Tento článek je součástí výzkumného tématu „Použití antimikrobiálních látek, antimikrobiální rezistence a mikrobiom zvířat určených k produkci potravin“. Zobrazit všech 13 článků
Organické kyseliny jsou i nadále velmi žádané jako doplňkové látky do krmiv pro zvířata. Doposud se pozornost zaměřovala na bezpečnost potravin, zejména na snižování výskytu patogenů přenášených potravinami u drůbeže a dalších zvířat. Několik organických kyselin je v současné době studováno nebo se již komerčně využívá. Mezi mnoha organickými kyselinami, které byly rozsáhle studovány, je jednou z nich kyselina mravenčí. Kyselina mravenčí se přidává do drůbeží stravy, aby se omezila přítomnost salmonely a dalších patogenů přenášených potravinami v krmivu a v gastrointestinálním traktu po požití. S rostoucím pochopením účinnosti a dopadu kyseliny mravenčí na hostitele a patogeny přenášené potravinami je stále jasnější, že přítomnost kyseliny mravenčí může u salmonely spustit specifické metabolické dráhy. Tato reakce se může stát složitější, když kyselina mravenčí vstoupí do gastrointestinálního traktu a interaguje nejen se salmonelou, která již gastrointestinální trakt kolonizuje, ale také s vlastní mikrobiální flórou střeva. Tato studie se bude zabývat současnými výsledky a perspektivami dalšího výzkumu mikrobiomu drůbeže a krmiv ošetřených kyselinou mravenčí.
V chovu hospodářských zvířat i drůbeže je výzvou vyvinout strategie řízení, které optimalizují růst a produktivitu a zároveň omezují rizika pro bezpečnost potravin. Historicky podávání antibiotik v subterapeutických koncentracích zlepšilo zdraví, welfare a produktivitu zvířat (1–3). Z hlediska mechanismu účinku bylo navrženo, že antibiotika podávaná v subinhibičních koncentracích zprostředkovávají reakce hostitele modulací gastrointestinální (GI) flóry a následně jejich interakcí s hostitelem (3). Nicméně přetrvávající obavy z potenciálního šíření patogenů rezistentních na antibiotika z potravin a jejich potenciální souvislosti s infekcemi rezistentními na antibiotika u lidí vedly k postupnému ukončení používání antibiotik u hospodářských zvířat (4–8). Proto je vývoj doplňkových látek a zlepšovačů krmiv, které splňují alespoň některé z těchto požadavků (zlepšení zdraví, welfare a produktivity zvířat), velmi zajímavý jak z hlediska akademického výzkumu, tak z hlediska komerčního vývoje (5, 9). Na trh s krmivy pro zvířata vstoupila řada komerčních doplňkových látek, včetně probiotik, prebiotik, esenciálních olejů a příbuzných sloučenin z různých rostlinných zdrojů a chemikálií, jako jsou aldehydy (10–14). Mezi další komerční krmné přísady běžně používané u drůbeže patří bakteriofágy, oxid zinečnatý, exogenní enzymy, produkty kompetitivního vyloučení a kyselé sloučeniny (15, 16).
Mezi existujícími chemickými krmnými doplňky byly aldehydy a organické kyseliny historicky nejčastěji studovanými a používanými sloučeninami (12, 17–21). Organické kyseliny, zejména mastné kyseliny s krátkým řetězcem (SCFA), jsou dobře známými antagonisty patogenních bakterií. Tyto organické kyseliny se používají jako krmné doplňky nejen k omezení přítomnosti patogenů v krmivové matrici, ale také k aktivnímu působení na gastrointestinální funkce (17, 20–24). SCFA jsou navíc produkovány fermentací střevní flórou v trávicím traktu a předpokládá se, že hrají mechanistickou roli ve schopnosti některých probiotik a prebiotik působit proti patogenům požitým v gastrointestinálním traktu (21, 23, 25).
V průběhu let přitahovaly různé mastné kyseliny s krátkým řetězcem (SCFA) velkou pozornost jako doplňkové látky do krmiv. Zejména propionát, butyrát a formiát byly předmětem řady studií a komerčních aplikací (17, 20, 21, 23, 24, 26). Zatímco rané studie se zaměřovaly na kontrolu patogenů přenášených potravinami v krmivech pro zvířata a drůbež, novější studie přesunuly své zaměření na celkové zlepšení výkonnosti zvířat a zdraví gastrointestinálního traktu (20, 21, 24). Acetát, propionát a butyrát přitahovaly velkou pozornost jako organické kyselé doplňkové látky do krmiv, mezi nimiž je slibným kandidátem také kyselina mravenčí (21, 23). Velká pozornost se zaměřuje na aspekty bezpečnosti potravin spojené s kyselinou mravenčí, zejména na snížení výskytu patogenů přenášených potravinami v krmivech pro hospodářská zvířata. Zvažují se však i další možná využití. Celkovým cílem této studie je prozkoumat historii a současný stav kyseliny mravenčí jako přísady do krmiv pro hospodářská zvířata (obrázek 1). V této studii se budeme zabývat antibakteriálním mechanismem kyseliny mravenčí. Kromě toho se blíže podíváme na jeho účinky na hospodářská zvířata a drůbež a probereme možné metody ke zlepšení jeho účinnosti.
Obr. 1. Myšlenková mapa témat probíraných v této recenzi. Zejména se zaměřila na následující obecné cíle: popsat historii a současný stav kyseliny mravenčí jako přísady ke zlepšení krmiv pro hospodářská zvířata, antimikrobiální mechanismy kyseliny mravenčí a dopad jejího použití na zdraví zvířat a drůbeže a potenciální metody ke zlepšení účinnosti.
Výroba krmiva pro hospodářská zvířata a drůbež je složitá operace zahrnující několik kroků, včetně fyzikálního zpracování obilí (např. mletí za účelem zmenšení velikosti částic), tepelného zpracování pro peletování a přidávání různých živin do stravy v závislosti na specifických nutričních potřebách zvířete (27). Vzhledem k této složitosti není divu, že zpracování krmiv vystavuje obilí řadě faktorů prostředí předtím, než se dostane do krmivárny, během mletí a následně během přepravy a krmení v krmných dávkách (9, 21, 28). V průběhu let byla tedy v krmivech identifikována velmi rozmanitá skupina mikroorganismů, včetně nejen bakterií, ale také bakteriofágů, hub a kvasinek (9, 21, 28–31). Některé z těchto kontaminantů, jako jsou některé houby, mohou produkovat mykotoxiny, které představují zdravotní riziko pro zvířata (32–35).
Bakteriální populace mohou být relativně rozmanité a do jisté míry závisí na příslušných metodách použitých k izolaci a identifikaci mikroorganismů, jakož i na zdroji vzorku. Například profil mikrobiálního složení se může lišit před tepelným zpracováním spojeným s peletizací (36). Ačkoli klasické metody kultivace a destičkového nátěru poskytly určité informace, nedávné použití metody sekvenování nové generace (NGS) na bázi genu 16S rRNA poskytlo komplexnější posouzení komunity pícninného mikrobiomu (9). Když Solanki a kol. (37) zkoumali bakteriální mikrobiom pšeničných zrn skladovaných po určitou dobu v přítomnosti fosfinu, fumigantu na hubení hmyzu, zjistili, že mikrobiom byl po sklizni a po 3 měsících skladování rozmanitější. Dále Solanki a kol. (37) (37) prokázali, že Proteobacteria, Firmicutes, Actinobacteria, Bacteroidetes a Planctomyces byly dominantními kmeny v pšeničných zrnech, Bacillus, Erwinia a Pseudomonas byly dominantními rody a Enterobacteriaceae tvořily menší podíl. Na základě taxonomických srovnání dospěli k závěru, že fumigace fosfinem významně změnila bakteriální populace, ale neovlivnila rozmanitost hub.
