duke moduluar florën gastrointestinale (GI) dhe, nga ana tjetër, ndërveprimet e tyre me strehuesin (3). Megjithatë, shqetësimet e vazhdueshme në lidhje me përhapjen e mundshme të patogjenëve rezistentë ndaj antibiotikëve që vijnë nga ushqimi dhe shoqërimin e tyre të mundshëm me infeksione rezistente ndaj antibiotikëve tek njerëzit kanë çuar në tërheqjen graduale të përdorimit të antibiotikëve tek kafshët ushqimore (4-8). Prandaj, zhvillimi i aditivëve dhe përmirësuesve të ushqimit që plotësojnë të paktën disa nga këto kërkesa (shëndet i përmirësuar i kafshëve, mirëqenie dhe produktivitet) është me interes të madh si nga një perspektivë kërkimore akademike ashtu edhe nga një perspektivë zhvillimi komercial (5, 9). Një shumëllojshmëri aditivësh komercialë të ushqimit kanë hyrë në tregun e ushqimit për kafshët, duke përfshirë probiotikët, prebiotikët, vajrat esencialë dhe komponimet e lidhura nga burime të ndryshme bimore, dhe kimikate të tilla si aldehidet (10-14). Shtesa të tjera komerciale të ushqimit që përdoren zakonisht tek shpendët përfshijnë bakteriofagët, oksidin e zinkut, enzimat ekzogjene, produktet konkurruese të përjashtimit dhe komponimet acidike (15, 16).
Ndër aditivët kimikë ekzistues të ushqimit, aldehidet dhe acidet organike kanë qenë historikisht përbërjet më të studiuara dhe të përdorura gjerësisht (12, 17–21). Acidet organike, veçanërisht acidet yndyrore me zinxhir të shkurtër (SCFA), janë antagonistë të njohur të baktereve patogjene. Këto acide organike përdoren si aditivë të ushqimit jo vetëm për të kufizuar praninë e patogjenëve në matricën e ushqimit, por edhe për të ushtruar efekte aktive në funksionin gastrointestinal (17, 20–24). Përveç kësaj, SCFA-të prodhohen nga fermentimi nga flora e zorrëve në traktin tretës dhe mendohet se luajnë një rol mekanistik në aftësinë e disa probiotikëve dhe prebiotikëve për të luftuar patogjenët e gëlltitur në traktin gastrointestinal (21, 23, 25).
Me kalimin e viteve, acide yndyrore të ndryshme me zinxhir të shkurtër (SCFA) kanë tërhequr shumë vëmendje si aditivë ushqimorë. Në veçanti, propionati, butirati dhe formati kanë qenë subjekt i studimeve dhe aplikimeve të shumta komerciale (17, 20, 21, 23, 24, 26). Ndërsa studimet e hershme u përqendruan në kontrollin e patogjenëve të ushqimit në ushqimin e kafshëve dhe shpendëve, studimet më të fundit e kanë zhvendosur fokusin e tyre në përmirësimin e përgjithshëm të performancës së kafshëve dhe shëndetit gastrointestinal (20, 21, 24). Acetati, propionati dhe butirati kanë tërhequr shumë vëmendje si aditivë ushqimorë me acid organik, ndër të cilët acidi formik është gjithashtu një kandidat premtues (21, 23). Shumë vëmendje është përqendruar në aspektet e sigurisë ushqimore të acidit formik, në veçanti në uljen e incidencës së patogjenëve të ushqimit në ushqimin e bagëtive. Megjithatë, po merren në konsideratë edhe përdorime të tjera të mundshme. Objektivi i përgjithshëm i këtij rishikimi është të shqyrtojë historinë dhe statusin aktual të acidit formik si një përmirësues i ushqimit të bagëtive (Figura 1). Në këtë studim, ne do të shqyrtojmë mekanizmin antibakterial të acidit formik. Përveç kësaj, do të shqyrtojmë më nga afër efektet e tij në bagëti dhe shpendë dhe do të diskutojmë metodat e mundshme për të përmirësuar efektivitetin e tij.
Fig. 1. Harta mendore e temave të trajtuara në këtë përmbledhje. Në veçanti, objektivat e përgjithshëm të mëposhtëm u përqendruan në: përshkrimin e historisë dhe statusit aktual të acidit formik si përmirësues i ushqimit për bagëtinë, mekanizmat antimikrobikë të acidit formik dhe ndikimin e përdorimit të tij në shëndetin e kafshëve dhe shpendëve, si dhe metodat e mundshme për të përmirësuar efikasitetin.
Prodhimi i ushqimit për bagëtinë dhe shpendët është një operacion kompleks që përfshin hapa të shumtë, duke përfshirë përpunimin fizik të grurit (p.sh., bluarjen për të zvogëluar madhësinë e grimcave), përpunimin termik për peletim dhe shtimin e lëndëve ushqyese të shumta në dietë në varësi të nevojave specifike ushqyese të kafshës (27). Duke pasur parasysh këtë kompleksitet, nuk është për t'u habitur që përpunimi i ushqimit e ekspozon grurin ndaj një sërë faktorësh mjedisorë përpara se të arrijë në mullirin e ushqimit, gjatë bluarjes dhe më pas gjatë transportit dhe ushqyerjes në racione ushqimore të përbëra (9, 21, 28). Kështu, me kalimin e viteve, një grup shumë i larmishëm mikroorganizmash është identifikuar në ushqim, duke përfshirë jo vetëm bakteret, por edhe bakteriofagët, kërpudhat dhe majat (9, 21, 28-31). Disa nga këta ndotës, të tillë si kërpudha të caktuara, mund të prodhojnë mikotoksina që paraqesin rreziqe shëndetësore për kafshët (32-35).
Popullatat bakteriale mund të jenë relativisht të larmishme dhe varen në një farë mase nga metodat përkatëse të përdorura për izolimin dhe identifikimin e mikroorganizmave, si dhe nga burimi i mostrës. Për shembull, profili i përbërjes mikrobike mund të ndryshojë para trajtimit termik të shoqëruar me peletimin (36). Megjithëse metodat klasike të kulturës dhe vendosjes në pllaka kanë dhënë disa informacione, aplikimi i fundit i metodës së sekuencimit të gjeneratës së ardhshme (NGS) bazuar në gjenin 16S rRNA ka dhënë një vlerësim më gjithëpërfshirës të komunitetit të mikrobiomës së foragjereve (9). Kur Solanki et al. (37) shqyrtuan mikrobiomën bakteriale të kokrrave të grurit të ruajtura për një periudhë kohore në prani të fosfinës, një fumigant për kontrollin e insekteve, ata zbuluan se mikrobioma ishte më e larmishme pas korrjes dhe pas 3 muajsh ruajtjeje. Për më tepër, Solanki et al. (37) (37) demonstruan se Proteobacteria, Firmicutes, Actinobacteria, Bacteroidetes dhe Planctomyces ishin filat dominuese në kokrrat e grurit, Bacillus, Erwinia dhe Pseudomonas ishin gjinitë dominuese, dhe Enterobacteriaceae përbënin një pjesë të vogël. Bazuar në krahasimet taksonomike, ata arritën në përfundimin se fumigimi i fosfinës ndryshoi ndjeshëm popullatat bakteriale, por nuk ndikoi në diversitetin e kërpudhave.
