Ovaj članak dio je istraživačke teme „Upotreba antimikrobnih lijekova, antimikrobna otpornost i mikrobiom životinja za prehranu“. Pogledajte svih 13 članaka
Organske kiseline i dalje su vrlo tražene kao aditivi za stočnu hranu. Do danas je fokus bio na sigurnosti hrane, posebno na smanjenju učestalosti patogena koji se prenose hranom kod peradi i drugih životinja. Nekoliko organskih kiselina trenutno se proučava ili je već u komercijalnoj upotrebi. Među mnogim organskim kiselinama koje su opsežno proučavane, mravlja kiselina je jedna od njih. Mravlja kiselina se dodaje prehrani peradi kako bi se ograničila prisutnost salmonele i drugih patogena koji se prenose hranom u hrani i u gastrointestinalnom traktu nakon gutanja. Kako raste razumijevanje učinkovitosti i utjecaja mravlje kiseline na domaćina i patogene koji se prenose hranom, postaje jasno da prisutnost mravlje kiseline može pokrenuti specifične puteve kod salmonele. Ovaj odgovor može postati složeniji kada mravlja kiselina uđe u gastrointestinalni trakt i stupi u interakciju ne samo sa salmonelom koja već kolonizira gastrointestinalni trakt, već i s vlastitom mikrobnom florom crijeva. Pregled će ispitati trenutne rezultate i izglede za daljnja istraživanja mikrobioma peradi i hrane tretirane mravljom kiselinom.
I u stočarstvu i u peradarskom uzgoju, izazov je razviti strategije upravljanja koje optimiziraju rast i produktivnost, a istovremeno ograničavaju rizike za sigurnost hrane. Povijesno gledano, primjena antibiotika u subterapeutskim koncentracijama poboljšala je zdravlje, dobrobit i produktivnost životinja (1–3). S gledišta mehanizma djelovanja, predloženo je da antibiotici primijenjeni u subinhibitornim koncentracijama posreduju u odgovorima domaćina moduliranjem gastrointestinalne (GI) flore i, posljedično, njihovih interakcija s domaćinom (3). Međutim, stalna zabrinutost zbog potencijalnog širenja patogena koji se prenose hranom otpornih na antibiotike i njihove potencijalne povezanosti s infekcijama otpornim na antibiotike kod ljudi dovela je do postupnog povlačenja upotrebe antibiotika kod životinja za prehranu (4–8). Stoga je razvoj dodataka hrani i poboljšivača koji zadovoljavaju barem neke od ovih zahtjeva (poboljšano zdravlje, dobrobit i produktivnost životinja) od velikog interesa i s akademskog istraživanja i s gledišta komercijalnog razvoja (5, 9). Na tržište hrane za životinje ušao je niz komercijalnih dodataka hrani, uključujući probiotike, prebiotike, eterična ulja i srodne spojeve iz različitih biljnih izvora te kemikalije poput aldehida (10–14). Ostali komercijalni dodaci hrani koji se često koriste kod peradi uključuju bakteriofage, cinkov oksid, egzogene enzime, produkte kompetitivnog isključivanja i kisele spojeve (15, 16).
Među postojećim kemijskim dodacima hrani za životinje, aldehidi i organske kiseline su povijesno bili najčešće proučavani i korišteni spojevi (12, 17–21). Organske kiseline, posebno kratkolančane masne kiseline (SCFA), dobro su poznati antagonisti patogenih bakterija. Ove organske kiseline koriste se kao dodaci hrani ne samo za ograničavanje prisutnosti patogena u matrici hrane, već i za aktivno djelovanje na gastrointestinalnu funkciju (17, 20–24). Osim toga, SCFA nastaju fermentacijom crijevne flore u probavnom traktu i smatra se da igraju mehanističku ulogu u sposobnosti nekih probiotika i prebiotika da se suprotstave patogenima unesenim u gastrointestinalni trakt (21, 23, 25).