Solanki a kol. (37) ukázali, že krmiva mohou také obsahovat patogeny přenášené potravinami, které mohou způsobovat problémy veřejného zdraví, a to na základě detekce enterobakterií v mikrobiomu. Patogeny přenášené potravinami, jako jsou Clostridium perfringens, Clostridium botulinum, Salmonella, Campylobacter, Escherichia coli O157:H7 a Listeria monocytogenes, byly spojovány s krmivy a siláží pro zvířata (9, 31, 38). Perzistence dalších patogenů přenášených potravinami v krmivech pro zvířata a drůbež není v současné době známa. Ge a kol. (39) provedli screening více než 200 složek krmiv pro zvířata a izolovali Salmonelu, E. coli a enterokoky, ale neprokázali E. coli O157:H7 ani Campylobacter. Matrice, jako je suché krmivo, však mohou sloužit jako zdroj patogenní E. coli. Při sledování zdroje ohniska séroskupin O121 a O26 produkující Shiga toxin Escherichia coli (STEC) v roce 2016, spojeného s lidskými onemocněními, Crowe a kol. (40) použili sekvenování celého genomu k porovnání klinických izolátů s izoláty získanými z potravinářských výrobků. Na základě tohoto srovnání dospěli k závěru, že pravděpodobným zdrojem byla nízkovlhčná surová pšeničná mouka z mlýnů. Nízký obsah vlhkosti v pšeničné mouce naznačuje, že STEC může přežít i v krmivech pro zvířata s nízkým obsahem vlhkosti. Jak však poznamenávají Crowe a kol. (40), izolace STEC ze vzorků mouky je obtížná a vyžaduje imunomagnetické separační metody k získání dostatečného počtu bakteriálních buněk. Podobné diagnostické procesy mohou také komplikovat detekci a izolaci vzácných patogenů přenášených potravinami v krmivech pro zvířata. Obtížnost detekce může být také způsobena dlouhou perzistencí těchto patogenů v matricích s nízkým obsahem vlhkosti. Forghani a kol. (41) prokázali, že pšeničná mouka skladovaná při pokojové teplotě a inokulovaná směsí enterohemoragické Escherichia coli (EHEC) séroskupin O45, O121 a O145 a Salmonella (S. Typhimurium, S. Agona, S. Enteritidis a S. Anatum) byla kvantifikovatelná po 84 a 112 dnech a stále detekovatelná po 24 a 52 týdnech.
Historicky nebyl Campylobacter nikdy izolován z krmiva pro zvířata a drůbež tradičními kultivačními metodami (38, 39), ačkoli Campylobacter lze snadno izolovat z gastrointestinálního traktu drůbeže a drůbežích produktů (42, 43). Krmivo má však stále své výhody jako potenciální zdroj. Například Alves a kol. (44) prokázali, že inokulace krmiva pro vykrmovaná kuřata bakterií C. jejuni a následné skladování krmiva při dvou různých teplotách po dobu 3 nebo 5 dnů vedlo k obnovení životaschopné bakterie C. jejuni a v některých případech dokonce k jejímu šíření. Došli k závěru, že C. jejuni může jistě přežít v krmivu pro drůbež, a proto může být potenciálním zdrojem infekce pro kuřata.
Kontaminace krmiv pro zvířata a drůbež salmonelou se v minulosti těšila velké pozornosti a zůstává předmětem neustálého úsilí o vývoj detekčních metod specificky použitelných pro krmiva a o nalezení účinnějších kontrolních opatření (12, 26, 30, 45–53). V průběhu let mnoho studií zkoumalo izolaci a charakterizaci salmonely v různých krmivářských zařízeních a závodech na výrobu krmiv (38, 39, 54–61). Celkově tyto studie naznačují, že salmonelu lze izolovat z různých krmných složek, zdrojů krmiv, typů krmiv a provozů při výrobě krmiv. Míra prevalence a převládající izolované sérotypy salmonely se také lišily. Například Li a kol. (57) potvrdili přítomnost Salmonella spp. Byla detekována u 12,5 % z 2058 vzorků odebraných z kompletních krmiv pro zvířata, krmných složek, krmiv pro domácí zvířata, pamlsků pro domácí zvířata a doplňků stravy pro domácí zvířata během období sběru dat 2002 až 2009. Kromě toho byly nejčastějšími sérotypy detekovanými u 12,5 % vzorků Salmonella, které byly pozitivně testovány, S. Senftenberg a S. Montevideo (57). Ve studii potravin určených k přímé spotřebě a vedlejších produktů krmiv pro zvířata v Texasu Hsieh a kol. (58) uvedli, že nejvyšší prevalence Salmonella byla v rybí moučce, následované živočišnými bílkovinami, přičemž S. Mbanka a S. Montevideo byly nejčastějšími sérotypy. Krmné závody také představují několik potenciálních bodů kontaminace krmiva během míchání a přidávání ingrediencí (9, 56, 61). Magossi a kol. (61) byli schopni prokázat, že během výroby krmiv ve Spojených státech může dojít k více bodům kontaminace. Magossi a kol. (61) dokonce zjistili alespoň jednu pozitivní kulturu Salmonella v 11 krmných závodech (celkem 12 míst odběru vzorků) v osmi státech Spojených států. Vzhledem k potenciálu kontaminace salmonelou během manipulace s krmivem, přepravy a každodenního krmení není překvapivé, že se vynakládá značné úsilí na vývoj krmných doplňků, které mohou snížit a udržet nízkou úroveň mikrobiální kontaminace v celém cyklu živočišné výroby.
O mechanismu specifické reakce Salmonely na kyselinu mravenčí je známo jen málo. Huang a kol. (62) však naznačili, že kyselina mravenčí je přítomna v tenkém střevě savců a že Salmonella spp. jsou schopny produkovat kyselinu mravenčí. Huang a kol. (62) použili řadu delečních mutantů klíčových drah k detekci exprese genů virulence Salmonely a zjistili, že mravenčan může působit jako difuzibilní signál k indukci invaze Salmonely do epiteliálních buněk Hep-2. Nedávno Liu a kol. (63) izolovali transportér mravenčanu, FocA, ze Salmonella typhimurium, který funguje jako specifický kanál pro mravenčan při pH 7,0, ale může také fungovat jako pasivní exportní kanál při vysokém externím pH nebo jako sekundární aktivní kanál pro import mravenčanu/vodíkových iontů při nízkém pH. Tato studie však byla provedena pouze na jednom sérotypu S. Typhimurium. Otázkou zůstává, zda všechny sérotypy reagují na kyselinu mravenčí podobnými mechanismy. Toto zůstává kritickou výzkumnou otázkou, kterou by měly být řešeny budoucí studie. Bez ohledu na výsledky je i nadále rozumné použít více sérotypů Salmonella nebo dokonce více kmenů každého sérotypu ve screeningových experimentech při vývoji obecných doporučení pro používání kyselých doplňků ke snížení hladiny Salmonella v krmivu. Novější přístupy, jako je použití genetického čárového kódování ke kódování kmenů pro rozlišení různých podskupin stejného sérotypu (9, 64), nabízejí možnost rozpoznat jemnější rozdíly, které mohou ovlivnit závěry a interpretaci rozdílů.
