Questo articolo fa parte del tema di ricerca "Uso di antimicrobici, resistenza antimicrobica e microbioma degli animali destinati alla produzione alimentare". Visualizza tutti i 13 articoli.
Gli acidi organici continuano ad essere molto richiesti come additivi per mangimi animali. Ad oggi, l'attenzione si è concentrata sulla sicurezza alimentare, in particolare sulla riduzione dell'incidenza di patogeni di origine alimentare nel pollame e in altri animali. Diversi acidi organici sono attualmente oggetto di studio o sono già in uso commerciale. Tra i numerosi acidi organici ampiamente studiati, l'acido formico è uno di questi. L'acido formico viene aggiunto alle diete del pollame per limitare la presenza di Salmonella e altri patogeni di origine alimentare nel mangime e nel tratto gastrointestinale dopo l'ingestione. Man mano che la comprensione dell'efficacia e dell'impatto dell'acido formico sull'ospite e sui patogeni di origine alimentare aumenta, sta diventando chiaro che la presenza di acido formico può innescare specifici percorsi nella Salmonella. Questa risposta può diventare più complessa quando l'acido formico entra nel tratto gastrointestinale e interagisce non solo con la Salmonella già presente, ma anche con la flora microbica intestinale. Questa rassegna esaminerà i risultati attuali e le prospettive per ulteriori ricerche sul microbioma del pollame e dei mangimi trattati con acido formico.
Sia nell'allevamento di bestiame che in quello avicolo, la sfida consiste nello sviluppare strategie di gestione che ottimizzino la crescita e la produttività, limitando al contempo i rischi per la sicurezza alimentare. Storicamente, la somministrazione di antibiotici a concentrazioni sub-terapeutiche ha migliorato la salute, il benessere e la produttività degli animali (1-3). Dal punto di vista del meccanismo d'azione, è stato proposto che gli antibiotici somministrati a concentrazioni subinibitorie medino le risposte dell'ospite modulando la flora gastrointestinale (GI) e, a sua volta, le sue interazioni con l'ospite (3). Tuttavia, le continue preoccupazioni circa la potenziale diffusione di patogeni alimentari resistenti agli antibiotici e la loro potenziale associazione con infezioni resistenti agli antibiotici nell'uomo hanno portato al graduale ritiro dell'uso di antibiotici negli animali destinati al consumo alimentare (4-8). Pertanto, lo sviluppo di additivi e miglioratori per mangimi che soddisfino almeno alcuni di questi requisiti (miglioramento della salute, del benessere e della produttività degli animali) è di grande interesse sia dal punto di vista della ricerca accademica che dello sviluppo commerciale (5, 9). Nel mercato degli alimenti per animali sono entrati diversi additivi commerciali, tra cui probiotici, prebiotici, oli essenziali e composti correlati provenienti da varie fonti vegetali e sostanze chimiche come le aldeidi (10–14). Altri additivi commerciali comunemente usati nel pollame includono batteriofagi, ossido di zinco, enzimi esogeni, prodotti di esclusione competitiva e composti acidi (15, 16).
Tra gli additivi chimici per mangimi esistenti, le aldeidi e gli acidi organici sono stati storicamente i composti più studiati e utilizzati (12, 17–21). Gli acidi organici, in particolare gli acidi grassi a catena corta (SCFA), sono noti antagonisti dei batteri patogeni. Questi acidi organici vengono utilizzati come additivi per mangimi non solo per limitare la presenza di agenti patogeni nella matrice del mangime, ma anche per esercitare effetti attivi sulla funzione gastrointestinale (17, 20–24). Inoltre, gli SCFA sono prodotti dalla fermentazione della flora intestinale nel tratto digerente e si ritiene che svolgano un ruolo meccanicistico nella capacità di alcuni probiotici e prebiotici di contrastare gli agenti patogeni ingeriti nel tratto gastrointestinale (21, 23, 25).
Nel corso degli anni, diversi acidi grassi a catena corta (SCFA) hanno attirato molta attenzione come additivi per mangimi. In particolare, propionato, butirrato e formiato sono stati oggetto di numerosi studi e applicazioni commerciali (17, 20, 21, 23, 24, 26). Mentre i primi studi si concentravano sul controllo dei patogeni di origine alimentare nei mangimi per animali e pollame, studi più recenti hanno spostato la loro attenzione sul miglioramento generale delle prestazioni degli animali e della salute gastrointestinale (20, 21, 24). Acetato, propionato e butirrato hanno attirato molta attenzione come additivi organici per mangimi, tra cui l'acido formico è anche un candidato promettente (21, 23). Molta attenzione è stata focalizzata sugli aspetti di sicurezza alimentare dell'acido formico, in particolare sulla riduzione dell'incidenza di patogeni di origine alimentare nei mangimi per il bestiame. Tuttavia, si stanno prendendo in considerazione anche altri possibili usi. L'obiettivo generale di questa revisione è esaminare la storia e lo stato attuale dell'acido formico come miglioratore dei mangimi per il bestiame (Figura 1). In questo studio esamineremo il meccanismo antibatterico dell'acido formico. Inoltre, analizzeremo più da vicino i suoi effetti sul bestiame e sul pollame e discuteremo i possibili metodi per migliorarne l'efficacia.
Figura 1. Mappa concettuale degli argomenti trattati in questa revisione. In particolare, ci si è concentrati sui seguenti obiettivi generali: descrivere la storia e lo stato attuale dell'acido formico come miglioratore dei mangimi per il bestiame, i meccanismi antimicrobici dell'acido formico e l'impatto del suo utilizzo sulla salute degli animali e del pollame, e i potenziali metodi per migliorarne l'efficacia.
La produzione di mangimi per il bestiame e il pollame è un'operazione complessa che coinvolge molteplici fasi, tra cui la lavorazione fisica dei cereali (ad esempio, la macinazione per ridurre la granulometria), la lavorazione termica per la pellettizzazione e l'aggiunta di molteplici nutrienti alla dieta a seconda delle specifiche esigenze nutrizionali dell'animale (27). Data questa complessità, non sorprende che la lavorazione dei mangimi esponga i cereali a una varietà di fattori ambientali prima che raggiungano il mangimificio, durante la macinazione e successivamente durante il trasporto e la somministrazione in razioni di mangimi composti (9, 21, 28). Pertanto, nel corso degli anni, è stato identificato un gruppo molto eterogeneo di microrganismi nei mangimi, tra cui non solo batteri ma anche batteriofagi, funghi e lieviti (9, 21, 28–31). Alcuni di questi contaminanti, come certi funghi, possono produrre micotossine che rappresentano un rischio per la salute degli animali (32–35).