Solanki et al. (37) treguan se burimet e ushqimit mund të përmbajnë gjithashtu patogjenë të transmetueshëm nga ushqimi që mund të shkaktojnë probleme të shëndetit publik bazuar në zbulimin e Enterobacteriaceae në mikrobiomë. Patogjenët e transmetueshëm nga ushqimi si Clostridium perfringens, Clostridium botulinum, Salmonella, Campylobacter, Escherichia coli O157:H7 dhe Listeria monocytogenes janë shoqëruar me ushqimin e kafshëve dhe silazhin (9, 31, 38). Qëndrueshmëria e patogjenëve të tjerë të transmetueshëm nga ushqimi në ushqimin e kafshëve dhe shpendëve është aktualisht e panjohur. Ge et al. (39) shqyrtuan mbi 200 përbërës të ushqimit të kafshëve dhe izoluan Salmonella, E. coli dhe Enterococci, por nuk zbuluan E. coli O157:H7 ose Campylobacter. Megjithatë, matricat si ushqimi i thatë mund të shërbejnë si burim i E. coli patogjen. Në gjurmimin e burimit të një shpërthimi në vitin 2016 të serogrupeve O121 dhe O26 të Escherichia coli (STEC) që prodhojnë toksina Shiga, të shoqëruara me sëmundje njerëzore, Crowe et al. (40) përdorën sekuencimin e të gjithë gjenomit për të krahasuar izolatet klinike me izolatet e marra nga produktet ushqimore. Bazuar në këtë krahasim, ata arritën në përfundimin se burimi i mundshëm ishte mielli i grurit i papërpunuar me lagështi të ulët nga mullinjtë e miellit. Përmbajtja e ulët e lagështisë së miellit të grurit sugjeron që STEC mund të mbijetojë edhe në ushqimin e kafshëve me lagështi të ulët. Megjithatë, siç vërejnë Crowe et al. (40), izolimi i STEC nga mostrat e miellit është i vështirë dhe kërkon metoda ndarjeje imunomagnetike për të rikuperuar një numër të mjaftueshëm qelizash bakteriale. Procese të ngjashme diagnostikuese mund të ndërlikojnë gjithashtu zbulimin dhe izolimin e patogjenëve të rrallë të transmetuar nga ushqimi në ushqimin e kafshëve. Vështirësia në zbulim mund të jetë gjithashtu për shkak të qëndrueshmërisë së gjatë të këtyre patogjenëve në matricat me lagështi të ulët. Forghani et al. (41) tregoi se mielli i grurit i ruajtur në temperaturë ambienti dhe i inokuluar me një përzierje të serogrupeve O45, O121 dhe O145 të Escherichia coli enterohemorragjike (EHEC) dhe Salmonella (S. Typhimurium, S. Agona, S. Enteritidis dhe S. Anatum) ishte i matshëm në 84 dhe 112 ditë dhe ende i dallueshëm në 24 dhe 52 javë.
Historikisht, Campylobacter nuk është izoluar kurrë nga ushqimi i kafshëve dhe shpendëve me anë të metodave tradicionale të kultivimit (38, 39), megjithëse Campylobacter mund të izolohet lehtësisht nga trakti gastrointestinal i shpendëve dhe produkteve të shpendëve (42, 43). Megjithatë, ushqimi ende ka avantazhet e tij si një burim potencial. Për shembull, Alves et al. (44) demonstruan se inokulimi i ushqimit të pulave të majmura me C. jejuni dhe ruajtja pasuese e ushqimit në dy temperatura të ndryshme për 3 ose 5 ditë rezultoi në rikuperimin e C. jejuni të qëndrueshëm dhe, në disa raste, madje edhe në përhapjen e tyre. Ata arritën në përfundimin se C. jejuni me siguri mund të mbijetojë në ushqimin e shpendëve dhe, për këtë arsye, mund të jetë një burim potencial infeksioni për pulat.
Kontaminimi me Salmonella i ushqimit për kafshë dhe shpendë ka marrë shumë vëmendje në të kaluarën dhe mbetet një fokus i përpjekjeve të vazhdueshme për të zhvilluar metoda zbulimi të zbatueshme posaçërisht për ushqimin dhe për të gjetur masa kontrolli më efektive (12, 26, 30, 45–53). Me kalimin e viteve, shumë studime kanë shqyrtuar izolimin dhe karakterizimin e Salmonelës në institucione dhe fabrika të ndryshme për ushqimin e kafshëve (38, 39, 54–61). Në përgjithësi, këto studime tregojnë se Salmonella mund të izolohet nga një sërë përbërësish të ushqimit, burimesh ushqimi, llojesh ushqimi dhe operacionesh prodhimi ushqimi. Shkallët e prevalencës dhe serotipet mbizotëruese të Salmonelës të izoluara gjithashtu ndryshonin. Për shembull, Li et al. (57) konfirmuan praninë e Salmonella spp. Ajo u zbulua në 12.5% ​​të 2058 mostrave të mbledhura nga ushqimet e plota për kafshë, përbërësit e ushqimit, ushqimet për kafshët shtëpiake, ëmbëlsirat për kafshët shtëpiake dhe shtesat për kafshët shtëpiake gjatë periudhës së mbledhjes së të dhënave 2002 deri në 2009. Për më tepër, serotipet më të zakonshme të zbuluara në 12.5% ​​të mostrave të Salmonelës që rezultuan pozitive ishin S. Senftenberg dhe S. Montevideo (57). Në një studim mbi ushqimet e gatshme për t’u ngrënë dhe nënproduktet e ushqimit për kafshë në Teksas, Hsieh et al. (58) raportuan se prevalenca më e lartë e Salmonelës ishte në miellin e peshkut, e ndjekur nga proteinat shtazore, me S. Mbanka dhe S. Montevideo si serotipet më të zakonshme. Mullinjtë e ushqimit për kafshë paraqesin gjithashtu disa pika të mundshme të kontaminimit të ushqimit gjatë përzierjes dhe shtimit të përbërësve (9, 56, 61). Magossi et al. (61) ishin në gjendje të demonstronin se pika të shumta kontaminimi mund të ndodhin gjatë prodhimit të ushqimit për kafshë në Shtetet e Bashkuara. Në fakt, Magossi et al. (61) gjetën të paktën një kulturë pozitive të Salmonelës në 11 mullinj ushqimi për kafshë (gjithsej 12 vende marrjeje mostrash) në tetë shtete në Shtetet e Bashkuara. Duke pasur parasysh potencialin e kontaminimit me Salmonelë gjatë trajtimit të ushqimit, transportit dhe ushqyerjes së përditshme, nuk është për t'u habitur që po bëhen përpjekje të konsiderueshme për të zhvilluar aditivë ushqimorë që mund të zvogëlojnë dhe mbajnë nivele të ulëta të kontaminimit mikrobik gjatë gjithë ciklit të prodhimit të kafshëve.
Pak dihet rreth mekanizmit të përgjigjes specifike të Salmonelës ndaj acidit formik. Megjithatë, Huang et al. (62) treguan se acidi formik është i pranishëm në zorrën e hollë të gjitarëve dhe se Salmonella spp. janë të afta të prodhojnë acid formik. Huang et al. (62) përdorën një seri mutantësh të fshirjes së rrugëve kryesore për të zbuluar shprehjen e gjeneve të virulencës së Salmonelës dhe zbuluan se formati mund të veprojë si një sinjal i shpërndarë për të nxitur Salmonelën të pushtojë qelizat epiteliale Hep-2. Kohët e fundit, Liu et al. (63) izoluan një transportues formati, FocA, nga Salmonella typhimurium që funksionon si një kanal specifik i formatit në pH 7.0, por gjithashtu mund të funksionojë si një kanal pasiv eksporti në pH të lartë të jashtëm ose si një kanal sekondar aktiv i importit të formatit/jonit të hidrogjenit në pH të ulët. Megjithatë, ky studim u krye vetëm në një serotip të S. Typhimurium. Pyetja mbetet nëse të gjitha serotipet i përgjigjen acidit formik me mekanizma të ngjashëm. Kjo mbetet një pyetje kritike kërkimore që duhet të adresohet në studimet e ardhshme. Pavarësisht rezultateve, mbetet e kujdesshme të përdoren serotipe të shumëfishta të Salmonelës ose edhe lloje të shumëfishta të secilit serotip në eksperimentet e shqyrtimit kur zhvillohen rekomandime të përgjithshme për përdorimin e shtesave të acidit për të ulur nivelet e Salmonelës në ushqim. Qasjet më të reja, të tilla si përdorimi i barkodimit gjenetik për të koduar llojet për të dalluar nëngrupet e ndryshme të të njëjtit serotip (9, 64), ofrojnë mundësinë për të dalluar dallime më të imëta që mund të ndikojnë në përfundime dhe interpretimin e dallimeve.