Důležitá může být i chemická povaha a disociační forma mravenčanu. V sérii studií Beyer a kol. (65–67) prokázali, že inhibice Enterococcus faecium, Campylobacter jejuni a Campylobacter coli korelovala s množstvím disociované kyseliny mravenčí a byla nezávislá na pH nebo nedisociované kyselině mravenčí. Důležitá se jeví i chemická forma mravenčanu, které jsou bakterie vystaveny. Kovanda a kol. (68) provedli screening několika gramnegativních a grampozitivních organismů a porovnali minimální inhibiční koncentrace (MIC) mravenčanu sodného (500–25 000 mg/l) a směsi mravenčanu sodného a volného mravenčanu (40/60 m/v; 10–10 000 mg/l). Na základě hodnot MIC zjistili, že mravenčan sodný byl inhibiční pouze proti Campylobacter jejuni, Clostridium perfringens, Streptococcus suis a Streptococcus pneumoniae, ale ne proti Escherichia coli, Salmonella typhimurium nebo Enterococcus faecalis. Naproti tomu směs mravenčanu sodného a volného mravenčanu sodného byla inhibiční proti všem organismům, což vedlo autory k závěru, že volná kyselina mravenčí má většinu antimikrobiálních vlastností. Bylo by zajímavé zkoumat různé poměry těchto dvou chemických forem, aby se zjistilo, zda rozsah hodnot MIC koreluje s hladinou kyseliny mravenčí přítomné ve směsi a reakcí na 100% kyselinu mravenčí.
Gomez-Garcia a kol. (69) testovali kombinace esenciálních olejů a organických kyselin (jako je kyselina mravenčí) proti více izolátům Escherichia coli, Salmonella a Clostridium perfringens získaným z prasat. Testovali účinnost šesti organických kyselin, včetně kyseliny mravenčí, a šesti esenciálních olejů proti izolátům z prasat s použitím formaldehydu jako pozitivní kontroly. Gomez-García a kol. (69) stanovili MIC50, MBC50 a MIC50/MBC50 kyseliny mravenčí proti Escherichia coli (600 a 2400 ppm, 4), Salmonella (600 a 2400 ppm, 4) a Clostridium perfringens (1200 a 2400 ppm, 2), z nichž kyselina mravenčí byla shledána účinnější než všechny organické kyseliny proti E. coli a Salmonella. (69) Kyselina mravenčí je účinná proti Escherichia coli a Salmonella díky své malé molekulové velikosti a dlouhému řetězci (70).
Beyer a kol. provedli screening kmenů Campylobacter izolovaných z prasat (66) a kmenů Campylobacter jejuni izolovaných z drůbeže (67) a ukázali, že kyselina mravenčí disociuje v koncentracích odpovídajících odpovědím MIC měřeným pro jiné organické kyseliny. Relativní účinnost těchto kyselin, včetně kyseliny mravenčí, však byla zpochybněna, protože Campylobacter může tyto kyseliny využívat jako substráty (66, 67). Využití kyselin C. jejuni není překvapivé, protože bylo prokázáno, že má neglykolytický metabolismus. C. jejuni má tedy omezenou kapacitu pro katabolismus sacharidů a pro většinu svého energetického metabolismu a biosyntetické aktivity se spoléhá na glukoneogenezi z aminokyselin a organických kyselin (71, 72). Raná studie Line a kol. (73) použila fenotypové pole obsahující 190 zdrojů uhlíku a ukázala, že C. jejuni 11168(GS) může využívat organické kyseliny jako zdroje uhlíku, z nichž většina jsou meziprodukty cyklu trikarboxylových kyselin. Další studie Wagliho a kol. (74) s použitím fenotypového pole využití uhlíku ukázali, že kmeny C. jejuni a E. coli zkoumané v jejich studii jsou schopny růst na organických kyselinách jako zdroji uhlíku. Mravenčan je hlavním donorem elektronů pro respirační energetický metabolismus C. jejuni, a proto je hlavním zdrojem energie pro C. jejuni (71, 75). C. jejuni je schopen využívat mravenčan jako donor vodíku prostřednictvím membránově vázaného komplexu formiátdehydrogenázy, který oxiduje mravenčan na oxid uhličitý, protony a elektrony a slouží jako donor elektronů pro dýchání (72).
Kyselina mravenčí má dlouhou historii používání jako antimikrobiální přísada do krmiva, ale některý hmyz může také produkovat kyselinu mravenčí pro použití jako antimikrobiální obranná chemikálie. Rossini a kol. (76) naznačili, že kyselina mravenčí může být složkou kyselé mízy mravenců, kterou popsal Ray (77) téměř před 350 lety. Od té doby se naše chápání produkce kyseliny mravenčí u mravenců a jiného hmyzu značně rozšířilo a nyní je známo, že tento proces je součástí komplexního obranného systému proti toxinům u hmyzu (78). Je známo, že různé skupiny hmyzu, včetně bezžihadlých včel, špičatých mravenců (Hymenoptera: Apidae), střevlíků (Galerita lecontei a G. janus), bezžihadlých mravenců (Formicinae) a některých larev můr (Lepidoptera: Myrmecophaga), produkují kyselinu mravenčí jako obrannou chemikálii (76, 78–82).
Mravenci jsou pravděpodobně nejlépe charakterizováni, protože mají acidocyty, specializované otvory, které jim umožňují rozprašovat jed složený převážně z kyseliny mravenčí (82). Mravenci používají serin jako prekurzor a ukládají velké množství mravenčanu ve svých jedových žlázách, které jsou dostatečně izolované, aby chránily hostitelské mravence před cytotoxicitou mravenčanu, dokud není rozprašován (78, 83). Kyselina mravenčí, kterou vylučují, může (1) sloužit jako poplašný feromon k přilákání dalších mravenců; (2) být obrannou chemikálií proti konkurentům a predátorům; a (3) působit jako antimykotikum a antibakteriální činidlo v kombinaci s pryskyřicí jako součástí materiálu hnízda (78, 82, 84–88). Kyselina mravenčí produkovaná mravenci má antimikrobiální vlastnosti, což naznačuje, že by mohla být použita jako topická přísada. To prokázali Bruch a kol. (88), kteří přidali do pryskyřice syntetickou kyselinu mravenčí a výrazně zlepšili antimykotickou aktivitu. Dalším důkazem účinnosti kyseliny mravenčí a její biologické užitečnosti je, že obří mravenečníci, kteří nejsou schopni produkovat žaludeční kyselinu, konzumují mravence obsahující kyselinu mravenčí, aby si zajistili koncentrovanou kyselinu mravenčí jako alternativní trávicí kyselinu (89).