Le popolazioni batteriche possono essere relativamente diverse e dipendono in una certa misura dai rispettivi metodi utilizzati per l'isolamento e l'identificazione dei microrganismi, nonché dalla fonte del campione. Ad esempio, il profilo della composizione microbica può differire prima del trattamento termico associato alla pellettizzazione (36). Sebbene i metodi classici di coltura e piastratura abbiano fornito alcune informazioni, la recente applicazione del metodo di sequenziamento di nuova generazione (NGS) basato sul gene 16S rRNA ha fornito una valutazione più completa della comunità del microbioma del foraggio (9). Quando Solanki et al. (37) hanno esaminato il microbioma batterico dei chicchi di grano conservati per un certo periodo di tempo in presenza di fosfina, un fumigante per il controllo degli insetti, hanno scoperto che il microbioma era più diversificato dopo il raccolto e dopo 3 mesi di conservazione. Inoltre, Solanki et al. (37) (37) hanno dimostrato che Proteobacteria, Firmicutes, Actinobacteria, Bacteroidetes e Planctomyces erano i phyla dominanti nei chicchi di grano, Bacillus, Erwinia e Pseudomonas erano i generi dominanti e Enterobacteriaceae costituivano una proporzione minore. Sulla base di confronti tassonomici, hanno concluso che la fumigazione con fosfina ha alterato significativamente le popolazioni batteriche ma non ha influenzato la diversità fungina.
Solanki et al. (37) hanno dimostrato che le fonti di mangime possono contenere anche patogeni di origine alimentare che possono causare problemi di salute pubblica sulla base del rilevamento di Enterobacteriaceae nel microbioma. Patogeni di origine alimentare come Clostridium perfringens, Clostridium botulinum, Salmonella, Campylobacter, Escherichia coli O157:H7 e Listeria monocytogenes sono stati associati a mangimi e insilati per animali (9, 31, 38). La persistenza di altri patogeni di origine alimentare nei mangimi per animali e pollame è attualmente sconosciuta. Ge et al. (39) hanno analizzato oltre 200 ingredienti per mangimi animali e isolato Salmonella, E. coli ed Enterococchi, ma non hanno rilevato E. coli O157:H7 o Campylobacter. Tuttavia, matrici come i mangimi secchi possono fungere da fonte di E. coli patogeno. Nel tracciare la fonte di un'epidemia del 2016 di sierogruppi O121 e O26 di Escherichia coli produttore di tossina Shiga (STEC) associati a malattie umane, Crowe et al. (40) hanno utilizzato il sequenziamento dell'intero genoma per confrontare gli isolati clinici con gli isolati ottenuti da prodotti alimentari. Sulla base di questo confronto, hanno concluso che la probabile fonte era la farina di grano cruda a basso contenuto di umidità proveniente dai mulini. Il basso contenuto di umidità della farina di grano suggerisce che gli STEC possono sopravvivere anche nei mangimi per animali a basso contenuto di umidità. Tuttavia, come notano Crowe et al. (40), l'isolamento degli STEC da campioni di farina è difficile e richiede metodi di separazione immunomagnetica per recuperare un numero sufficiente di cellule batteriche. Processi diagnostici simili possono anche complicare l'individuazione e l'isolamento di rari patogeni di origine alimentare nei mangimi per animali. La difficoltà di individuazione può anche essere dovuta alla lunga persistenza di questi patogeni in matrici a basso contenuto di umidità. Forghani et al. (41) hanno dimostrato che la farina di frumento conservata a temperatura ambiente e inoculata con una miscela di sierogruppi di Escherichia coli enteroemorragico (EHEC) O45, O121 e O145 e Salmonella (S. Typhimurium, S. Agona, S. Enteritidis e S. Anatum) era quantificabile a 84 e 112 giorni e ancora rilevabile a 24 e 52 settimane.
Storicamente, il Campylobacter non è mai stato isolato da mangimi per animali e pollame con metodi di coltura tradizionali (38, 39), sebbene possa essere facilmente isolato dal tratto gastrointestinale del pollame e dei prodotti avicoli (42, 43). Tuttavia, il mangime conserva ancora i suoi vantaggi come potenziale fonte. Ad esempio, Alves et al. (44) hanno dimostrato che l'inoculazione di mangime per polli da ingrasso con C. jejuni e la successiva conservazione del mangime a due diverse temperature per 3 o 5 giorni hanno portato al recupero di C. jejuni vitale e, in alcuni casi, persino alla sua proliferazione. Hanno concluso che il C. jejuni può certamente sopravvivere nel mangime per pollame e, pertanto, può essere una potenziale fonte di infezione per i polli.
La contaminazione da Salmonella dei mangimi per animali e pollame ha ricevuto molta attenzione in passato e rimane un punto focale degli sforzi in corso per sviluppare metodi di rilevamento specificamente applicabili ai mangimi e per trovare misure di controllo più efficaci (12, 26, 30, 45–53). Nel corso degli anni, molti studi hanno esaminato l'isolamento e la caratterizzazione della Salmonella in vari stabilimenti e mangimifici (38, 39, 54–61). Nel complesso, questi studi indicano che la Salmonella può essere isolata da una varietà di ingredienti, fonti, tipologie e processi di produzione dei mangimi. Anche i tassi di prevalenza e i sierotipi predominanti di Salmonella isolati sono variati. Ad esempio, Li et al. (57) hanno confermato la presenza di Salmonella spp. È stata rilevata nel 12,5% di 2058 campioni raccolti da mangimi completi per animali, ingredienti per mangimi, alimenti per animali domestici, snack per animali domestici e integratori per animali domestici durante il periodo di raccolta dati dal 2002 al 2009. Inoltre, i sierotipi più comuni rilevati nel 12,5% dei campioni di Salmonella risultati positivi erano S. Senftenberg e S. Montevideo (57). In uno studio su alimenti pronti al consumo e sottoprodotti di mangimi animali in Texas, Hsieh et al. (58) hanno riportato che la più alta prevalenza di Salmonella è stata riscontrata nella farina di pesce, seguita dalle proteine ​​animali, con S. Mbanka e S. Montevideo come sierotipi più comuni. Anche i mangimifici presentano diversi potenziali punti di contaminazione dei mangimi durante la miscelazione e l'aggiunta degli ingredienti (9, 56, 61). Magossi et al. (61) sono stati in grado di dimostrare che possono verificarsi molteplici punti di contaminazione durante la produzione di mangimi negli Stati Uniti. Infatti, Magossi et al. (61) hanno trovato almeno una coltura positiva di Salmonella in 11 mangimifici (12 punti di campionamento in totale) in otto stati degli Stati Uniti. Considerato il potenziale rischio di contaminazione da Salmonella durante la manipolazione, il trasporto e l'alimentazione quotidiana degli animali, non sorprende che si stiano compiendo sforzi significativi per sviluppare additivi per mangimi in grado di ridurre e mantenere bassi i livelli di contaminazione microbica durante l'intero ciclo produttivo animale.