Natyra kimike dhe forma e disociimit të formatit mund të jenë gjithashtu të rëndësishme. Në një seri studimesh, Beyer et al. (65–67) treguan se frenimi i Enterococcus faecium, Campylobacter jejuni dhe Campylobacter coli ishte i korreluar me sasinë e acidit formik të disociuar dhe ishte i pavarur nga pH ose acidi formik i padisociuar. Forma kimike e formatit ndaj të cilës ekspozohen bakteret gjithashtu duket se është e rëndësishme. Kovanda et al. (68) shqyrtuan disa organizma Gram-negativë dhe Gram-pozitivë dhe krahasuan përqendrimet minimale frenuese (MIC) të formatit të natriumit (500–25,000 mg/L) dhe një përzierje të formatit të natriumit dhe formatit të lirë (40/60 m/v; 10–10,000 mg/L). Bazuar në vlerat e MIC, ata zbuluan se formati i natriumit ishte frenues vetëm kundër Campylobacter jejuni, Clostridium perfringens, Streptococcus suis dhe Streptococcus pneumoniae, por jo kundër Escherichia coli, Salmonella typhimurium ose Enterococcus faecalis. Në të kundërt, një përzierje e formatit të natriumit dhe formatit të lirë të natriumit ishte frenuese kundër të gjithë organizmave, duke i çuar autorët në përfundimin se acidi formik i lirë zotëron shumicën e vetive antimikrobike. Do të ishte interesante të shqyrtoheshin raporte të ndryshme të këtyre dy formave kimike për të përcaktuar nëse diapazoni i vlerave të MIC korrelon me nivelin e acidit formik të pranishëm në formulën e përzier dhe përgjigjen ndaj acidit formik 100%.
Gomez-Garcia et al. (69) testuan kombinime të vajrave esencialë dhe acideve organike (siç është acidi formik) kundër izolateve të shumta të Escherichia coli, Salmonella dhe Clostridium perfringens të marra nga derrat. Ata testuan efikasitetin e gjashtë acideve organike, duke përfshirë acidin formik, dhe gjashtë vajrave esencialë kundër izolateve të derrave, duke përdorur formaldehidin si kontroll pozitiv. Gomez-García et al. (69) përcaktuan MIC50, MBC50 dhe MIC50/MBC50 të acidit formik kundër Escherichia coli (600 dhe 2400 ppm, 4), Salmonella (600 dhe 2400 ppm, 4) dhe Clostridium perfringens (1200 dhe 2400 ppm, 2), ndër të cilat acidi formik u gjet më efektiv se të gjitha acidet organike kundër E. coli dhe Salmonella. (69) Acidi formik është efektiv kundër Escherichia coli dhe Salmonella për shkak të madhësisë së tij të vogël molekulare dhe zinxhirit të gjatë (70).
Beyer et al. shqyrtuan llojet e Campylobacter të izoluara nga derrat (66) dhe llojet e Campylobacter jejuni të izoluara nga shpendët (67) dhe treguan se acidi formik disociohet në përqendrime në përputhje me përgjigjet MIC të matura për acide të tjera organike. Megjithatë, fuqitë relative të këtyre acideve, përfshirë acidin formik, janë vënë në pikëpyetje sepse Campylobacter mund t'i përdorë këto acide si substrate (66, 67). Shfrytëzimi i acidit nga C. jejuni nuk është i habitshëm sepse është treguar se ka një metabolizëm joglikolitik. Kështu, C. jejuni ka kapacitet të kufizuar për katabolizmin e karbohidrateve dhe mbështetet në glukoneogjenezën nga aminoacidet dhe acidet organike për pjesën më të madhe të metabolizmit të tij të energjisë dhe aktivitetit biosintetik (71, 72). Një studim i hershëm nga Line et al. (73) përdori një grup fenotipik që përmbante 190 burime karboni dhe tregoi se C. jejuni 11168 (GS) mund të përdorë acide organike si burime karboni, shumica e të cilave janë ndërmjetës të ciklit të acidit trikarboksilik. Studime të mëtejshme nga Wagli et al. (74) duke përdorur një matricë fenotipike të shfrytëzimit të karbonit tregoi se llojet e C. jejuni dhe E. coli të shqyrtuara në studimin e tyre janë të afta të rriten në acide organike si burim karboni. Formati është donatori kryesor i elektroneve për metabolizmin e energjisë respiratore të C. jejuni dhe, për këtë arsye, burimi kryesor i energjisë për C. jejuni (71, 75). C. jejuni është në gjendje të përdorë formatin si dhurues hidrogjeni nëpërmjet një kompleksi format dehidrogjenaze të lidhur me membranën që oksidon formatin në dioksid karboni, protone dhe elektrone dhe shërben si dhurues elektronesh për frymëmarrje (72).
Acidi formik ka një histori të gjatë përdorimi si një përmirësues ushqimi antimikrobik, por disa insekte gjithashtu mund të prodhojnë acid formik për t'u përdorur si një kimikat mbrojtës antimikrobik. Rossini et al. (76) sugjeruan që acidi formik mund të jetë një përbërës i lëngut acidik të milingonave të përshkruar nga Ray (77) gati 350 vjet më parë. Që atëherë, kuptimi ynë i prodhimit të acidit formik te milingonat dhe insektet e tjera është rritur ndjeshëm, dhe tani dihet se ky proces është pjesë e një sistemi kompleks mbrojtës nga toksinat te insektet (78). Grupe të ndryshme insektesh, duke përfshirë bletët pa thumb, milingonat me majë (Hymenoptera: Apidae), brumbujt e tokës (Galerita lecontei dhe G. janus), milingonat pa thumb (Formicinae) dhe disa larva fluturash (Lepidoptera: Myrmecophaga), dihet se prodhojnë acid formik si një kimikat mbrojtës (76, 78–82).
Milingonat janë ndoshta më të karakterizuarat sepse kanë acidocite, hapje të specializuara që u lejojnë atyre të spërkasin një helm të përbërë kryesisht nga acidi formik (82). Milingonat përdorin serinën si pararendës dhe ruajnë sasi të mëdha formati në gjëndrat e tyre të helmit, të cilat janë të izoluara mjaftueshëm për të mbrojtur milingonat pritëse nga citotoksiciteti i formatit derisa të spërkatet (78, 83). Acidi formik që ato sekretojnë mund të (1) shërbejë si një feromon alarmi për të tërhequr milingonat e tjera; (2) të jetë një kimikat mbrojtës kundër konkurrentëve dhe grabitqarëve; dhe (3) të veprojë si një agjent antifungal dhe antibakterial kur kombinohet me rrëshirë si pjesë e materialit të folesë (78, 82, 84–88). Acidi formik i prodhuar nga milingonat ka veti antimikrobike, duke sugjeruar se mund të përdoret si një shtesë topike. Kjo u demonstrua nga Bruch et al. (88), të cilët shtuan acid formik sintetik në rrëshirë dhe përmirësuan ndjeshëm aktivitetin antifungal. Dëshmi të mëtejshme të efektivitetit të acidit formik dhe dobisë së tij biologjike është se milingonat gjigante, të cilat nuk janë në gjendje të prodhojnë acid në stomak, konsumojnë milingona që përmbajnë acid formik për t'u siguruar vetes acid formik të koncentruar si një acid tretës alternativ (89).
Përdorimi praktik i acidit formik në bujqësi është konsideruar dhe studiuar për shumë vite. Në veçanti, acidi formik mund të përdoret si një shtesë në ushqimin e kafshëve dhe silazhin. Formati i natriumit në formë të ngurtë dhe të lëngshme konsiderohet i sigurt për të gjitha llojet e kafshëve, konsumatorët dhe mjedisin (90). Bazuar në vlerësimin e tyre (90), një përqendrim maksimal prej 10,000 mg ekuivalentë të acidit formik/kg ushqim u konsiderua i sigurt për të gjitha llojet e kafshëve, ndërsa një përqendrim maksimal prej 12,000 mg ekuivalentë të acidit formik/kg ushqim u konsiderua i sigurt për derrat. Përdorimi i acidit formik si përmirësues i ushqimit të kafshëve është studiuar për shumë vite. Konsiderohet të ketë vlerë tregtare si një ruajtës i silazhit dhe një agjent antimikrobik në ushqimin e kafshëve dhe shpendëve.