Praktické využití kyseliny mravenčí v zemědělství je zvažováno a studováno již mnoho let. Kyselinu mravenčí lze použít zejména jako přísadu do krmiv pro zvířata a siláže. Mravenčan sodný v pevné i kapalné formě je považován za bezpečný pro všechny druhy zvířat, spotřebitele a životní prostředí (90). Na základě jejich posouzení (90) byla maximální koncentrace 10 000 mg ekvivalentů kyseliny mravenčí/kg krmiva považována za bezpečnou pro všechny druhy zvířat, zatímco maximální koncentrace 12 000 mg ekvivalentů kyseliny mravenčí/kg krmiva byla považována za bezpečnou pro prasata. Použití kyseliny mravenčí jako přísady do krmiv pro zvířata je studováno již mnoho let. Předpokládá se, že má komerční hodnotu jako konzervant siláže a antimikrobiální činidlo v krmivech pro zvířata a drůbež.
Chemické přísady, jako jsou kyseliny, byly vždy nedílnou součástí produkce siláže a managementu krmiv (91, 92). Borreani a kol. (91) poznamenali, že pro dosažení optimální produkce vysoce kvalitní siláže je nutné udržovat kvalitu píce a zároveň zachovat co nejvíce sušiny. Výsledkem takové optimalizace je minimalizace ztrát ve všech fázích silážního procesu: od počátečních aerobních podmínek v silu až po následnou fermentaci, skladování a opětovné otevření sila pro krmení. Specifické metody pro optimalizaci produkce polní siláže a následné fermentace siláže byly podrobně diskutovány jinde (91, 93-95) a zde nebudou podrobně diskutovány. Hlavním problémem je oxidační znehodnocení způsobené kvasinkami a plísněmi, pokud je v siláži přítomen kyslík (91, 92). Proto byly zavedeny biologické inokulanty a chemické přísady, které působí proti nepříznivým účinkům kazení (91, 92). Mezi další aspekty použití silážních přísad patří omezení šíření patogenů, které mohou být v siláži přítomny (např. patogenní E. coli, Listeria a Salmonella), a také hub produkujících mykotoxiny (96–98).
Mack a kol. (92) rozdělili kyselé přísady do dvou kategorií. Kyseliny, jako je kyselina propionová, octová, sorbová a benzoová, udržují aerobní stabilitu siláže při krmení přežvýkavců omezením růstu kvasinek a plísní (92). Mack a kol. (92) oddělili kyselinu mravenčí od ostatních kyselin a považovali ji za přímé okyselovač, který inhibuje klostridie a mikroorganismy způsobující kazení a zároveň zachovává integritu silážních proteinů. V praxi jsou jejich solné formy nejběžnějšími chemickými formami, aby se zabránilo korozivním vlastnostem kyselin v nesolné formě (91). Mnoho výzkumných skupin také studovalo kyselinu mravenčí jako kyselou přísadu do siláže. Kyselina mravenčí je známá svým rychlým okyselovacím potenciálem a inhibičním účinkem na růst škodlivých silážních mikroorganismů, které snižují obsah bílkovin a ve vodě rozpustných sacharidů v siláži (99). He a kol. (92) proto porovnali kyselinu mravenčí s kyselými přísadami v siláži. (100) prokázali, že kyselina mravenčí může inhibovat Escherichia coli a snižovat pH siláže. Bakteriální kultury produkující kyselinu mravenčí a mléčnou byly také přidány do siláže, aby se stimulovalo okyselení a produkce organických kyselin (101). Cooley a kol. (101) dokonce zjistili, že když byla siláž okyselena 3% (hm./obj.) kyselinou mravenčí, produkce kyseliny mléčné a mravenčí překročila 800, respektive 1000 mg organické kyseliny/100 g vzorku. Mack a kol. (92) podrobně zhodnotili výzkumnou literaturu o silážních přísadách, včetně studií publikovaných od roku 2000, které se zaměřovaly na kyselinu mravenčí a další kyseliny a/nebo je zahrnovaly. Tato recenze proto nebude podrobně rozebírat jednotlivé studie, ale pouze shrne některé klíčové body týkající se účinnosti kyseliny mravenčí jako chemické silážní přísady. Byla studována jak nepuferovaná, tak pufrovaná kyselina mravenčí a ve většině případů Clostridium spp. Její relativní aktivity (příjem sacharidů, bílkovin a laktátu a vylučování butyrátu) mají tendenci klesat, zatímco produkce amoniaku a butyrátu se snižuje a retence sušiny se zvyšuje (92). Existují omezení účinku kyseliny mravenčí, ale její použití jako přísady do siláže v kombinaci s jinými kyselinami se zdá být schopno některé z těchto problémů překonat (92).
Kyselina mravenčí může inhibovat patogenní bakterie, které představují riziko pro lidské zdraví. Například Pauly a Tam (102) inokulovali malá laboratorní sila bakterií L. monocytogenes obsahující tři různé úrovně sušiny (200, 430 a 540 g/kg) jílku a poté je doplnili kyselinou mravenčí (3 ml/kg) nebo bakteriemi mléčného kvašení (8 × 105/g) a celulózovými enzymy. Uvedli, že obě ošetření snížila množství L. monocytogenes na nedetekovatelné hladiny v siláži s nízkým obsahem sušiny (200 g/kg). V siláži se středním obsahem sušiny (430 g/kg) však byla L. monocytogenes stále detekovatelná i po 30 dnech v siláži ošetřené kyselinou mravenčí. Snížení množství L. monocytogenes se zdálo být spojeno s nižším pH, kyselinou mléčnou a kombinovanými nedisociovanými kyselinami. Například Pauly a Tam (102) poznamenali, že hladiny kyseliny mléčné a kombinované nedisociované kyseliny byly obzvláště důležité, což může být důvodem, proč nebylo v médiu ošetřeném kyselinou mravenčí ze siláží s vyšším obsahem sušiny pozorováno žádné snížení L. monocytogenes. Podobné studie by měly být v budoucnu provedeny i pro další běžné patogeny siláže, jako je Salmonella a patogenní E. coli. Komplexnější analýza sekvence 16S rDNA celé mikrobiální komunity siláže může také pomoci identifikovat změny v celkové mikrobiální populaci siláže, ke kterým dochází v různých fázích fermentace siláže v přítomnosti kyseliny mravenčí (103). Získání dat o mikrobiomu může poskytnout analytickou podporu pro lepší predikci průběhu fermentace siláže a pro vývoj optimálních kombinací aditiv pro udržení vysoké kvality siláže.
V krmivech pro zvířata na bázi obilovin se kyselina mravenčí používá jako antimikrobiální činidlo k omezení hladin patogenů v různých krmných matricích z obilovin a také v některých složkách krmiv, jako jsou vedlejší produkty živočišného původu. Účinky na populace patogenů u drůbeže a dalších zvířat lze obecně rozdělit do dvou kategorií: přímé účinky na populaci patogenů v samotném krmivu a nepřímé účinky na patogeny, které kolonizují gastrointestinální trakt zvířat po konzumaci ošetřeného krmiva (20, 21, 104). Je zřejmé, že tyto dvě kategorie spolu souvisejí, protože snížení patogenů v krmivu by mělo vést ke snížení kolonizace, když zvíře krmivo konzumuje. Antimikrobiální vlastnosti konkrétní kyseliny přidané do krmné matrice však mohou být ovlivněny několika faktory, jako je složení krmiva a forma, ve které je kyselina přidávána (21, 105).