Si sa poco sul meccanismo della risposta specifica della Salmonella all'acido formico. Tuttavia, Huang et al. (62) hanno indicato che l'acido formico è presente nell'intestino tenue dei mammiferi e che le specie di Salmonella sono in grado di produrlo. Huang et al. (62) hanno utilizzato una serie di mutanti di delezione di vie metaboliche chiave per rilevare l'espressione dei geni di virulenza della Salmonella e hanno scoperto che il formiato può agire come un segnale diffusibile per indurre la Salmonella a invadere le cellule epiteliali Hep-2. Recentemente, Liu et al. (63) hanno isolato un trasportatore di formiato, FocA, da Salmonella typhimurium che funziona come un canale specifico per il formiato a pH 7,0, ma può anche funzionare come un canale di esportazione passivo a pH esterno elevato o come un canale di importazione attivo secondario di formiato/ioni idrogeno a basso pH. Tuttavia, questo studio è stato condotto su un solo sierotipo di S. Typhimurium. Resta da chiarire se tutti i sierotipi rispondano all'acido formico con meccanismi simili. Questo rimane un quesito di ricerca cruciale che dovrebbe essere affrontato in studi futuri. Indipendentemente dai risultati, resta prudente utilizzare più sierotipi di Salmonella o anche più ceppi di ciascun sierotipo negli esperimenti di screening quando si sviluppano raccomandazioni generali per l'uso di integratori acidi per ridurre i livelli di Salmonella nei mangimi. Approcci più recenti, come l'uso del barcoding genetico per codificare i ceppi al fine di distinguere diversi sottogruppi dello stesso sierotipo (9, 64), offrono l'opportunità di discernere differenze più sottili che possono influenzare le conclusioni e l'interpretazione delle differenze.
Anche la natura chimica e la forma di dissociazione del formiato possono essere importanti. In una serie di studi, Beyer et al. (65–67) hanno dimostrato che l'inibizione di Enterococcus faecium, Campylobacter jejuni e Campylobacter coli era correlata alla quantità di acido formico dissociato ed era indipendente dal pH o dall'acido formico non dissociato. Anche la forma chimica del formiato a cui sono esposti i batteri sembra essere importante. Kovanda et al. (68) hanno analizzato diversi organismi Gram-negativi e Gram-positivi e hanno confrontato le concentrazioni minime inibitorie (MIC) del formiato di sodio (500–25.000 mg/L) e di una miscela di formiato di sodio e formiato libero (40/60 m/v; 10–10.000 mg/L). Sulla base dei valori di MIC, hanno scoperto che il formiato di sodio era inibitorio solo contro Campylobacter jejuni, Clostridium perfringens, Streptococcus suis e Streptococcus pneumoniae, ma non contro Escherichia coli, Salmonella typhimurium o Enterococcus faecalis. Al contrario, una miscela di formiato di sodio e formiato di sodio libero era inibitoria contro tutti gli organismi, portando gli autori a concludere che l'acido formico libero possiede la maggior parte delle proprietà antimicrobiche. Sarebbe interessante esaminare diversi rapporti tra queste due forme chimiche per determinare se l'intervallo dei valori di MIC correla con il livello di acido formico presente nella formula mista e con la risposta all'acido formico al 100%.
Gomez-Garcia et al. (69) hanno testato combinazioni di oli essenziali e acidi organici (come l'acido formico) contro molteplici isolati di Escherichia coli, Salmonella e Clostridium perfringens ottenuti da suini. Hanno testato l'efficacia di sei acidi organici, incluso l'acido formico, e sei oli essenziali contro gli isolati suini, utilizzando la formaldeide come controllo positivo. Gomez-García et al. (69) hanno determinato la MIC50, la MBC50 e la MIC50/MBC50 dell'acido formico contro Escherichia coli (600 e 2400 ppm, 4), Salmonella (600 e 2400 ppm, 4) e Clostridium perfringens (1200 e 2400 ppm, 2), tra i quali l'acido formico è risultato più efficace di tutti gli acidi organici contro E. coli e Salmonella. (69) L'acido formico è efficace contro l'Escherichia coli e la Salmonella grazie alle sue piccole dimensioni molecolari e alla lunga catena (70).
Beyer et al. hanno analizzato ceppi di Campylobacter isolati da suini (66) e ceppi di Campylobacter jejuni isolati da pollame (67) e hanno dimostrato che l'acido formico si dissocia a concentrazioni coerenti con le risposte MIC misurate per altri acidi organici. Tuttavia, le potenze relative di questi acidi, incluso l'acido formico, sono state messe in discussione perché Campylobacter può utilizzare questi acidi come substrati (66, 67). L'utilizzo dell'acido da parte di C. jejuni non è sorprendente perché è stato dimostrato che ha un metabolismo non glicolitico. Pertanto, C. jejuni ha una capacità limitata di catabolismo dei carboidrati e si affida alla gluconeogenesi da aminoacidi e acidi organici per la maggior parte del suo metabolismo energetico e attività biosintetica (71, 72). Uno studio precedente di Line et al. (73) hanno utilizzato un array fenotipico contenente 190 fonti di carbonio e hanno dimostrato che C. jejuni 11168(GS) può utilizzare acidi organici come fonti di carbonio, la maggior parte dei quali sono intermedi del ciclo dell'acido tricarbossilico. Ulteriori studi di Wagli et al. (74) utilizzando un array fenotipico di utilizzo del carbonio hanno dimostrato che i ceppi di C. jejuni ed E. coli esaminati nel loro studio sono in grado di crescere su acidi organici come fonte di carbonio. Il formiato è il principale donatore di elettroni per il metabolismo energetico respiratorio di C. jejuni e, quindi, la principale fonte di energia per C. jejuni (71, 75). C. jejuni è in grado di utilizzare il formiato come donatore di idrogeno tramite un complesso di formiato deidrogenasi legato alla membrana che ossida il formiato in anidride carbonica, protoni ed elettroni e funge da donatore di elettroni per la respirazione (72).
L'acido formico ha una lunga storia di utilizzo come miglioratore antimicrobico dei mangimi, ma alcuni insetti possono anche produrre acido formico da utilizzare come sostanza chimica di difesa antimicrobica. Rossini et al. (76) hanno suggerito che l'acido formico potrebbe essere un costituente della linfa acida delle formiche descritta da Ray (77) quasi 350 anni fa. Da allora, la nostra comprensione della produzione di acido formico nelle formiche e in altri insetti è aumentata considerevolmente, ed è ora noto che questo processo fa parte di un complesso sistema di difesa tossinico negli insetti (78). È noto che vari gruppi di insetti, tra cui api senza pungiglione, formiche appuntite (Hymenoptera: Apidae), coleotteri carabidi (Galerita lecontei e G. janus), formiche senza pungiglione (Formicinae) e alcune larve di falena (Lepidoptera: Myrmecophaga), producono acido formico come sostanza chimica difensiva (76, 78–82).
Le formiche sono forse le meglio caratterizzate perché possiedono acidociti, aperture specializzate che consentono loro di spruzzare un veleno composto principalmente da acido formico (82). Le formiche usano la serina come precursore e immagazzinano grandi quantità di formiato nelle loro ghiandole velenifere, che sono sufficientemente isolate da proteggere le formiche ospiti dalla citotossicità del formiato fino a quando non viene spruzzato (78, 83). L'acido formico che secernono può (1) fungere da feromone d'allarme per attirare altre formiche; (2) essere una sostanza chimica difensiva contro competitori e predatori; e (3) agire come agente antifungino e antibatterico se combinato con la resina come parte del materiale del nido (78, 82, 84–88). L'acido formico prodotto dalle formiche ha proprietà antimicrobiche, il che suggerisce che potrebbe essere utilizzato come additivo topico. Ciò è stato dimostrato da Bruch et al. (88), che hanno aggiunto acido formico sintetico alla resina e hanno migliorato significativamente l'attività antifungina. Un'ulteriore prova dell'efficacia dell'acido formico e della sua utilità biologica è che i formichieri giganti, che non sono in grado di produrre acido gastrico, consumano formiche contenenti acido formico per procurarsi acido formico concentrato come acido digestivo alternativo (89).