Shtesat kimike si acidet kanë qenë gjithmonë një element integral në prodhimin e silazhit dhe menaxhimin e ushqimit (91, 92). Borreani et al. (91) vunë re se për të arritur prodhimin optimal të silazhit me cilësi të lartë është e nevojshme të ruhet cilësia e foragjereve duke ruajtur sa më shumë lëndë të thatë të jetë e mundur. Rezultati i një optimizimi të tillë është minimizimi i humbjeve në të gjitha fazat e procesit të silazhit: nga kushtet fillestare aerobe në silo deri në fermentimin, ruajtjen dhe rihapjen e mëvonshme të silos për ushqim. Metodat specifike për optimizimin e prodhimit të silazhit në fushë dhe fermentimin pasues të silazhit janë diskutuar në detaje diku tjetër (91, 93-95) dhe nuk do të diskutohen në detaje këtu. Problemi kryesor është përkeqësimi oksidativ i shkaktuar nga maja dhe myku kur oksigjeni është i pranishëm në silazh (91, 92). Prandaj, janë futur inokulantë biologjikë dhe shtesa kimike për të luftuar efektet negative të prishjes (91, 92). Konsiderata të tjera për aditivët e silazhit përfshijnë kufizimin e përhapjes së patogjenëve që mund të jenë të pranishëm në silazh (p.sh., E. coli patogjene, Listeria dhe Salmonella), si dhe kërpudhat që prodhojnë mikotoksina (96–98).
Mack et al. (92) i ndanë aditivët acidikë në dy kategori. Acidet si acidet propionike, acetike, sorbike dhe benzoike ruajnë stabilitetin aerob të silazhit kur u ushqehen ripërtypësve duke kufizuar rritjen e majave dhe myqeve (92). Mack et al. (92) e ndanë acidin formik nga acidet e tjera dhe e konsideruan atë një acidifikues të drejtpërdrejtë që pengon klostridiet dhe mikroorganizmat prishës, duke ruajtur integritetin e proteinave të silazhit. Në praktikë, format e tyre të kripës janë format kimike më të zakonshme për të shmangur vetitë gërryese të acideve në formën jo të kripës (91). Shumë grupe kërkimore kanë studiuar gjithashtu acidin formik si një aditiv acidik për silazhin. Acidi formik njihet për potencialin e tij të shpejtë të acidifikimit dhe efektin e tij frenues në rritjen e mikroorganizmave të dëmshëm të silazhit që zvogëlojnë përmbajtjen e proteinave dhe karbohidrateve të tretshme në ujë të silazhit (99). Prandaj, He et al. (92) krahasuan acidin formik me aditivët acidikë në silazh. (100) demonstruan se acidi formik mund të frenojë Escherichia coli dhe të ulë pH-in e silazhit. Kulturat bakteriale që prodhojnë acid formik dhe laktik iu shtuan gjithashtu silazhit për të stimuluar acidifikimin dhe prodhimin e acidit organik (101). Në fakt, Cooley et al. (101) zbuluan se kur silazhit acidifikohej me 3% (w/v) acid formik, prodhimi i acideve laktike dhe formike tejkalonte përkatësisht 800 dhe 1000 mg acid organik/100 g mostër. Mack et al. (92) shqyrtuan në detaje literaturën kërkimore mbi aditivët e silazhit, duke përfshirë studimet e publikuara që nga viti 2000 që u përqendruan dhe/ose përfshinin acidin formik dhe acide të tjera. Prandaj, ky shqyrtim nuk do të diskutojë në detaje studimet individuale, por thjesht do të përmbledhë disa pika kyçe në lidhje me efektivitetin e acidit formik si një aditiv kimik i silazhit. Si acidi formik i pa-tamponuar ashtu edhe ai i tamponuar janë studiuar dhe në shumicën e rasteve Clostridium spp. Aktivitetet e tij relative (thithja e karbohidrateve, proteinave dhe laktatit dhe sekretimi i butiratit) kanë tendencë të ulen, ndërsa prodhimi i amoniakut dhe butiratit zvogëlohet dhe mbajtja e lëndës së thatë rritet (92). Ka kufizime në performancën e acidit formik, por përdorimi i tij si një shtesë për silazh në kombinim me acide të tjera duket se kapërcen disa nga këto probleme (92).
Acidi formik mund të pengojë bakteret patogjene që paraqesin rrezik për shëndetin e njeriut. Për shembull, Pauly dhe Tam (102) inokuluan silo të vogla laboratorike me L. monocytogenes që përmbanin tre nivele të ndryshme të lëndës së thatë (200, 430 dhe 540 g/kg) të barit të thekrës dhe më pas u plotësuan me acid formik (3 ml/kg) ose baktere të acidit laktik (8 × 105/g) dhe enzima celulolitike. Ata raportuan se të dy trajtimet e ulën L. monocytogenes në nivele të pazbulueshme në silozhin me lëndë të ulët të thatë (200 g/kg). Megjithatë, në silozhin me lëndë të thatë mesatare (430 g/kg), L. monocytogenes ishte ende i zbulueshëm pas 30 ditësh në silozhin e trajtuar me acid formik. Ulja e L. monocytogenes dukej se shoqërohej me pH më të ulët, acid laktik dhe acide të pazbërthyera të kombinuara. Për shembull, Pauly dhe Tam (102) vunë re se nivelet e acidit laktik dhe të kombinuara të acidit të padisociuar ishin veçanërisht të rëndësishme, gjë që mund të jetë arsyeja pse nuk u vu re asnjë ulje e L. monocytogenes në mjediset e trajtuara me acid formik nga silazhet me përmbajtje më të lartë të lëndës së thatë. Studime të ngjashme duhet të kryhen në të ardhmen për patogjenë të tjerë të zakonshëm të silazhit, siç janë Salmonella dhe E. coli patogjene. Një analizë më gjithëpërfshirëse e sekuencës 16S rADN e të gjithë komunitetit mikrobik të silazhit mund të ndihmojë gjithashtu në identifikimin e ndryshimeve në popullatën e përgjithshme mikrobike të silazhit që ndodhin në faza të ndryshme të fermentimit të silazhit në prani të acidit formik (103). Marrja e të dhënave të mikrobiomës mund të ofrojë mbështetje analitike për të parashikuar më mirë progresin e fermentimit të silazhit dhe për të zhvilluar kombinime optimale të aditivëve për të ruajtur cilësi të lartë të silazhit.
Në ushqimet për kafshë me bazë drithërash, acidi formik përdoret si një agjent antimikrobik për të kufizuar nivelet e patogjenëve në matrica të ndryshme ushqimore të derivuara nga drithërat, si dhe në disa përbërës të ushqimit, siç janë nënproduktet shtazore. Efektet në popullatat e patogjenëve te shpendët dhe kafshët e tjera mund të ndahen gjerësisht në dy kategori: efekte të drejtpërdrejta në popullatën e patogjenëve të vetë ushqimit dhe efekte të tërthorta në patogjenët që kolonizojnë traktin gastrointestinal të kafshëve pas konsumimit të ushqimit të trajtuar (20, 21, 104). Është e qartë se këto dy kategori janë të ndërlidhura, pasi një reduktim i patogjenëve në ushqim duhet të rezultojë në një reduktim të kolonizimit kur kafsha konsumon ushqimin. Megjithatë, vetitë antimikrobike të një acidi të veçantë të shtuar në një matricë ushqimi mund të ndikohen nga disa faktorë, siç është përbërja e ushqimit dhe forma në të cilën shtohet acidi (21, 105).