Historicky se používání kyseliny mravenčí a dalších příbuzných kyselin zaměřovalo především na přímou kontrolu salmonely v krmivech pro zvířata a drůbež (21). Výsledky těchto studií byly podrobně shrnuty v několika přehledech publikovaných v různých dobách (18, 21, 26, 47, 104–106), takže v tomto přehledu jsou diskutovány pouze některé z klíčových zjištění z těchto studií. Několik studií ukázalo, že antimikrobiální aktivita kyseliny mravenčí v krmných matricích závisí na dávce a době expozice kyselině mravenčí, obsahu vlhkosti v krmné matrici a koncentraci bakterií v krmivu a gastrointestinálním traktu zvířete (19, 21, 107–109). Druh krmné matrice a zdroj složek krmiva pro zvířata jsou také ovlivňujícími faktory. Řada studií tedy ukázala, že hladiny salmonely Bakteriální toxiny izolované z vedlejších produktů živočišného původu se mohou lišit od hladin izolovaných z vedlejších produktů rostlinného původu (39, 45, 58, 59, 110–112). Rozdíly v reakci na kyseliny, jako je kyselina mravenčí, však mohou souviset s rozdíly v přežití serovarů v potravě a teplotou, při které je krmivo zpracováváno (19, 113, 114). Rozdíly v reakci serovarů na ošetření kyselinami mohou být také faktorem kontaminace drůbeže kontaminovaným krmivem (113, 115) a roli mohou hrát i rozdíly v expresi genů virulence (116). Rozdíly v toleranci kyselin mohou zase ovlivnit detekci salmonel v kultivačních médiích, pokud kyseliny z krmiva nejsou dostatečně pufrovány (21, 105, 117–122). Fyzikální forma krmiva (z hlediska velikosti částic) může také ovlivnit relativní dostupnost kyseliny mravenčí v gastrointestinálním traktu (123).
Strategie pro optimalizaci antimikrobiální aktivity kyseliny mravenčí přidávané do krmiva jsou také zásadní. Vyšší koncentrace kyseliny byly navrženy pro vysoce kontaminované krmné složky před mícháním krmiva, aby se minimalizovalo potenciální poškození zařízení krmných závodů a problémy s chutností krmiva pro zvířata (105). Jones (51) dospěl k závěru, že salmonely přítomné v krmivu před chemickým čištěním je obtížnější kontrolovat než salmonely, které jsou v kontaktu s krmivem po chemickém ošetření. Tepelné ošetření krmiva během zpracování v krmném závodě bylo navrženo jako zásah k omezení kontaminace krmiva salmonelou, ale to závisí na složení krmiva, velikosti částic a dalších faktorech spojených s procesem mletí (51). Antimikrobiální aktivita kyselin je také závislá na teplotě a zvýšené teploty v přítomnosti organických kyselin mohou mít synergický inhibiční účinek na salmonely, jak bylo pozorováno v tekutých kulturách salmonely (124, 125). Několik studií krmiv kontaminovaných salmonelou podporuje myšlenku, že zvýšené teploty zvyšují účinnost kyselin v krmné matrici (106, 113, 126). Amado a kol. (127) použili centrální kompozitní design ke studiu interakce teploty a kyseliny (kyseliny mravenčí nebo mléčné) u 10 kmenů Salmonella enterica a Escherichia coli izolovaných z různých krmiv pro dobytek a naočkovaných do okyselených pelet pro dobytek. Došli k závěru, že dominantním faktorem ovlivňujícím mikrobiální redukci je teplo, spolu s kyselinou a typem bakteriálního izolátu. Synergický efekt s kyselinou stále převládá, takže lze použít nižší teploty a koncentrace kyselin. Poznamenali však také, že synergické účinky nebyly vždy pozorovány při použití kyseliny mravenčí, což je vedlo k podezření, že faktorem je odpařování kyseliny mravenčí při vyšších teplotách nebo pufrovací účinky složek krmné matrice.
Omezení trvanlivosti krmiva před krmením zvířat je jedním ze způsobů, jak kontrolovat zavlečení patogenů z potravin do těla zvířete během krmení. Jakmile se však kyselina v krmivu dostane do gastrointestinálního traktu, může i nadále vykazovat svou antimikrobiální aktivitu. Antimikrobiální aktivita exogenně podávaných kyselých látek v gastrointestinálním traktu může záviset na řadě faktorů, včetně koncentrace žaludeční kyseliny, aktivního místa gastrointestinálního traktu, pH a obsahu kyslíku v gastrointestinálním traktu, věku zvířete a relativního složení mikrobiální populace gastrointestinálního traktu (které závisí na umístění gastrointestinálního traktu a zralosti zvířete) (21, 24, 128–132). Kromě toho rezidentní populace anaerobních mikroorganismů v gastrointestinálním traktu (která se stává dominantní v dolním trávicím traktu monogastrických zvířat s jejich dospíváním) aktivně produkuje organické kyseliny fermentací, což může mít také antagonistický účinek na přechodné patogeny vstupující do gastrointestinálního traktu (17, 19–21).
Velká část raného výzkumu se zaměřovala na použití organických kyselin, včetně formiátu, k omezení salmonely v gastrointestinálním traktu drůbeže, což bylo podrobně diskutováno v několika přehledech (12, 20, 21). Pokud se tyto studie posuzují společně, lze učinit několik klíčových poznatků. McHan a Shotts (133) uvedli, že krmení kyselinou mravenčí a propionovou snížilo hladiny Salmonella Typhimurium ve slepém střevě kuřat inokulovaných těmito bakteriemi a kvantifikovali je ve věku 7, 14 a 21 dnů. Když však Hume a kol. (128) monitorovali propionát značený C-14, dospěli k závěru, že do slepého střeva se může dostat jen velmi malé množství propionátu v potravě. Zda to platí i pro kyselinu mravenčí, je třeba zjistit. Nedávno však Bourassa a kol. (134) uvádí, že krmení kyselinou mravenčí a propionovou snížilo hladiny Salmonella Typhimurium ve slepém střevě kuřat inokulovaných těmito bakteriemi, které byly kvantifikovány ve věku 7, 14 a 21 dnů. (132) poznamenal, že krmení kyselinou mravenčí v dávce 4 g/t brojlerovým kuřatům během 6týdenního růstového období snížilo koncentraci S. Typhimurium ve slepém střevě pod detekční limit.
Přítomnost kyseliny mravenčí v potravě může mít vliv na další části gastrointestinálního traktu drůbeže. Al-Tarazi a Alshavabkeh (134) prokázali, že směs kyseliny mravenčí a kyseliny propionové by mohla snížit kontaminaci volného hlodavce a slepého střeva bakterií Salmonella pullorum (S. PRlorum). Thompson a Hinton (129) pozorovali, že komerčně dostupná směs kyseliny mravenčí a kyseliny propionové zvýšila koncentraci obou kyselin v volném hlodavci a žaludku a byla baktericidní proti Salmonella Enteritidis PT4 v modelu in vitro za reprezentativních podmínek chovu. Tuto myšlenku podporují i ​​data in vivo od Birda a kol. (135), kteří přidali kyselinu mravenčí do pitné vody brojlerových kuřat během simulovaného období hladovění před přepravou, podobného tomu, jaké podstupují brojlerová kuřata před přepravou do závodu na zpracování drůbeže. Přidání kyseliny mravenčí do pitné vody vedlo ke snížení počtu S. Typhimurium v ​​hlenu a nadvarleti a ke snížení frekvence hlenu pozitivního na S. Typhimurium, ale nikoli v počtu pozitivních nadvarlat (135). Vývoj systémů pro podávání, které mohou chránit organické kyseliny, zatímco jsou aktivní v dolní části gastrointestinálního traktu, může pomoci zlepšit účinnost. Například bylo prokázáno, že mikroenkapsulace kyseliny mravenčí a její přidání do krmiva snižuje počet Salmonella Enteritidis v obsahu slepého střeva (136). To se však může lišit v závislosti na druhu zvířete. Například Walia a kol. (137) nepozorovali snížení Salmonella ve slepém střevě nebo lymfatických uzlinách 28denních prasat krmených směsí kyseliny mravenčí, kyseliny citronové a kapslí s esenciálním olejem, a ačkoli se vylučování Salmonella ve stolici snížilo po 14. dni, po 28. dni se nesnížilo. Prokázali, že byl zabráněn horizontálnímu přenosu Salmonella mezi prasaty.