L'uso pratico dell'acido formico in agricoltura è stato considerato e studiato per molti anni. In particolare, l'acido formico può essere utilizzato come additivo per mangimi e insilati. Il formiato di sodio, sia in forma solida che liquida, è considerato sicuro per tutte le specie animali, i consumatori e l'ambiente (90). Sulla base della loro valutazione (90), una concentrazione massima di 10.000 mg di equivalenti di acido formico/kg di mangime è stata considerata sicura per tutte le specie animali, mentre una concentrazione massima di 12.000 mg di equivalenti di acido formico/kg di mangime è stata considerata sicura per i suini. L'uso dell'acido formico come miglioratore dei mangimi animali è stato studiato per molti anni. È considerato di valore commerciale come conservante per insilati e come agente antimicrobico nei mangimi per animali e pollame.
Gli additivi chimici come gli acidi sono sempre stati un elemento integrante nella produzione di insilato e nella gestione dell'alimentazione animale (91, 92). Borreani et al. (91) hanno osservato che per ottenere una produzione ottimale di insilato di alta qualità è necessario mantenere la qualità del foraggio conservando al contempo la maggior quantità possibile di sostanza secca. Il risultato di tale ottimizzazione è la minimizzazione delle perdite in tutte le fasi del processo di insilamento: dalle condizioni aerobiche iniziali nel silo alla successiva fermentazione, stoccaggio e riapertura del silo per l'alimentazione. Metodi specifici per ottimizzare la produzione di insilato in campo e la successiva fermentazione dell'insilato sono stati discussi in dettaglio altrove (91, 93-95) e non saranno trattati in dettaglio in questa sede. Il problema principale è il deterioramento ossidativo causato da lieviti e muffe quando l'ossigeno è presente nell'insilato (91, 92). Pertanto, sono stati introdotti inoculi biologici e additivi chimici per contrastare gli effetti negativi del deterioramento (91, 92). Altre considerazioni per gli additivi per insilati includono la limitazione della diffusione di agenti patogeni che possono essere presenti nell'insilato (ad esempio, E. coli patogeno, Listeria e Salmonella) nonché di funghi produttori di micotossine (96–98).
Mack et al. (92) hanno suddiviso gli additivi acidi in due categorie. Acidi come l'acido propionico, acetico, sorbico e benzoico mantengono la stabilità aerobica dell'insilato quando somministrato ai ruminanti limitando la crescita di lieviti e muffe (92). Mack et al. (92) hanno separato l'acido formico dagli altri acidi e lo hanno considerato un acidificante diretto che inibisce i clostridi e i microrganismi responsabili del deterioramento, mantenendo al contempo l'integrità delle proteine ​​dell'insilato. In pratica, le loro forme saline sono le forme chimiche più comuni per evitare le proprietà corrosive degli acidi nella forma non salina (91). Molti gruppi di ricerca hanno anche studiato l'acido formico come additivo acido per l'insilato. L'acido formico è noto per il suo rapido potenziale acidificante e per il suo effetto inibitorio sulla crescita di microrganismi dannosi dell'insilato che riducono il contenuto di proteine ​​e carboidrati idrosolubili dell'insilato (99). Pertanto, He et al. (92) hanno confrontato l'acido formico con gli additivi acidi nell'insilato. (100) hanno dimostrato che l'acido formico potrebbe inibire l'Escherichia coli e abbassare il pH dell'insilato. Colture batteriche produttrici di acido formico e lattico sono state aggiunte all'insilato per stimolare l'acidificazione e la produzione di acidi organici (101). Infatti, Cooley et al. (101) hanno scoperto che quando l'insilato veniva acidificato con acido formico al 3% (p/v), la produzione di acido lattico e formico superava rispettivamente 800 e 1000 mg di acido organico/100 g di campione. Mack et al. (92) hanno esaminato in dettaglio la letteratura di ricerca sugli additivi per insilati, compresi gli studi pubblicati dal 2000 che si concentravano su e/o includevano acido formico e altri acidi. Pertanto, questa revisione non discuterà i singoli studi in dettaglio, ma si limiterà a riassumere alcuni punti chiave riguardanti l'efficacia dell'acido formico come additivo chimico per insilati. Sono stati studiati sia l'acido formico non tamponato che quello tamponato e nella maggior parte dei casi Clostridium spp. Le sue attività relative (assorbimento di carboidrati, proteine ​​e lattato ed escrezione di butirrato) tendono a diminuire, mentre la produzione di ammoniaca e butirrato diminuisce e la ritenzione di sostanza secca aumenta (92). Ci sono limitazioni alle prestazioni dell'acido formico, ma il suo utilizzo come additivo per insilati in combinazione con altri acidi sembra superare alcuni di questi problemi (92).
L'acido formico può inibire i batteri patogeni che rappresentano un rischio per la salute umana. Ad esempio, Pauly e Tam (102) hanno inoculato piccoli silos di laboratorio con L. monocytogenes contenenti tre diversi livelli di sostanza secca (200, 430 e 540 g/kg) di loietto e poi integrato con acido formico (3 ml/kg) o batteri lattici (8 × 10⁵/g) ed enzimi cellulolitici. Hanno riportato che entrambi i trattamenti hanno ridotto L. monocytogenes a livelli non rilevabili nell'insilato a basso contenuto di sostanza secca (200 g/kg). Tuttavia, nell'insilato a medio contenuto di sostanza secca (430 g/kg), L. monocytogenes era ancora rilevabile dopo 30 giorni nell'insilato trattato con acido formico. La riduzione di L. monocytogenes sembrava essere associata a un pH più basso, acido lattico e acidi non dissociati combinati. Ad esempio, Pauly e Tam (102) hanno notato che i livelli di acido lattico e di acido non dissociato combinato erano particolarmente importanti, il che potrebbe essere il motivo per cui non è stata osservata alcuna riduzione di L. monocytogenes nei terreni trattati con acido formico provenienti da insilati con un contenuto di sostanza secca più elevato. Studi simili dovrebbero essere condotti in futuro per altri patogeni comuni degli insilati come Salmonella ed E. coli patogeno. Un'analisi più completa della sequenza 16S rDNA dell'intera comunità microbica dell'insilato potrebbe anche aiutare a identificare i cambiamenti nella popolazione microbica complessiva dell'insilato che si verificano nelle diverse fasi della fermentazione dell'insilato in presenza di acido formico (103). L'ottenimento di dati sul microbioma potrebbe fornire un supporto analitico per prevedere meglio l'andamento della fermentazione dell'insilato e per sviluppare combinazioni ottimali di additivi per mantenere un'elevata qualità dell'insilato.