Historikisht, përdorimi i acidit formik dhe acideve të tjera të lidhura me të është përqendruar kryesisht në kontrollin e drejtpërdrejtë të Salmonelës në ushqimin e kafshëve dhe shpendëve (21). Rezultatet e këtyre studimeve janë përmbledhur në detaje në disa rishikime të botuara në kohë të ndryshme (18, 21, 26, 47, 104–106), kështu që vetëm disa nga gjetjet kryesore nga këto studime diskutohen në këtë rishikim. Disa studime kanë treguar se aktiviteti antimikrobik i acidit formik në matricat e ushqimit varet nga doza dhe koha e ekspozimit ndaj acidit formik, përmbajtja e lagështisë së matricës së ushqimit dhe përqendrimi bakterial në ushqim dhe në traktin gastrointestinal të kafshës (19, 21, 107–109). Lloji i matricës së ushqimit dhe burimi i përbërësve të ushqimit të kafshëve janë gjithashtu faktorë ndikues. Kështu, një numër studimesh kanë treguar se nivelet e Salmonelës. Toksinat bakteriale të izoluara nga nënproduktet shtazore mund të ndryshojnë nga ato të izoluara nga nënproduktet bimore (39, 45, 58, 59, 110–112). Megjithatë, ndryshimet në përgjigjen ndaj acideve të tilla si acidi formik mund të lidhen me ndryshimet në mbijetesën e serovarëve në dietë dhe temperaturën në të cilën përpunohet dieta (19, 113, 114). Dallimet në përgjigjen e serovarëve ndaj trajtimit me acid mund të jenë gjithashtu një faktor në kontaminimin e shpendëve me ushqim të kontaminuar (113, 115), dhe ndryshimet në shprehjen e gjenit të virulencës (116) gjithashtu mund të luajnë një rol. Dallimet në tolerancën ndaj acidit mund të ndikojnë nga ana tjetër në zbulimin e Salmonelës në mediat e kulturës nëse acidet e ushqimit nuk janë të tamponuara në mënyrë adekuate (21, 105, 117–122). Forma fizike e dietës (për sa i përket madhësisë së grimcave) mund të ndikojë gjithashtu në disponueshmërinë relative të acidit formik në traktin gastrointestinal (123).
Strategjitë për të optimizuar aktivitetin antimikrobik të acidit formik të shtuar në ushqim janë gjithashtu kritike. Përqendrime më të larta të acidit janë sugjeruar për përbërësit e ushqimit me ndotje të lartë para përzierjes së ushqimit për të minimizuar dëmtimin e mundshëm të pajisjeve të fabrikës së ushqimit për kafshë dhe problemet me shijen e ushqimit për kafshë (105). Jones (51) arriti në përfundimin se Salmonella e pranishme në ushqim para pastrimit kimik është më e vështirë për t'u kontrolluar sesa Salmonella në kontakt me ushqimin pas trajtimit kimik. Trajtimi termik i ushqimit gjatë përpunimit në fabrikën e ushqimit për kafshë është sugjeruar si një ndërhyrje për të kufizuar ndotjen e ushqimit nga Salmonella, por kjo varet nga përbërja e ushqimit, madhësia e grimcave dhe faktorë të tjerë që lidhen me procesin e bluarjes (51). Aktiviteti antimikrobik i acideve varet gjithashtu nga temperatura, dhe temperaturat e larta në prani të acideve organike mund të kenë një efekt frenues sinergjik në Salmonella, siç vërehet në kulturat e lëngshme të Salmonelës (124, 125). Disa studime mbi ushqimet e kontaminuara me Salmonella mbështesin idenë se temperaturat e larta rrisin efektivitetin e acideve në matricën e ushqimit (106, 113, 126). Amado et al. (127) përdorën një dizajn qendror kompozit për të studiuar bashkëveprimin e temperaturës dhe acidit (acid formik ose laktik) në 10 lloje të Salmonella enterica dhe Escherichia coli të izoluara nga ushqime të ndryshme për bagëtinë dhe të inokuluara në peleta të acidifikuara për bagëtinë. Ata arritën në përfundimin se nxehtësia ishte faktori dominues që ndikonte në reduktimin mikrobik, së bashku me acidin dhe llojin e izolatit bakterial. Efekti sinergjik me acidin ende mbizotëron, kështu që mund të përdoren temperatura dhe përqendrime më të ulëta të acidit. Megjithatë, ata gjithashtu vunë re se efektet sinergjike nuk u vunë re gjithmonë kur u përdor acidi formik, duke i bërë ata të dyshonin se avullimi i acidit formik në temperatura më të larta ose efektet tamponuese të përbërësve të matricës së ushqimit ishin një faktor.
Kufizimi i afatit të ruajtjes së ushqimit para se t'u jepet kafshëve është një mënyrë për të kontrolluar futjen e patogjenëve të ushqimit në trupin e kafshës gjatë ushqyerjes. Megjithatë, pasi acidi në ushqim të ketë hyrë në traktin gastrointestinal, ai mund të vazhdojë të ushtrojë aktivitetin e tij antimikrobik. Aktiviteti antimikrobik i substancave acidike të administruara ekzogjenisht në traktin gastrointestinal mund të varet nga një sërë faktorësh, duke përfshirë përqendrimin e acidit gastrik, vendin aktiv të traktit gastrointestinal, pH-in dhe përmbajtjen e oksigjenit të traktit gastrointestinal, moshën e kafshës dhe përbërjen relative të popullatës mikrobike gastrointestinale (e cila varet nga vendndodhja e traktit gastrointestinal dhe pjekuria e kafshës) (21, 24, 128–132). Përveç kësaj, popullata rezidente e mikroorganizmave anaerobe në traktin gastrointestinal (e cila bëhet dominuese në traktin e poshtëm tretës të kafshëve monogastrike ndërsa ato piqen) prodhon në mënyrë aktive acide organike përmes fermentimit, të cilat nga ana tjetër mund të kenë gjithashtu një efekt antagonist në patogjenët kalimtarë që hyjnë në traktin gastrointestinal (17, 19–21).
Pjesa më e madhe e hulumtimeve të hershme u përqendrua në përdorimin e acideve organike, përfshirë formatin, për të kufizuar Salmonelën në traktin gastrointestinal të shpendëve, gjë që është diskutuar në detaje në disa rishikime (12, 20, 21). Kur këto studime merren në konsideratë së bashku, mund të bëhen disa vëzhgime kyçe. McHan dhe Shotts (133) raportuan se ushqyerja me acid formik dhe propionik uli nivelet e Salmonella Typhimurium në cekumin e pulave të inokuluara me bakteret dhe i përcaktuan ato në moshën 7, 14 dhe 21 ditë. Megjithatë, kur Hume et al. (128) monitoruan propionatin e shënuar me C-14, ata arritën në përfundimin se shumë pak propionat në dietë mund të arrijë në cekum. Mbetet për t'u përcaktuar nëse kjo është e vërtetë edhe për acidin formik. Megjithatë, kohët e fundit Bourassa et al. (134) raportoi se ushqyerja me acid formik dhe propionik uli nivelet e Salmonella Typhimurium në cekumin e pulave të inokuluara me bakteret, të cilat u përcaktuan në moshën 7, 14 dhe 21 ditë. (132) vuri në dukje se ushqyerja me acid formik në një dozë prej 4 g/t e pulave broiler gjatë periudhës 6-javore të rritjes uli përqendrimin e S. Typhimurium në cekum nën nivelin e zbulimit.
Prania e acidit formik në dietë mund të ketë efekte në pjesë të tjera të traktit gastrointestinal të shpendëve. Al-Tarazi dhe Alshavabkeh (134) treguan se një përzierje e acidit formik dhe acidit propionik mund të zvogëlojë kontaminimin me Salmonella pullorum (S. PRlorum) në të korra dhe cekum. Thompson dhe Hinton (129) vunë re se një përzierje e disponueshme komercialisht e acidit formik dhe acidit propionik rriti përqendrimin e të dy acideve në të korra dhe stomak dhe ishte baktericid kundër Salmonella Enteritidis PT4 në një model in vitro në kushte përfaqësuese të rritjes. Ky nocion mbështetet nga të dhënat in vivo nga Bird et al. (135) që shtuan acid formik në ujin e pijshëm të pulave broiler gjatë një periudhe agjërimi të simuluar para transportit, ngjashëm me agjërimin që i nënshtrohen pulave broiler para transportit në një impiant përpunimi shpendësh. Shtimi i acidit formik në ujin e pijshëm rezultoi në një ulje të numrit të S. Typhimurium në të korra dhe epididimis, dhe një ulje të frekuencës së të korrave pozitive ndaj S. Typhimurium, por jo në numrin e epididimit pozitiv (135). Zhvillimi i sistemeve të shpërndarjes që mund të mbrojnë acidet organike ndërsa ato janë aktive në traktin e poshtëm gastrointestinal mund të ndihmojë në përmirësimin e efikasitetit. Për shembull, mikroenkapsulimi i acidit formik dhe shtimi i tij në ushqim është treguar se zvogëlon numrin e Salmonella Enteritidis në përmbajtjen cekale (136). Megjithatë, kjo mund të ndryshojë në varësi të specieve të kafshëve. Për shembull, Walia et al. (137) nuk vunë re një ulje të Salmonelës në cekum ose nyjet limfatike të derrave 28-ditorë të ushqyer me një përzierje të acidit formik, acidit citrik dhe kapsulave të vajit esencial, dhe megjithëse sekretimi i Salmonelës në feçe u zvogëlua në ditën e 14-të, nuk u zvogëlua në ditën e 28-të. Ata treguan se transmetimi horizontal i Salmonelës midis derrave u parandalua.