Ačkoli se studie kyseliny mravenčí jako antimikrobiální látky v chovu zvířat primárně zaměřovaly na Salmonelu přenášenou potravinami, existují i ​​některé studie zaměřené na jiné gastrointestinální patogeny. Studie in vitro od Kovandy a kol. (68) naznačují, že kyselina mravenčí může být účinná i proti jiným gastrointestinálním patogenům přenášeným potravinami, včetně Escherichia coli a Campylobacter jejuni. Dřívější studie ukázaly, že organické kyseliny (např. kyselina mléčná) a komerční směsi obsahující kyselinu mravenčí jako složku mohou snižovat hladiny Campylobacter u drůbeže (135, 138). Jak však již dříve poznamenali Beyer a kol. (67), použití kyseliny mravenčí jako antimikrobiální látky proti Campylobacter může vyžadovat opatrnost. Toto zjištění je obzvláště problematické pro doplňky stravy u drůbeže, protože kyselina mravenčí je pro C. jejuni primárním zdrojem energie pro dýchání. Dále se předpokládá, že část jeho gastrointestinální niky je způsobena metabolickým křížovým krmením se směsnými produkty kyselé fermentace produkovanými gastrointestinálními bakteriemi, jako je mravenčan (139). Tento názor má určitý základ. Protože formiát je chemoatraktant pro C. jejuni, dvojité mutanty s defekty formiátdehydrogenázy i hydrogenázy vykazují sníženou míru kolonizace slepého střeva u brojlerových kuřat ve srovnání s divokými kmeny C. jejuni (140, 141). Stále není jasné, do jaké míry externí suplementace kyselinou mravenčí ovlivňuje kolonizaci gastrointestinálního traktu C. jejuni u kuřat. Skutečné koncentrace formiátu v gastrointestinálním traktu mohou být nižší v důsledku katabolismu formiátu jinými gastrointestinálními bakteriemi nebo absorpce formiátu v horní části gastrointestinálního traktu, takže to může ovlivnit několik proměnných. Kromě toho je formiát potenciálním fermentačním produktem produkovaným některými gastrointestinálními bakteriemi, což může ovlivnit celkové hladiny formiátu v gastrointestinálním traktu. Kvantifikace formiátu v obsahu gastrointestinálního traktu a identifikace genů formiátdehydrogenázy pomocí metagenomiky by mohla osvětlit některé aspekty ekologie mikroorganismů produkujících formiát.
Roth a kol. (142) porovnávali účinky krmení brojlerových kuřat antibiotikem enrofloxacinem nebo směsí kyseliny mravenčí, octové a propionové na prevalenci Escherichia coli rezistentní na antibiotika. Celkové a antibiotikum rezistentní izoláty E. coli byly spočítány ve smíšených vzorcích trusu od 1denních brojlerových kuřat a ve vzorcích obsahu slepého střeva od 14denních a 38denních brojlerových kuřat. Izoláty E. coli byly testovány na rezistenci vůči ampicilinu, cefotaximu, ciprofloxacinu, streptomycinu, sulfamethoxazolu a tetracyklinu podle předem stanovených hraničních hodnot pro každé antibiotikum. Po kvantifikaci a charakterizaci příslušných populací E. coli ani enrofloxacin, ani doplnění kyselého koktejlu nezměnily celkový počet E. coli izolovaných ze slepého střeva 17denních a 28denních brojlerových kuřat. Ptáci krmení krmivem s přídavkem enrofloxacinu měli zvýšené hladiny E. coli rezistentní na ciprofloxacin, streptomycin, sulfamethoxazol a tetracyklin a snížené hladiny E. coli rezistentní na cefotaxim v slepém střevě. Ptáci krmení koktejlem měli snížený počet E. coli rezistentní na ampicilin a tetracyklin v slepém střevě ve srovnání s kontrolní skupinou a ptáky s přídavkem enrofloxacinu. Ptáci krmení směsí kyselin měli také snížený počet E. coli rezistentních na ciprofloxacin a sulfamethoxazol v slepém střevě ve srovnání s ptáky krmenými enrofloxacinem. Mechanismus, kterým kyseliny snižují počet E. coli rezistentních na antibiotika, aniž by snižovaly celkový počet E. coli, je stále nejasný. Výsledky studie Rotha a kol. jsou však v souladu s výsledky skupiny s enrofloxacinem. (142) To může naznačovat snížené šíření genů rezistence na antibiotika v E. coli, jako jsou plazmidově vázané inhibitory popsané Cabezonem a kol. (143). Bylo by zajímavé provést hloubkovou analýzu plazmidem zprostředkované rezistence na antibiotika v gastrointestinální populaci drůbeže za přítomnosti krmných doplňků, jako je kyselina mravenčí, a tuto analýzu dále upřesnit posouzením gastrointestinálního rezistomu.
Vývoj optimálních antimikrobiálních krmných doplňků proti patogenům by měl mít v ideálním případě minimální dopad na celkovou gastrointestinální flóru, zejména na tu mikrobiotu, která je pro hostitele považována za prospěšnou. Exogenně podávané organické kyseliny však mohou mít škodlivé účinky na rezidentní gastrointestinální mikrobiotu a do jisté míry negovat její ochranné vlastnosti proti patogenům. Například Thompson a Hinton (129) pozorovali snížené hladiny kyseliny mléčné v plodině u nosnic krmených směsí kyseliny mravenčí a propionové, což naznačuje, že přítomnost těchto exogenních organických kyselin v plodině vedla ke snížení počtu laktobacilů v plodině. Laktobacily v plodině jsou považovány za bariéru pro salmonelu, a proto narušení této rezidentní mikrobioty v plodině může být škodlivé pro úspěšné snížení kolonizace gastrointestinálního traktu salmonelami (144). Açıkgöz a kol. zjistili, že účinky na dolní gastrointestinální trakt ptáků mohou být nižší. (145) Nebyly zjištěny žádné rozdíly v celkové střevní flóře ani v počtu Escherichia coli u 42denních brojlerových kuřat pijících vodu okyselenou kyselinou mravenčí. Autoři se domnívají, že to může být způsobeno metabolizací formiátu v horní části gastrointestinálního traktu, jak pozorovali i jiní výzkumníci u exogenně podávaných mastných kyselin s krátkým řetězcem (SCFA) (128, 129).