Nei mangimi per animali a base di cereali, l'acido formico viene utilizzato come agente antimicrobico per limitare i livelli di patogeni in varie matrici di mangimi derivati ​​da cereali, nonché in alcuni ingredienti dei mangimi come i sottoprodotti animali. Gli effetti sulle popolazioni di patogeni nel pollame e in altri animali possono essere suddivisi in due categorie principali: effetti diretti sulla popolazione di patogeni del mangime stesso ed effetti indiretti sui patogeni che colonizzano il tratto gastrointestinale degli animali dopo aver consumato il mangime trattato (20, 21, 104). Chiaramente, queste due categorie sono interconnesse, poiché una riduzione dei patogeni nel mangime dovrebbe comportare una riduzione della colonizzazione quando l'animale consuma il mangime. Tuttavia, le proprietà antimicrobiche di un particolare acido aggiunto a una matrice di mangime possono essere influenzate da diversi fattori, come la composizione del mangime e la forma in cui l'acido viene aggiunto (21, 105).
Storicamente, l'uso dell'acido formico e di altri acidi correlati si è concentrato principalmente sul controllo diretto della Salmonella nei mangimi per animali e pollame (21). I risultati di questi studi sono stati riassunti in dettaglio in diverse revisioni pubblicate in momenti diversi (18, 21, 26, 47, 104–106), quindi in questa revisione vengono discussi solo alcuni dei risultati chiave di questi studi. Diversi studi hanno dimostrato che l'attività antimicrobica dell'acido formico nelle matrici dei mangimi dipende dalla dose e dal tempo di esposizione all'acido formico, dal contenuto di umidità della matrice del mangime e dalla concentrazione batterica nel mangime e nel tratto gastrointestinale dell'animale (19, 21, 107–109). Anche il tipo di matrice del mangime e la fonte degli ingredienti del mangime animale sono fattori influenti. Pertanto, numerosi studi hanno dimostrato che i livelli di Salmonella Le tossine batteriche isolate dai sottoprodotti animali possono differire da quelle isolate dai sottoprodotti vegetali (39, 45, 58, 59, 110–112). Tuttavia, le differenze nella risposta agli acidi come l'acido formico possono essere correlate alle differenze nella sopravvivenza del sierotipo nella dieta e alla temperatura alla quale la dieta viene lavorata (19, 113, 114). Le differenze nella risposta del sierotipo al trattamento acido possono anche essere un fattore nella contaminazione del pollame con mangimi contaminati (113, 115) e anche le differenze nell'espressione dei geni di virulenza (116) possono svolgere un ruolo. Le differenze nella tolleranza agli acidi possono a loro volta influenzare il rilevamento di Salmonella nei terreni di coltura se gli acidi presenti nel mangime non sono adeguatamente tamponati (21, 105, 117–122). Anche la forma fisica della dieta (in termini di dimensione delle particelle) può influenzare la disponibilità relativa di acido formico nel tratto gastrointestinale (123).
Anche le strategie per ottimizzare l'attività antimicrobica dell'acido formico aggiunto al mangime sono fondamentali. Sono state suggerite concentrazioni più elevate dell'acido per gli ingredienti del mangime altamente contaminati prima della miscelazione del mangime, al fine di minimizzare i potenziali danni alle attrezzature del mangimificio e i problemi di appetibilità del mangime per gli animali (105). Jones (51) ha concluso che la Salmonella presente nel mangime prima della pulizia chimica è più difficile da controllare rispetto alla Salmonella a contatto con il mangime dopo il trattamento chimico. Il trattamento termico del mangime durante la lavorazione presso il mangimificio è stato suggerito come intervento per limitare la contaminazione da Salmonella del mangime, ma ciò dipende dalla composizione del mangime, dalla granulometria e da altri fattori associati al processo di macinazione (51). L'attività antimicrobica degli acidi è anche dipendente dalla temperatura e le temperature elevate in presenza di acidi organici possono avere un effetto inibitorio sinergico sulla Salmonella, come osservato nelle colture liquide di Salmonella (124, 125). Diversi studi su mangimi contaminati da Salmonella supportano l'idea che le temperature elevate aumentino l'efficacia degli acidi nella matrice del mangime (106, 113, 126). Amado et al. (127) hanno utilizzato un disegno composito centrale per studiare l'interazione tra temperatura e acido (acido formico o lattico) in 10 ceppi di Salmonella enterica ed Escherichia coli isolati da vari mangimi per bovini e inoculati in pellet per bovini acidificati. Hanno concluso che il calore era il fattore dominante che influenzava la riduzione microbica, insieme all'acido e al tipo di isolato batterico. L'effetto sinergico con l'acido predomina ancora, quindi si possono utilizzare temperature e concentrazioni di acido più basse. Tuttavia, hanno anche notato che gli effetti sinergici non erano sempre osservati quando veniva utilizzato l'acido formico, il che li ha portati a sospettare che la volatilizzazione dell'acido formico a temperature più elevate o gli effetti tampone dei componenti della matrice del mangime fossero un fattore.
Limitare la durata di conservazione del mangime prima di somministrarlo agli animali è un modo per controllare l'introduzione di agenti patogeni di origine alimentare nell'organismo dell'animale durante l'alimentazione. Tuttavia, una volta che l'acido presente nel mangime è entrato nel tratto gastrointestinale, può continuare a esercitare la sua attività antimicrobica. L'attività antimicrobica delle sostanze acide somministrate esogenamente nel tratto gastrointestinale può dipendere da una varietà di fattori, tra cui la concentrazione di acido gastrico, la sede attiva del tratto gastrointestinale, il pH e il contenuto di ossigeno del tratto gastrointestinale, l'età dell'animale e la composizione relativa della popolazione microbica gastrointestinale (che dipende dalla posizione del tratto gastrointestinale e dalla maturità dell'animale) (21, 24, 128–132). Inoltre, la popolazione residente di microrganismi anaerobici nel tratto gastrointestinale (che diventa dominante nel tratto digerente inferiore degli animali monogastrici con la maturazione) produce attivamente acidi organici attraverso la fermentazione, che a sua volta può anche avere un effetto antagonista sui patogeni transitori che entrano nel tratto gastrointestinale (17, 19–21).
Gran parte della ricerca iniziale si è concentrata sull'uso di acidi organici, incluso il formiato, per limitare la Salmonella nel tratto gastrointestinale del pollame, argomento ampiamente trattato in diverse revisioni (12, 20, 21). Considerando insieme questi studi, è possibile trarre diverse osservazioni chiave. McHan e Shotts (133) hanno riportato che l'alimentazione con acido formico e propionico ha ridotto i livelli di Salmonella Typhimurium nel cieco di polli inoculati con i batteri e li hanno quantificati a 7, 14 e 21 giorni di età. Tuttavia, quando Hume et al. (128) hanno monitorato il propionato marcato con C-14, hanno concluso che una quantità molto ridotta di propionato nella dieta può raggiungere il cieco. Resta da determinare se ciò sia vero anche per l'acido formico. Tuttavia, recentemente Bourassa et al. (134) hanno riferito che la somministrazione di acido formico e propionico ha ridotto i livelli di Salmonella Typhimurium nel cieco dei polli inoculati con i batteri, che sono stati quantificati a 7, 14 e 21 giorni di età. (132) hanno notato che la somministrazione di acido formico a 4 g/t ai polli da carne durante il periodo di crescita di 6 settimane ha ridotto la concentrazione di S. Typhimurium nel cieco al di sotto del livello di rilevamento.