Edhe pse studimet mbi acidin formik si një agjent antimikrobik në blegtori janë përqendruar kryesisht në Salmonelën e transmetuar nga ushqimi, ka edhe disa studime që synojnë patogjenë të tjerë gastrointestinalë. Studimet in vitro nga Kovanda et al. (68) sugjerojnë që acidi formik mund të jetë gjithashtu efektiv kundër patogjenëve të tjerë gastrointestinalë të transmetuar nga ushqimi, duke përfshirë Escherichia coli dhe Campylobacter jejuni. Studimet e mëparshme kanë treguar se acidet organike (p.sh., acidi laktik) dhe përzierjet komerciale që përmbajnë acid formik si përbërës mund të zvogëlojnë nivelet e Campylobacter në shpendë (135, 138). Megjithatë, siç është vërejtur më parë nga Beyer et al. (67), përdorimi i acidit formik si një agjent antimikrobik kundër Campylobacter mund të kërkojë kujdes. Ky zbulim është veçanërisht problematik për plotësimin dietik në shpendë sepse acidi formik është burimi kryesor i energjisë së frymëmarrjes për C. jejuni. Për më tepër, një pjesë e vendndodhjes së tij gastrointestinale mendohet të jetë për shkak të ushqyerjes metabolike të kryqëzuar me produkte të fermentimit të acidit të përzier të prodhuara nga bakteret gastrointestinale, të tilla si formati (139). Kjo pikëpamje ka njëfarë baze. Meqenëse formati është një kimiotraktues për C. jejuni, mutantët e dyfishtë me defekte si në format dehidrogjenazën ashtu edhe në hidrogjenazën kanë shkallë të reduktuara të kolonizimit cekal te pulat broiler krahasuar me llojet e egra të C. jejuni (140, 141). Ende nuk është e qartë se deri në çfarë mase suplementimi i jashtëm i acidit formik ndikon në kolonizimin e traktit gastrointestinal nga C. jejuni te pulat. Përqendrimet aktuale të formatit gastrointestinal mund të jenë më të ulëta për shkak të katabolizmit të formatit nga bakteret e tjera gastrointestinale ose thithjes së formatit në traktin e sipërm gastrointestinal, kështu që disa variabla mund të ndikojnë në këtë. Përveç kësaj, formati është një produkt potencial fermentimi i prodhuar nga disa baktere gastrointestinale, të cilat mund të ndikojnë në nivelet totale të formatit gastrointestinal. Kuantifikimi i formatit në përmbajtjen gastrointestinale dhe identifikimi i gjeneve të format dehidrogjenazës duke përdorur metagenomikën mund të hedhin dritë mbi disa aspekte të ekologjisë së mikroorganizmave që prodhojnë format.
Roth et al. (142) krahasuan efektet e ushqyerjes së pulave broiler me antibiotik enrofloksacinë ose një përzierje të acideve formike, acetike dhe propionike në prevalencën e Escherichia coli rezistente ndaj antibiotikëve. Izolatet totale dhe rezistente ndaj antibiotikëve të E. coli u numëruan në mostrat e fekaleve të përziera nga pulat broiler 1-ditore dhe në mostrat e përmbajtjes cekale nga pulat broiler 14 dhe 38-ditore. Izolatet e E. coli u testuan për rezistencë ndaj ampicilinës, cefotaksimit, ciprofloksacinës, streptomicinës, sulfametoksazolit dhe tetraciklinës sipas pikave të thyerjes të përcaktuara më parë për secilin antibiotik. Kur popullatat përkatëse të E. coli u përcaktuan dhe u karakterizuan, as enrofloksacina dhe as suplementi i koktejit të acidit nuk ndryshuan numrin total të E. coli të izoluar nga ceca e pulave broiler 17 dhe 28-ditore. Zogjtë e ushqyer me dietën e plotësuar me enrofloksacinë kishin nivele të rritura të E. coli rezistent ndaj ciprofloksacinës, streptomicinës, sulfametoksazolit dhe tetraciklinës dhe nivele të ulura të E. coli rezistent ndaj cefotaksinës në ceka. Zogjtë e ushqyer me koktejin kishin numër të zvogëluar të E. coli rezistent ndaj ampicilinës dhe tetraciklinës në ceka krahasuar me kontrollet dhe zogjtë e plotësuar me enrofloksacinë. Zogjtë e ushqyer me acid të përzier gjithashtu kishin një ulje të numrit të E. coli rezistent ndaj ciprofloksacinës dhe sulfametoksazolit në cekum krahasuar me zogjtë e ushqyer me enrofloksacinë. Mekanizmi me të cilin acidet zvogëlojnë numrin e E. coli rezistent ndaj antibiotikëve pa zvogëluar numrin total të E. coli është ende i paqartë. Megjithatë, rezultatet e studimit nga Roth et al. janë në përputhje me ato të grupit të enrofloksacinës. (142) Ky mund të jetë një tregues i një përhapjeje të reduktuar të gjeneve të rezistencës ndaj antibiotikëve në E. coli, siç janë frenuesit e lidhur me plazmidet e përshkruar nga Cabezon et al. (143). Do të ishte interesante të kryhej një analizë më e thelluar e rezistencës ndaj antibiotikëve të ndërmjetësuar nga plazmidet në popullatën gastrointestinale të shpendëve në prani të aditivëve të ushqimit për kafshët, siç është acidi formik, dhe të përsoset më tej kjo analizë duke vlerësuar rezistomën gastrointestinale.
Zhvillimi i aditivëve optimalë antimikrobikë të ushqimit kundër patogjenëve duhet idealisht të ketë ndikim minimal në florën e përgjithshme gastrointestinale, veçanërisht në ato mikrobiotë që konsiderohen të dobishme për strehuesin. Megjithatë, acidet organike të administruara ekzogjenisht mund të kenë efekte të dëmshme në mikrobiotën rezidente gastrointestinale dhe në një farë mase të mohojnë vetitë e tyre mbrojtëse kundër patogjenëve. Për shembull, Thompson dhe Hinton (129) vunë re nivele të ulëta të acidit laktik të të korrave te pulat vezë të ushqyera me një përzierje të acideve formike dhe propionike, duke sugjeruar që prania e këtyre acideve organike ekzogjene në të korra rezultoi në një reduktim të laktobacileve të të korrave. Laktobacilet e të korrave konsiderohen një pengesë për Salmonelën, dhe për këtë arsye ndërprerja e kësaj mikrobiote rezidente të të korrave mund të jetë e dëmshme për reduktimin e suksesshëm të kolonizimit të traktit gastrointestinal nga Salmonela (144). Açıkgöz et al. zbuluan se efektet në traktin e poshtëm gastrointestinal të zogjve mund të jenë më të ulëta. (145) Nuk u gjetën dallime në florën totale të zorrëve ose në numërimin e Escherichia coli te pulat broiler 42-ditore që pinë ujë të acidifikuar me acid formik. Autorët sugjeruan që kjo mund të jetë për shkak të metabolizmit të formatit në traktin e sipërm gastrointestinal, siç është vërejtur nga studiues të tjerë me acide yndyrore me zinxhir të shkurtër (SCFA) të administruara ekzogjenisht (128, 129).