Ochrana kyseliny mravenčí pomocí nějaké formy zapouzdření může pomoci jejímu dosažení dolního gastrointestinálního traktu. (146) poznamenal, že mikrozapouzdřená kyselina mravenčí významně zvýšila celkový obsah mastných kyselin s krátkým řetězcem (SCFA) ve slepém střevě prasat ve srovnání s prasaty krmenými nechráněnou kyselinou mravenčí. Tento výsledek vedl autory k domněnce, že kyselina mravenčí se může účinně dostat do dolního gastrointestinálního traktu, pokud je řádně chráněna. Nicméně několik dalších parametrů, jako jsou koncentrace mravenčanu a laktátu, ačkoli vyšší než u prasat krmených kontrolní dietou, se statisticky nelišilo od koncentrací u prasat krmených nechráněnou dietou mravenčanu. Ačkoli prasata krmená nechráněnou i chráněnou kyselinou mravenčí vykazovala téměř trojnásobný nárůst kyseliny mléčné, počet laktobacilů nebyl ani jednou z těchto metod změněn. Rozdíly mohou být výraznější u jiných mikroorganismů produkujících kyselinu mléčnou ve slepém střevě (1), které nejsou těmito metodami detekovány a/nebo (2), jejichž metabolická aktivita je ovlivněna, čímž se mění vzorec fermentace tak, že rezidentní laktobacily produkují více kyseliny mléčné.
Pro přesnější studium vlivu krmných doplňků na gastrointestinální trakt hospodářských zvířat jsou zapotřebí metody mikrobiální identifikace s vyšším rozlišením. V posledních několika letech se k identifikaci taxonů mikrobiomu a porovnání rozmanitosti mikrobiálních společenstev používá sekvenování nové generace (NGS) genu 16S RNA (147), což umožnilo lepší pochopení interakcí mezi krmnými doplňky a gastrointestinální mikrobiotou hospodářských zvířat, jako je drůbež.
Několik studií použilo sekvenování mikrobiomu k vyhodnocení reakce gastrointestinálního mikrobiomu kuřat na suplementaci formiátem. Oakley a kol. (148) provedli studii na 42denních brojlerových kuřatech, kterým byly v pitné vodě nebo krmivu podávány různé kombinace kyseliny mravenčí, kyseliny propionové a mastných kyselin se středně dlouhým řetězcem. Imunizovaná kuřata byla vystavena infekci kmenem Salmonella typhimurium rezistentním na kyselinu nalidixovou a jejich slepá střeva byla odstraněna ve věku 0, 7, 21 a 42 dnů. Vzorky slepého střeva byly připraveny pro 454 pyrosekvenování a výsledky sekvenování byly vyhodnoceny pro klasifikaci a srovnání podobnosti. Celkově ošetření významně neovlivnilo cekální mikrobiom ani hladiny S. Typhimurium. Celková míra detekce salmonel se však s věkem ptáků snižovala, jak potvrdila taxonomická analýza mikrobiomu, a relativní početnost sekvencí salmonel se také v průběhu času snižovala. Autoři poznamenávají, že s věkem brojlerů se zvyšovala diverzita mikrobiální populace slepého střeva, přičemž nejvýznamnější změny byly pozorovány ve všech léčebných skupinách. V nedávné studii Hu a kol. (149) porovnávali účinky pitné vody a krmení dietou doplněnou směsí organických kyselin (kyselina mravenčí, kyselina octová, kyselina propionová a mravenčan amonný) a virginiamycinu na vzorky cekálního mikrobiomu brojlerových kuřat odebraných ve dvou fázích (1–21 dní a 22–42 dní). Ačkoli byly mezi léčebnými skupinami ve věku 21 dnů pozorovány určité rozdíly v diverzitě cekálního mikrobiomu, ve věku 42 dnů nebyly zjištěny žádné rozdíly v diverzitě α- nebo β-bakterií. Vzhledem k absenci rozdílů ve věku 42 dnů autoři předpokládali, že výhoda růstu může být způsobena dřívějším vytvořením optimálně diverzního mikrobiomu.
Analýza mikrobiomu zaměřená pouze na mikrobiální komunitu slepého střeva nemusí odrážet, kde v gastrointestinálním traktu dochází k většině účinků organických kyselin z potravy. Mikrobiom horní části gastrointestinálního traktu brojlerových kuřat může být náchylnější k účinkům organických kyselin z potravy, jak naznačují výsledky Hume et al. (128). Hume et al. (128) prokázali, že většina exogenně přidaného propionátu byla absorbována v horní části gastrointestinálního traktu ptáků. Tento názor podporují i ​​nedávné studie charakterizace gastrointestinálních mikroorganismů. Nava et al. (150) prokázali, že kombinace směsi organických kyselin [kyselina DL-2-hydroxy-4(methylthio)máselná], kyseliny mravenčí a kyseliny propionové (HFP) ovlivnila střevní mikrobiotu a zvýšila kolonizaci Lactobacillus v ileu kuřat. Nedávno Goodarzi Borojeni et al. (150) prokázali, že kombinace směsi organických kyselin [kyselina DL-2-hydroxy-4(methylthio)máselná], kyseliny mravenčí a kyseliny propionové (HFP) ovlivnila střevní mikrobiotu a zvýšila kolonizaci Lactobacillus v ileu kuřat. (151) studovali krmení brojlerových kuřat směsí kyseliny mravenčí a kyseliny propionové ve dvou koncentracích (0,75 % a 1,50 %) po dobu 35 dnů. Na konci experimentu byly odstraněny volný žaludek, žaludek, distální dvě třetiny ilea a slepé střevo a byly odebrány vzorky pro kvantitativní analýzu specifické gastrointestinální flóry a metabolitů pomocí RT-PCR. V kultuře koncentrace organických kyselin neovlivnila početnost Lactobacillus ani Bifidobacterium, ale zvýšila populaci Clostridium. V ileu byly jedinými změnami pokles Lactobacillus a Enterobacter, zatímco ve slepém střevě tato flóra zůstala nezměněna (151). Při nejvyšší koncentraci suplementace organickými kyselinami se celková koncentrace kyseliny mléčné (D a L) v volném chvostu snížila, koncentrace obou organických kyselin se snížila v žaludku a koncentrace organických kyselin byla nižší ve slepém střevě. V kyčelním střevě nedošlo k žádným změnám. Pokud jde o mastné kyseliny s krátkým řetězcem (SCFA), jedinou změnou v volném chvostu a žaludku ptáků krmených organickými kyselinami byla hladina propionátu. Ptáci krmení nižší koncentrací organické kyseliny vykazovali téměř desetinásobný nárůst propionátu v volném chvostu, zatímco ptáci krmení dvěma koncentracemi organické kyseliny vykazovali osminásobný, respektive patnáctinásobný nárůst propionátu v žaludku. Nárůst acetátu v kyčelním střevě byl méně než dvojnásobný. Celkově tato data podporují názor, že většina účinků externí aplikace organických kyselin byla patrná ve výtěžku, zatímco organické kyseliny měly minimální vliv na mikrobiální komunitu dolního gastrointestinálního traktu, což naznačuje, že fermentační vzorce rezidentní flóry horního gastrointestinálního traktu mohly být změněny.