La presenza di acido formico nella dieta può avere effetti su altre parti del tratto gastrointestinale del pollame. Al-Tarazi e Alshavabkeh (134) hanno dimostrato che una miscela di acido formico e acido propionico potrebbe ridurre la contaminazione da Salmonella pullorum (S. PRlorum) nel gozzo e nel cieco. Thompson e Hinton (129) hanno osservato che una miscela disponibile in commercio di acido formico e acido propionico aumentava la concentrazione di entrambi gli acidi nel gozzo e nel ventriglio ed era battericida contro Salmonella Enteritidis PT4 in un modello in vitro in condizioni di allevamento rappresentative. Questa nozione è supportata da dati in vivo di Bird et al. (135) che hanno aggiunto acido formico all'acqua potabile di polli da carne durante un periodo di digiuno simulato prima della spedizione, simile al digiuno a cui vengono sottoposti i polli da carne prima del trasporto a un impianto di lavorazione del pollame. L'aggiunta di acido formico all'acqua potabile ha determinato una riduzione del numero di S. Typhimurium nel gozzo e nell'epididimo e una riduzione della frequenza di gozzi positivi a S. Typhimurium, ma non del numero di epididimi positivi (135). Lo sviluppo di sistemi di rilascio in grado di proteggere gli acidi organici mentre sono attivi nel tratto gastrointestinale inferiore può contribuire a migliorarne l'efficacia. Ad esempio, è stato dimostrato che la microincapsulazione dell'acido formico e la sua aggiunta al mangime riducono il numero di Salmonella Enteritidis nel contenuto cecale (136). Tuttavia, questo può variare a seconda della specie animale. Ad esempio, Walia et al. (137) non hanno osservato una riduzione della Salmonella nel cieco o nei linfonodi di suini di 28 giorni alimentati con una miscela di acido formico, acido citrico e capsule di olio essenziale, e sebbene l'escrezione di Salmonella nelle feci fosse ridotta al giorno 14, non lo era al giorno 28. Hanno dimostrato che la trasmissione orizzontale di Salmonella tra i suini era impedita.
Sebbene gli studi sull'acido formico come agente antimicrobico nell'allevamento animale si siano concentrati principalmente sulla Salmonella di origine alimentare, esistono anche alcuni studi che prendono di mira altri patogeni gastrointestinali. Studi in vitro di Kovanda et al. (68) suggeriscono che l'acido formico potrebbe essere efficace anche contro altri patogeni gastrointestinali di origine alimentare, tra cui Escherichia coli e Campylobacter jejuni. Studi precedenti hanno dimostrato che gli acidi organici (ad esempio, l'acido lattico) e le miscele commerciali contenenti acido formico come ingrediente possono ridurre i livelli di Campylobacter nel pollame (135, 138). Tuttavia, come precedentemente osservato da Beyer et al. (67), l'uso dell'acido formico come agente antimicrobico contro il Campylobacter potrebbe richiedere cautela. Questa scoperta è particolarmente problematica per l'integrazione alimentare nel pollame perché l'acido formico è la principale fonte di energia respiratoria per il C. jejuni. Inoltre, si ritiene che parte della sua nicchia gastrointestinale sia dovuta all'alimentazione incrociata metabolica con prodotti di fermentazione acida mista prodotti da batteri gastrointestinali, come il formiato (139). Questa visione ha un fondamento. Poiché il formiato è un chemoattrattore per C. jejuni, i doppi mutanti con difetti sia nella formiato deidrogenasi che nell'idrogenasi presentano tassi ridotti di colonizzazione cecale nei polli da carne rispetto ai ceppi di C. jejuni di tipo selvatico (140, 141). Non è ancora chiaro in che misura l'integrazione esterna di acido formico influenzi la colonizzazione del tratto gastrointestinale da parte di C. jejuni nei polli. Le concentrazioni effettive di formiato gastrointestinale potrebbero essere inferiori a causa del catabolismo del formiato da parte di altri batteri gastrointestinali o dell'assorbimento di formiato nel tratto gastrointestinale superiore, quindi diverse variabili potrebbero influenzare questo aspetto. Inoltre, il formiato è un potenziale prodotto di fermentazione prodotto da alcuni batteri gastrointestinali, il che potrebbe influenzare i livelli totali di formiato gastrointestinale. La quantificazione del formiato nel contenuto gastrointestinale e l'identificazione dei geni della formiato deidrogenasi mediante metagenomica potrebbero far luce su alcuni aspetti dell'ecologia dei microrganismi produttori di formiato.
Roth et al. (142) hanno confrontato gli effetti della somministrazione ai polli da carne dell'antibiotico enrofloxacina o di una miscela di acidi formico, acetico e propionico sulla prevalenza di Escherichia coli resistente agli antibiotici. Gli isolati di E. coli totali e resistenti agli antibiotici sono stati contati in campioni fecali aggregati di polli da carne di 1 giorno e in campioni di contenuto cecale di polli da carne di 14 e 38 giorni. Gli isolati di E. coli sono stati testati per la resistenza ad ampicillina, cefotaxime, ciprofloxacina, streptomicina, sulfametossazolo e tetraciclina secondo breakpoint precedentemente determinati per ciascun antibiotico. Quando le rispettive popolazioni di E. coli sono state quantificate e caratterizzate, né l'enrofloxacina né l'integrazione con il cocktail di acidi hanno alterato il numero totale di E. coli isolati dai ciechi di polli da carne di 17 e 28 giorni. Nei polli alimentati con una dieta integrata con enrofloxacina, si è osservato un aumento dei livelli di E. coli resistenti a ciprofloxacina, streptomicina, sulfametossazolo e tetraciclina e una diminuzione dei livelli di E. coli resistenti a cefotaxime nei ciechi. Nei polli alimentati con il cocktail di acidi, si è riscontrata una riduzione del numero di E. coli resistenti ad ampicillina e tetraciclina nei ciechi rispetto ai gruppi di controllo e a quelli alimentati con enrofloxacina. Anche nei polli alimentati con la miscela di acidi si è osservata una riduzione del numero di E. coli resistenti a ciprofloxacina e sulfametossazolo nei ciechi rispetto ai polli alimentati con enrofloxacina. Il meccanismo con cui gli acidi riducono il numero di E. coli resistenti agli antibiotici senza ridurre il numero totale di E. coli non è ancora chiaro. Tuttavia, i risultati dello studio di Roth et al. sono coerenti con quelli del gruppo trattato con enrofloxacina. (142) Ciò potrebbe indicare una ridotta diffusione dei geni di resistenza agli antibiotici in E. coli, come gli inibitori legati al plasmide descritti da Cabezon et al. (143). Sarebbe interessante condurre un'analisi più approfondita della resistenza agli antibiotici mediata da plasmidi nella popolazione gastrointestinale del pollame in presenza di additivi alimentari come l'acido formico e perfezionare ulteriormente questa analisi valutando il resistoma gastrointestinale.