Mbrojtja e acidit formik përmes një forme të enkapsulimit mund ta ndihmojë atë të arrijë në traktin gastrointestinal të poshtëm. (146) vuri në dukje se acidi formik i mikroenkapsuluar rriti ndjeshëm përmbajtjen totale të acidit yndyror me zinxhir të shkurtër (SCFA) në cekumin e derrave krahasuar me derrat e ushqyer me acid formik të pambrojtur. Ky rezultat i çoi autorët të sugjerojnë se acidi formik mund të arrijë në mënyrë efektive në traktin gastrointestinal të poshtëm nëse mbrohet siç duhet. Megjithatë, disa parametra të tjerë, siç janë përqendrimet e formatit dhe laktatit, megjithëse më të larta se ato te derrat e ushqyer me një dietë kontrolli, nuk ishin statistikisht të ndryshëm nga ato te derrat e ushqyer me një dietë formati të pambrojtur. Megjithëse derrat e ushqyer me acid formik të pambrojtur dhe të mbrojtur treguan një rritje pothuajse trefish të acidit laktik, numërimi i laktobacileve nuk u ndryshua nga asnjëri trajtim. Dallimet mund të jenë më të theksuara për mikroorganizmat e tjerë që prodhojnë acid laktik në cekum (1) që nuk zbulohen nga këto metoda dhe/ose (2) aktiviteti metabolik i të cilëve ndikohet, duke ndryshuar kështu modelin e fermentimit në mënyrë të tillë që laktobacilet rezidente të prodhojnë më shumë acid laktik.
Për të studiuar më saktë efektet e aditivëve të ushqimit në traktin gastrointestinal të kafshëve të fermës, nevojiten metoda identifikimi mikrobik me rezolucion më të lartë. Në vitet e fundit, sekuencimi i gjeneratës së ardhshme (NGS) i gjenit ARN 16S është përdorur për të identifikuar taksat e mikrobiomës dhe për të krahasuar diversitetin e komuniteteve mikrobike (147), gjë që ka ofruar një kuptim më të mirë të ndërveprimeve midis aditivëve të ushqimit dietik dhe mikrobiotës gastrointestinale të kafshëve ushqimore, siç janë shpendët.
Disa studime kanë përdorur sekuencimin e mikrobiomës për të vlerësuar përgjigjen e mikrobiomës gastrointestinale të pulës ndaj suplementeve me format. Oakley et al. (148) kryen një studim në pula broiler 42-ditore të suplementuara me kombinime të ndryshme të acidit formik, acidit propionik dhe acideve yndyrore me zinxhir të mesëm në ujin e tyre të pijshëm ose ushqimin. Pulat e imunizuara u testuan me një lloj Salmonella typhimurium rezistent ndaj acidit nalidiksik dhe ceca e tyre u hoq në moshën 0, 7, 21 dhe 42 ditë. Mostrat cekale u përgatitën për 454 pirosekuencim dhe rezultatet e sekuencimit u vlerësuan për klasifikim dhe krahasim të ngjashmërisë. Në përgjithësi, trajtimet nuk ndikuan ndjeshëm në mikrobiomën cekale ose në nivelet e S. Typhimurium. Megjithatë, shkallët e përgjithshme të zbulimit të Salmonelës u ulën ndërsa zogjtë plakeshin, siç konfirmohet nga analiza taksonomike e mikrobiomës, dhe bollëku relativ i sekuencave të Salmonelës gjithashtu u ul me kalimin e kohës. Autorët vërejnë se, ndërsa broilerat plakeshin, diversiteti i popullatës mikrobike cekale u rrit, me ndryshimet më të rëndësishme në florën gastrointestinale të vërejtura në të gjitha grupet e trajtimit. Në një studim të kohëve të fundit, Hu et al. (149) krahasuan efektet e pirjes së ujit dhe ushqyerjes me një dietë të plotësuar me një përzierje acidesh organike (acid formik, acid acetik, acid propionik dhe format amoniumi) dhe virginiamicinë në mostrat e mikrobiomës cekale nga pulat broilerë të mbledhura në dy faza (1-21 ditë dhe 22-42 ditë). Megjithëse u vunë re disa ndryshime në diversitetin e mikrobiomës cekale midis grupeve të trajtimit në moshën 21 ditë, nuk u zbuluan ndryshime në diversitetin e baktereve α- ose β- në moshën 42 ditë. Duke pasur parasysh mungesën e ndryshimeve në moshën 42 ditë, autorët hipotezuan se avantazhi i rritjes mund të jetë për shkak të krijimit më të hershëm të një mikrobiome optimalisht të larmishme.
Analiza e mikrobiomës që përqendrohet vetëm në komunitetin mikrobik cekal mund të mos pasqyrojë se ku ndodhin shumica e efekteve të acideve organike dietike në traktin gastrointestinal. Mikrobioma e traktit të sipërm gastrointestinal të pulave broiler mund të jetë më e ndjeshme ndaj efekteve të acideve organike dietike, siç sugjerohet nga rezultatet e Hume et al. (128). Hume et al. (128) treguan se pjesa më e madhe e propionatit të shtuar ekzogjenisht u absorbua në traktin e sipërm gastrointestinal të zogjve. Studimet e fundit mbi karakterizimin e mikroorganizmave gastrointestinal gjithashtu mbështesin këtë pikëpamje. Nava et al. (150) treguan se një kombinim i një përzierjeje të acideve organike [acid DL-2-hidroksi-4(metiltio)butirik], acidit formik dhe acidit propionik (HFP) ndikoi në mikrobiotën e zorrëve dhe rriti kolonizimin e Lactobacillus në ileumin e pulave. Kohët e fundit, Goodarzi Borojeni et al. (150) treguan se një kombinim i përzierjes së acidit organik [acid DL-2-hidroksi-4(metiltio)butirik], acidit formik dhe acidit propionik (HFP) ndikoi në mikrobiotën e zorrëve dhe rriti kolonizimin e Lactobacillus në ileumin e pulave. (151) studioi ushqyerjen e pulave broiler me një përzierje të acidit formik dhe acidit propionik në dy përqendrime (0.75% dhe 1.50%) për 35 ditë. Në fund të eksperimentit, u hoqën të korrat, stomaku, dy të tretat distale të ileumit dhe cekumi dhe u morën mostra për analizë sasiore të florës specifike gastrointestinale dhe metabolitëve duke përdorur RT-PCR. Në kulturë, përqendrimi i acideve organike nuk ndikoi në bollëkun e Lactobacillus ose Bifidobacterium, por rriti popullatën e Clostridium. Në ileum, ndryshimet e vetme ishin një rënie në Lactobacillus dhe Enterobacter, ndërsa në cekum kjo florë mbeti e pandryshuar (151). Në përqendrimin më të lartë të suplementeve të acidit organik, përqendrimi total i acidit laktik (D dhe L) u ul në kulturë, përqendrimi i të dy acideve organike u ul në stomak, dhe përqendrimi i acideve organike ishte më i ulët në cekum. Nuk pati ndryshime në ileum. Lidhur me acidet yndyrore me zinxhir të shkurtër (SCFA), ndryshimi i vetëm në kulturë dhe stomak të zogjve të ushqyer me acide organike ishte në nivelin e propionatit. Zogjtë e ushqyer me përqendrimin më të ulët të acidit organik treguan një rritje pothuajse dhjetëfish të propionatit në kulturë, ndërsa zogjtë e ushqyer me dy përqendrimet e acidit organik treguan një rritje tetëfish dhe pesëmbëdhjetëfish të propionatit në stomak, përkatësisht. Rritja e acetatit në ileum ishte më pak se dyfish. Në përgjithësi, këto të dhëna mbështesin pikëpamjen se shumica e efekteve të aplikimit të jashtëm të acidit organik ishin të dukshme në rendiment, ndërsa acidet organike kishin efekte minimale në komunitetin mikrobik të gastrointestinal të poshtëm, duke sugjeruar që modelet e fermentimit të florës rezidente të gastrointestinal të sipërm mund të jenë ndryshuar.