Je zřejmé, že pro úplné objasnění mikrobiálních reakcí na formiát v celém gastrointestinálním traktu je zapotřebí hlubší charakterizace mikrobiomu. Hloubkovější analýza mikrobiální taxonomie specifických gastrointestinálních kompartmentů, zejména horních kompartmentů, jako je volný řízek, by mohla poskytnout další vhled do výběru určitých skupin mikroorganismů. Jejich metabolická a enzymatická aktivita může také určit, zda mají antagonistický vztah k patogenům vstupujícím do gastrointestinálního traktu. Bylo by také zajímavé provést metagenomické analýzy, aby se zjistilo, zda vystavení kyselým chemickým přísadám během života ptáků selektuje více „kyselinovzdorných“ rezidentních bakterií a zda by přítomnost a/nebo metabolická aktivita těchto bakterií představovala další bariéru pro kolonizaci patogeny.
Kyselina mravenčí se již mnoho let používá jako chemická přísada do krmiv pro zvířata a jako okyselovač siláže. Jedním z jejích hlavních použití je její antimikrobiální účinek k omezení počtu patogenů v krmivu a jejich následné kolonizace v gastrointestinálním traktu ptáků. Studie in vitro ukázaly, že kyselina mravenčí je relativně účinným antimikrobiálním činidlem proti salmonelám a dalším patogenům. Použití kyseliny mravenčí v krmných matricích však může být omezeno vysokým množstvím organické hmoty v krmných složkách a jejich potenciální pufrovací kapacitou. Zdá se, že kyselina mravenčí má antagonistický účinek na salmonely a další patogeny, pokud jsou požity krmivem nebo pitnou vodou. K tomuto antagonismu však dochází primárně v horní části gastrointestinálního traktu, protože koncentrace kyseliny mravenčí mohou být v dolní části gastrointestinálního traktu sníženy, jako je tomu u kyseliny propionové. Koncept ochrany kyseliny mravenčí zapouzdřením nabízí potenciální přístup k dodávání většího množství kyseliny do dolní části gastrointestinálního traktu. Studie dále ukázaly, že směs organických kyselin je účinnější při zlepšování užitkovosti drůbeže než podávání jediné kyseliny (152). Campylobacter v gastrointestinálním traktu může reagovat na formiát odlišně, protože může formiát využívat jako donor elektronů a formiát je jeho hlavním zdrojem energie. Není jasné, zda by zvýšení koncentrace formiátu v gastrointestinálním traktu bylo pro Campylobacter prospěšné, a k tomu nemusí dojít v závislosti na jiné gastrointestinální flóře, která může formiát využívat jako substrát.
Pro zkoumání účinků kyseliny mravenčí v gastrointestinálním traktu na nepatogenní rezidentní gastrointestinální mikroby jsou zapotřebí další studie. Preferujeme selektivní cílení na patogeny, aniž bychom narušili členy gastrointestinálního mikrobiomu, kteří jsou pro hostitele prospěšní. To však vyžaduje hloubkovou analýzu sekvence mikrobiomu těchto rezidentních gastrointestinálních mikrobiálních společenstev. Ačkoli byly publikovány některé studie o cekálním mikrobiomu ptáků ošetřených kyselinou mravenčí, je třeba věnovat větší pozornost mikrobiální komunitě horního gastrointestinálního traktu. Identifikace mikroorganismů a srovnání podobností mezi gastrointestinálními mikrobiálními společenstvimi v přítomnosti nebo nepřítomnosti kyseliny mravenčí může být neúplným popisem. Pro charakterizaci funkčních rozdílů mezi kompozičně podobnými skupinami jsou zapotřebí další analýzy, včetně metabolomiky a metagenomiky. Taková charakterizace je zásadní pro stanovení vztahu mezi gastrointestinální mikrobiální komunitou a reakcí ptáků na látky zlepšující výkonnost na bázi kyseliny mravenčí. Kombinace více přístupů k přesnější charakterizaci gastrointestinální funkce by měla umožnit vývoj účinnějších strategií suplementace organickými kyselinami a v konečném důsledku zlepšit predikce optimálního zdraví a výkonnosti ptáků a zároveň omezit rizika pro bezpečnost potravin.
SR napsal tuto recenzi s pomocí DD a KR. Všichni autoři významně přispěli k práci prezentované v této recenzi.
Autoři prohlašují, že tato recenze obdržela finanční prostředky od společnosti Anitox Corporation na zahájení napsání a publikaci této recenze. Financující subjekty neměly žádný vliv na názory a závěry vyjádřené v této recenzi ani na rozhodnutí o její publikaci.
Zbývající autoři prohlašují, že výzkum byl proveden bez jakýchkoli obchodních nebo finančních vztahů, které by mohly být vykládány jako potenciální střet zájmů.
Dr. DD by rád poděkoval za podporu ze strany University of Arkansas Graduate School prostřednictvím Distinguished Teaching Fellowship, stejně jako za pokračující podporu ze strany University of Arkansas Cell and Molecular Biology Program a Katedry potravinářských věd. Autoři by dále rádi poděkovali společnosti Anitox za počáteční podporu při psaní této recenze.
1. Dibner JJ, Richards JD. Použití antibiotických růstových stimulátorů v zemědělství: historie a mechanismy účinku. Poultry Science (2005) 84:634–43. doi: 10.1093/ps/84.4.634
2. Jones FT, Rick SC. Historie vývoje a sledování antimikrobiálních látek v krmivech pro drůbež. Poultry Science (2003) 82:613–7. doi: 10.1093/ps/82.4.613
3. Broom LJ. Subinhibiční teorie antibiotických růstových stimulátorů. Poultry Science (2017) 96:3104–5. doi: 10.3382/ps/pex114
4. Sorum H, L'Abe-Lund TM. Rezistence na antibiotika u bakterií pocházejících z potravin – důsledky narušení globálních bakteriálních genetických sítí. International Journal of Food Microbiology (2002) 78:43–56. doi: 10.1016/S0168-1605(02)00241-6
5. Van Immerseel F, Cauwaerts K, Devriese LA, Heesebroek F, Ducatel R. Doplňkové látky do krmiv pro kontrolu salmonel v krmivech. World Journal of Poultry Science (2002) 58:501–13. doi: 10.1079/WPS20020036
6. Angulo FJ, Baker NL, Olsen SJ, Anderson A, Barrett TJ. Použití antimikrobiálních látek v zemědělství: kontrola přenosu antimikrobiální rezistence na člověka. Seminars in Pediatric Infectious Diseases (2004) 15:78–85. doi: 10.1053/j.spid.2004.01.010
7. Lekshmi M, Ammini P, Kumar S, Varela MF. Prostředí pro výrobu potravin a vývoj antimikrobiální rezistence u lidských patogenů živočišného původu. Microbiology (2017) 5:11. doi: 10.3390/microorganisms5010011
8. Lourenço JM, Seidel DS, Callaway TR. Kapitola 9: Antibiotika a funkce střev: historie a současný stav. In: Ricke SC, ed. Zlepšení zdraví střev u drůbeže. Cambridge: Burley Dodd (2020). Strany 189–204. DOI: 10.19103/AS2019.0059.10
9. Rick SC. č. 8: Hygiena krmiv. In: Dewulf J, van Immerzeel F, ed. Biologická bezpečnost v živočišné výrobě a veterinární medicíně. Leuven: ACCO (2017). Strany 144–76.