Lo sviluppo di additivi alimentari antimicrobici ottimali contro i patogeni dovrebbe idealmente avere un impatto minimo sulla flora gastrointestinale complessiva, in particolare sui microbiota considerati benefici per l'ospite. Tuttavia, gli acidi organici somministrati esogenamente possono avere effetti dannosi sul microbiota gastrointestinale residente e, in una certa misura, annullarne le proprietà protettive contro i patogeni. Ad esempio, Thompson e Hinton (129) hanno osservato una diminuzione dei livelli di acido lattico nel gozzo di galline ovaiole alimentate con una miscela di acidi formico e propionico, suggerendo che la presenza di questi acidi organici esogeni nel gozzo abbia determinato una riduzione dei lattobacilli del gozzo. I lattobacilli del gozzo sono considerati una barriera contro la Salmonella e, pertanto, l'alterazione di questo microbiota residente del gozzo può essere dannosa per la riduzione efficace della colonizzazione del tratto gastrointestinale da parte della Salmonella (144). Açıkgöz et al. hanno scoperto che gli effetti sul tratto gastrointestinale inferiore degli uccelli potrebbero essere inferiori. (145) Non sono state riscontrate differenze nella flora intestinale totale o nel numero di Escherichia coli nei polli da carne di 42 giorni che bevevano acqua acidificata con acido formico. Gli autori hanno suggerito che ciò potrebbe essere dovuto al formiato metabolizzato nel tratto gastrointestinale superiore, come è stato osservato da altri ricercatori con acidi grassi a catena corta (SCFA) somministrati esogenamente (128, 129).
Proteggere l'acido formico attraverso una qualche forma di incapsulamento può aiutarlo a raggiungere il tratto gastrointestinale inferiore. (146) hanno notato che l'acido formico microincapsulato ha aumentato significativamente il contenuto totale di acidi grassi a catena corta (SCFA) nel cieco dei suini rispetto ai suini alimentati con acido formico non protetto. Questo risultato ha portato gli autori a suggerire che l'acido formico può raggiungere efficacemente il tratto gastrointestinale inferiore se è adeguatamente protetto. Tuttavia, diversi altri parametri, come le concentrazioni di formiato e lattato, sebbene più elevate rispetto a quelle nei suini alimentati con una dieta di controllo, non erano statisticamente diverse da quelle nei suini alimentati con una dieta a base di formiato non protetto. Sebbene i suini alimentati sia con acido formico non protetto che protetto abbiano mostrato un aumento di quasi tre volte dell'acido lattico, il numero di lattobacilli non è stato alterato da nessuno dei due trattamenti. Le differenze possono essere più pronunciate per altri microrganismi produttori di acido lattico nel cieco (1) che non vengono rilevati da questi metodi e/o (2) la cui attività metabolica è influenzata, alterando così il modello di fermentazione in modo che i lattobacilli residenti producano più acido lattico.
Per studiare con maggiore precisione gli effetti degli additivi alimentari sul tratto gastrointestinale degli animali da allevamento, sono necessari metodi di identificazione microbica ad alta risoluzione. Negli ultimi anni, il sequenziamento di nuova generazione (NGS) del gene 16S RNA è stato utilizzato per identificare i taxa del microbioma e confrontare la diversità delle comunità microbiche (147), il che ha fornito una migliore comprensione delle interazioni tra gli additivi alimentari e il microbiota gastrointestinale degli animali destinati al consumo alimentare, come il pollame.
Diversi studi hanno utilizzato il sequenziamento del microbioma per valutare la risposta del microbioma gastrointestinale del pollo all'integrazione di formiato. Oakley et al. (148) hanno condotto uno studio su polli da carne di 42 giorni integrati con varie combinazioni di acido formico, acido propionico e acidi grassi a catena media nell'acqua potabile o nel mangime. I polli immunizzati sono stati infettati con un ceppo di Salmonella typhimurium resistente all'acido nalidixico e i loro ciechi sono stati rimossi a 0, 7, 21 e 42 giorni di età. I ​​campioni cecali sono stati preparati per il pirosequenziamento 454 e i risultati del sequenziamento sono stati valutati per la classificazione e il confronto di similarità. Nel complesso, i trattamenti non hanno influenzato in modo significativo il microbioma cecale o i livelli di S. Typhimurium. Tuttavia, i tassi complessivi di rilevamento di Salmonella sono diminuiti con l'età degli uccelli, come confermato dall'analisi tassonomica del microbioma, e anche l'abbondanza relativa delle sequenze di Salmonella è diminuita nel tempo. Gli autori notano che, con l'avanzare dell'età dei polli da carne, la diversità della popolazione microbica cecale è aumentata, con i cambiamenti più significativi nella flora gastrointestinale osservati in tutti i gruppi di trattamento. In uno studio recente, Hu et al. (149) hanno confrontato gli effetti dell'acqua potabile e dell'alimentazione con una dieta integrata con una miscela di acidi organici (acido formico, acido acetico, acido propionico e formiato di ammonio) e virginiamicina su campioni di microbioma cecale di polli da carne raccolti in due fasi (1-21 giorni e 22-42 giorni). Sebbene siano state osservate alcune differenze nella diversità del microbioma cecale tra i gruppi di trattamento a 21 giorni di età, non sono state rilevate differenze nella diversità dei batteri α o β a 42 giorni. Data la mancanza di differenze a 42 giorni di età, gli autori hanno ipotizzato che il vantaggio di crescita possa essere dovuto a una più precoce instaurazione di un microbioma ottimamente diversificato.