Është e qartë se nevojitet një karakterizim më i thelluar i mikrobiomës për të sqaruar plotësisht përgjigjet mikrobike ndaj formatit në të gjithë traktin gastrointestinal. Një analizë më e thelluar e taksonomisë mikrobike të ndarjeve specifike gastrointestinale, veçanërisht ndarjeve të sipërme siç është bima, mund të ofrojë më shumë informacion mbi përzgjedhjen e grupeve të caktuara të mikroorganizmave. Aktivitetet e tyre metabolike dhe enzimatike mund të përcaktojnë gjithashtu nëse ato kanë një marrëdhënie antagoniste me patogjenët që hyjnë në traktin gastrointestinal. Do të ishte gjithashtu interesante të kryheshin analiza metagenomike për të përcaktuar nëse ekspozimi ndaj aditivëve kimikë acidikë gjatë jetës së zogjve përzgjedh bakteret rezidente më "tolerante ndaj acidit", dhe nëse prania dhe/ose aktiviteti metabolik i këtyre baktereve do të përfaqësonte një pengesë shtesë për kolonizimin e patogjenëve.
Acidi formik është përdorur për shumë vite si një shtesë kimike në ushqimin e kafshëve dhe si një acidifikues i silosit. Një nga përdorimet e tij kryesore është veprimi i tij antimikrobik për të kufizuar numrin e patogjenëve në ushqim dhe kolonizimin e tyre të mëvonshëm në traktin gastrointestinal të shpendëve. Studimet in vitro kanë treguar se acidi formik është një agjent antimikrobik relativisht efektiv kundër Salmonelës dhe patogjenëve të tjerë. Megjithatë, përdorimi i acidit formik në matricat e ushqimit mund të kufizohet nga sasia e lartë e lëndës organike në përbërësit e ushqimit dhe kapaciteti i tyre potencial tamponues. Acidi formik duket se ka një efekt antagonist ndaj Salmonelës dhe patogjenëve të tjerë kur gëlltitet nëpërmjet ushqimit ose ujit të pijshëm. Megjithatë, ky antagonizëm ndodh kryesisht në traktin e sipërm gastrointestinal, pasi përqendrimet e acidit formik mund të ulen në traktin e poshtëm gastrointestinal, siç është rasti me acidin propionik. Koncepti i mbrojtjes së acidit formik nëpërmjet enkapsulimit ofron një qasje të mundshme për të dhënë më shumë acid në traktin e poshtëm gastrointestinal. Për më tepër, studimet kanë treguar se një përzierje e acideve organike është më efektive në përmirësimin e performancës së shpendëve sesa administrimi i një acidi të vetëm (152). Kampilobakteri në traktin gastrointestinal mund të reagojë ndryshe ndaj formatit, pasi mund ta përdorë formatin si dhurues elektronesh, dhe formati është burimi i tij kryesor i energjisë. Nuk është e qartë nëse rritja e përqendrimeve të formatit në traktin gastrointestinal do të ishte e dobishme për Kampilobakterin, dhe kjo mund të mos ndodhë në varësi të florës tjetër gastrointestinale që mund ta përdorë formatin si substrat.
Nevojiten studime shtesë për të hetuar efektet e acidit formik gastrointestinal në mikrobet rezidente gastrointestinale jo-patogjene. Ne preferojmë të synojmë në mënyrë selektive patogjenët pa prishur anëtarët e mikrobiomës gastrointestinale që janë të dobishëm për strehuesin. Megjithatë, kjo kërkon një analizë më të thelluar të sekuencës së mikrobiomës së këtyre komuniteteve mikrobike rezidente gastrointestinale. Megjithëse janë publikuar disa studime mbi mikrobiomën cekale të zogjve të trajtuar me acid formik, nevojitet më shumë vëmendje ndaj komunitetit mikrobial të pjesës së sipërme gastrointestinale. Identifikimi i mikroorganizmave dhe krahasimi i ngjashmërive midis komuniteteve mikrobike gastrointestinale në prani ose mungesë të acidit formik mund të jetë një përshkrim i paplotë. Analiza shtesë, duke përfshirë metabolomikën dhe metagenomikën, janë të nevojshme për të karakterizuar ndryshimet funksionale midis grupeve të ngjashme në përbërje. Një karakterizim i tillë është kritik për të vendosur marrëdhënien midis komunitetit mikrobik gastrointestinal dhe përgjigjeve të performancës së zogjve ndaj përmirësuesve të bazuar në acid formik. Kombinimi i qasjeve të shumëfishta për të karakterizuar më saktë funksionin gastrointestinal duhet të mundësojë zhvillimin e strategjive më efektive të plotësimit të acidit organik dhe në fund të fundit të përmirësojë parashikimet e shëndetit dhe performancës optimale të zogjve, duke kufizuar rreziqet e sigurisë ushqimore.
SR e shkroi këtë përmbledhje me ndihmën e DD dhe KR. Të gjithë autorët dhanë kontribute të konsiderueshme në punën e paraqitur në këtë përmbledhje.
Autorët deklarojnë se ky vlerësim mori fonde nga Anitox Corporation për të filluar shkrimin dhe botimin e këtij vlerësimi. Financuesit nuk kishin ndikim në pikëpamjet dhe përfundimet e shprehura në këtë artikull vlerësimi ose në vendimin për ta botuar atë.
Autorët e mbetur deklarojnë se hulumtimi është kryer në mungesë të ndonjë marrëdhënieje tregtare ose financiare që mund të interpretohet si një konflikt i mundshëm interesi.
Dr. DD dëshiron të falënderojë për mbështetjen nga Shkolla Pasuniversitare e Universitetit të Arkansasit përmes një Burse për Mësimdhënie të Shquar, si dhe për mbështetjen e vazhdueshme nga Programi i Biologjisë Qelizore dhe Molekulare të Universitetit të Arkansasit dhe Departamenti i Shkencave Ushqimore. Përveç kësaj, autorët dëshirojnë të falënderojnë Anitox për mbështetjen fillestare në shkrimin e këtij vlerësimi.
1. Dibner JJ, Richards JD. Përdorimi i antibiotikëve që stimulojnë rritjen në bujqësi: historia dhe mekanizmat e veprimit. Poultry Science (2005) 84:634–43. doi: 10.1093/ps/84.4.634
2. Jones FT, Rick SC. Historia e zhvillimit dhe mbikëqyrjes së antimikrobikëve në ushqimin e shpendëve. Poultry Science (2003) 82:613–7. doi: 10.1093/ps/82.4.613
3. Broom LJ. Teoria subinhibitore e nxitësve të rritjes së antibiotikëve. Poultry Science (2017) 96:3104–5. doi: 10.3382/ps/pex114
4. Sorum H, L'Abe-Lund TM. Rezistenca ndaj antibiotikëve në bakteret e transmetuara nga ushqimi - pasojat e ndërprerjeve në rrjetet gjenetike globale bakteriale. Revista Ndërkombëtare e Mikrobiologjisë Ushqimore (2002) 78:43–56. doi: 10.1016/S0168-1605(02)00241-6
5. Van Immerseel F, Cauwaerts K, Devriese LA, Heesebroek F, Ducatel R. Aditivë ushqimorë për kontrollin e Salmonelës në ushqim. Revista Botërore e Shkencës së Shpendëve (2002) 58:501–13. doi: 10.1079/WPS20020036
6. Angulo FJ, Baker NL, Olsen SJ, Anderson A, Barrett TJ. Përdorimi i antimikrobikëve në bujqësi: kontrollimi i transmetimit të rezistencës antimikrobike tek njerëzit. Seminare mbi Sëmundjet Infektive Pediatrike (2004) 15:78–85. doi: 10.1053/j.spid.2004.01.010
7. Lekshmi M, Ammini P, Kumar S, Varela MF. Mjediset e prodhimit të ushqimit dhe evolucioni i rezistencës antimikrobike në patogjenët njerëzorë me origjinë shtazore. Mikrobiologjia (2017) 5:11. doi: 10.3390/microorganisms5010011
8. Lourenço JM, Seidel DS, Callaway TR. Kapitulli 9: Antibiotikët dhe funksioni i zorrëve: historia dhe statusi aktual. Në: Ricke SC, red. Përmirësimi i shëndetit të zorrëve te shpendët. Kembrixh: Burley Dodd (2020). Faqet 189–204. DOI: 10.19103/AS2019.0059.10
9. Rick SC. Nr. 8: Higjiena e ushqimit. Në: Dewulf J, van Immerzeel F, eds. Biosiguria në prodhimin e kafshëve dhe mjekësinë veterinare. Leuven: ACCO (2017). Faqe 144–76.