L'analisi del microbioma focalizzata solo sulla comunità microbica cecale potrebbe non riflettere dove nel tratto gastrointestinale si verificano la maggior parte degli effetti degli acidi organici alimentari. Il microbioma del tratto gastrointestinale superiore dei polli da carne potrebbe essere più suscettibile agli effetti degli acidi organici alimentari, come suggerito dai risultati di Hume et al. (128). Hume et al. (128) hanno dimostrato che la maggior parte del propionato aggiunto esogenamente è stato assorbito nel tratto gastrointestinale superiore degli uccelli. Studi recenti sulla caratterizzazione dei microrganismi gastrointestinali supportano anche questa visione. Nava et al. (150) hanno dimostrato che una combinazione di una miscela di acidi organici [acido DL-2-idrossi-4(metiltio)butirrico], acido formico e acido propionico (HFP) ha influenzato il microbiota intestinale e aumentato la colonizzazione di Lactobacillus nell'ileo dei polli. Recentemente, Goodarzi Borojeni et al. (150) hanno dimostrato che una combinazione di miscela di acidi organici [acido DL-2-idrossi-4(metiltio)butirrico], acido formico e acido propionico (HFP) ha influenzato il microbiota intestinale e aumentato la colonizzazione di Lactobacillus nell'ileo dei polli. (151) hanno studiato l'alimentazione di polli da carne con una miscela di acido formico e acido propionico a due concentrazioni (0,75% e 1,50%) per 35 giorni. Al termine dell'esperimento, sono stati rimossi il gozzo, lo stomaco, i due terzi distali dell'ileo e il cieco e sono stati prelevati campioni per l'analisi quantitativa della flora gastrointestinale specifica e dei metaboliti mediante RT-PCR. In coltura, la concentrazione di acidi organici non ha influenzato l'abbondanza di Lactobacillus o Bifidobacterium, ma ha aumentato la popolazione di Clostridium. Nell'ileo, gli unici cambiamenti sono stati una diminuzione di Lactobacillus ed Enterobacter, mentre nel cieco questa flora è rimasta invariata (151). Alla più alta concentrazione di integrazione di acidi organici, la concentrazione totale di acido lattico (D e L) si è ridotta nel gozzo, la concentrazione di entrambi gli acidi organici si è ridotta nel ventriglio e la concentrazione di acidi organici è risultata inferiore nel cieco. Non si sono osservate variazioni nell'ileo. Per quanto riguarda gli acidi grassi a catena corta (SCFA), l'unica variazione nel gozzo e nel ventriglio dei polli alimentati con acidi organici ha riguardato il livello di propionato. I polli alimentati con la concentrazione più bassa di acidi organici hanno mostrato un aumento di quasi dieci volte del propionato nel gozzo, mentre i polli alimentati con entrambe le concentrazioni di acidi organici hanno mostrato un aumento di otto e quindici volte del propionato nel ventriglio, rispettivamente. L'aumento dell'acetato nell'ileo è stato inferiore al doppio. Nel complesso, questi dati supportano l'ipotesi che la maggior parte degli effetti dell'applicazione esterna di acidi organici si sia manifestata sulla resa, mentre gli acidi organici hanno avuto effetti minimi sulla comunità microbica del tratto gastrointestinale inferiore, suggerendo che i modelli di fermentazione della flora residente del tratto gastrointestinale superiore potrebbero essere stati alterati.
È evidente che è necessaria una caratterizzazione più approfondita del microbioma per chiarire appieno le risposte microbiche al formiato lungo tutto il tratto gastrointestinale. Un'analisi più approfondita della tassonomia microbica di specifici compartimenti gastrointestinali, in particolare quelli superiori come il gozzo, potrebbe fornire ulteriori informazioni sulla selezione di determinati gruppi di microrganismi. Le loro attività metaboliche ed enzimatiche potrebbero inoltre determinare se intrattengono una relazione antagonistica con i patogeni che entrano nel tratto gastrointestinale. Sarebbe anche interessante condurre analisi metagenomiche per determinare se l'esposizione ad additivi chimici acidi durante la vita degli uccelli selezioni batteri residenti più "tolleranti all'acido" e se la presenza e/o l'attività metabolica di questi batteri rappresenterebbero un'ulteriore barriera alla colonizzazione da parte di patogeni.
L'acido formico è stato utilizzato per molti anni come additivo chimico nei mangimi per animali e come acidificante per gli insilati. Uno dei suoi principali impieghi è la sua azione antimicrobica, che limita il numero di agenti patogeni presenti nel mangime e la loro successiva colonizzazione nel tratto gastrointestinale degli uccelli. Studi in vitro hanno dimostrato che l'acido formico è un agente antimicrobico relativamente efficace contro la Salmonella e altri agenti patogeni. Tuttavia, l'uso dell'acido formico nelle matrici dei mangimi può essere limitato dall'elevata quantità di sostanza organica presente negli ingredienti e dalla sua potenziale capacità tampone. L'acido formico sembra avere un effetto antagonista sulla Salmonella e altri agenti patogeni quando ingerito tramite mangime o acqua potabile. Tuttavia, questo antagonismo si verifica principalmente nel tratto gastrointestinale superiore, poiché le concentrazioni di acido formico possono essere ridotte nel tratto gastrointestinale inferiore, come accade con l'acido propionico. Il concetto di proteggere l'acido formico tramite incapsulamento offre un potenziale approccio per veicolare una maggiore quantità di acido al tratto gastrointestinale inferiore. Inoltre, studi hanno dimostrato che una miscela di acidi organici è più efficace nel migliorare le prestazioni del pollame rispetto alla somministrazione di un singolo acido (152). Il Campylobacter nel tratto gastrointestinale potrebbe rispondere in modo diverso al formiato, poiché può utilizzare il formiato come donatore di elettroni e il formiato è la sua principale fonte di energia. Non è chiaro se l'aumento delle concentrazioni di formiato nel tratto gastrointestinale sarebbe benefico per il Campylobacter, e ciò potrebbe non verificarsi a seconda di altra flora gastrointestinale in grado di utilizzare il formiato come substrato.
Sono necessari ulteriori studi per indagare gli effetti dell'acido formico gastrointestinale sui microbi gastrointestinali residenti non patogeni. Preferiamo colpire selettivamente i patogeni senza alterare i membri del microbiota gastrointestinale che sono benefici per l'ospite. Tuttavia, ciò richiede un'analisi più approfondita della sequenza del microbiota di queste comunità microbiche gastrointestinali residenti. Sebbene siano stati pubblicati alcuni studi sul microbiota cecale di uccelli trattati con acido formico, è necessaria maggiore attenzione alla comunità microbica del tratto gastrointestinale superiore. L'identificazione dei microrganismi e il confronto delle somiglianze tra le comunità microbiche gastrointestinali in presenza o assenza di acido formico potrebbero fornire una descrizione incompleta. Sono necessarie ulteriori analisi, tra cui metabolomica e metagenomica, per caratterizzare le differenze funzionali tra gruppi con composizione simile. Tale caratterizzazione è fondamentale per stabilire la relazione tra la comunità microbica gastrointestinale e le risposte prestazionali degli uccelli ai miglioratori a base di acido formico. La combinazione di diversi approcci per caratterizzare più accuratamente la funzione gastrointestinale dovrebbe consentire lo sviluppo di strategie di integrazione di acidi organici più efficaci e, in definitiva, migliorare le previsioni di salute e prestazioni ottimali degli uccelli, limitando al contempo i rischi per la sicurezza alimentare.
SR ha redatto questa recensione con l'assistenza di DD e KR. Tutti gli autori hanno fornito un contributo sostanziale al lavoro presentato in questa recensione.
Gli autori dichiarano che questa revisione ha ricevuto finanziamenti da Anitox Corporation per l'avvio della stesura e della pubblicazione. I finanziatori non hanno avuto alcuna influenza sulle opinioni e le conclusioni espresse in questo articolo di revisione né sulla decisione di pubblicarlo.
Gli autori rimanenti dichiarano che la ricerca è stata condotta in assenza di qualsiasi rapporto commerciale o finanziario che possa essere interpretato come un potenziale conflitto di interessi.
La Dott.ssa DD desidera ringraziare la Graduate School dell'Università dell'Arkansas per il supporto ricevuto tramite una borsa di studio per l'insegnamento di eccellenza, nonché il programma di biologia cellulare e molecolare e il dipartimento di scienze alimentari dell'Università dell'Arkansas per il supporto continuo. Inoltre, gli autori desiderano ringraziare Anitox per il supporto iniziale nella stesura di questa recensione.
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