Tijekom godina, razne kratkolančane masne kiseline (SCFA) privukle su veliku pozornost kao dodaci stočnoj hrani. Posebno su propionat, butirat i format bili predmet brojnih studija i komercijalnih primjena (17, 20, 21, 23, 24, 26). Dok su se rane studije usredotočile na kontrolu patogena koji se prenose hranom u hrani za životinje i perad, novije studije su preusmjerile svoj fokus na ukupno poboljšanje performansi životinja i gastrointestinalnog zdravlja (20, 21, 24). Acetat, propionat i butirat privukli su veliku pozornost kao organski kiseli dodaci stočnoj hrani, među kojima je mravlja kiselina također obećavajući kandidat (21, 23). Velika pozornost usmjerena je na aspekte sigurnosti hrane mravlje kiseline, posebno na smanjenje učestalosti patogena koji se prenose hranom u stočnoj hrani. Međutim, razmatraju se i druge moguće upotrebe. Opći cilj ovog pregleda je ispitati povijest i trenutni status mravlje kiseline kao poboljšivača hrane za stoku (Slika 1). U ovoj studiji ispitat ćemo antibakterijski mehanizam mravlje kiseline. Osim toga, detaljnije ćemo pogledati njegove učinke na stoku i perad te raspraviti o mogućim metodama za poboljšanje njegove učinkovitosti.
Sl. 1. Mentalna mapa tema obrađenih u ovom pregledu. Posebno su se usredotočili na sljedeće opće ciljeve: opisati povijest i trenutni status mravlje kiseline kao poboljšivača stočne hrane, antimikrobne mehanizme mravlje kiseline i utjecaj njezine upotrebe na zdravlje životinja i peradi te potencijalne metode za poboljšanje učinkovitosti.
Proizvodnja hrane za stoku i perad složen je postupak koji uključuje više koraka, uključujući fizičku obradu žitarica (npr. mljevenje radi smanjenja veličine čestica), toplinsku obradu za peletiranje i dodavanje više hranjivih tvari u prehranu ovisno o specifičnim prehrambenim potrebama životinje (27). S obzirom na ovu složenost, ne čudi da prerada hrane izlaže žitarice raznim čimbenicima okoliša prije nego što stignu u mlin za stočnu hranu, tijekom mljevenja, a potom tijekom transporta i hranjenja u krmnim smjesama (9, 21, 28). Stoga je tijekom godina u hrani identificirana vrlo raznolika skupina mikroorganizama, uključujući ne samo bakterije već i bakteriofage, gljivice i kvasce (9, 21, 28–31). Neki od ovih onečišćujućih tvari, poput određenih gljivica, mogu proizvesti mikotoksine koji predstavljaju zdravstveni rizik za životinje (32–35).
Bakterijske populacije mogu biti relativno raznolike i donekle ovise o odgovarajućim metodama korištenim za izolaciju i identifikaciju mikroorganizama, kao i o izvoru uzorka. Na primjer, profil mikrobnog sastava može se razlikovati prije toplinske obrade povezane s peletiranjem (36). Iako su klasične metode uzgoja i nanošenja na ploče pružile neke informacije, nedavna primjena metode sekvenciranja sljedeće generacije (NGS) temeljene na genu 16S rRNA pružila je sveobuhvatniju procjenu zajednice mikrobioma krmnog bilja (9). Kada su Solanki i sur. (37) ispitali bakterijski mikrobiom zrna pšenice uskladištenog određeno vrijeme u prisutnosti fosfina, fumiganta za suzbijanje insekata, otkrili su da je mikrobiom bio raznolikiji nakon žetve i nakon 3 mjeseca skladištenja. Nadalje, Solanki i sur. (37) (37) pokazali su da su Proteobacteria, Firmicutes, Actinobacteria, Bacteroidetes i Planctomyces dominantna koljena u zrnima pšenice, Bacillus, Erwinia i Pseudomonas dominantni su rodovi, a Enterobacteriaceae čine manji udio. Na temelju taksonomskih usporedbi zaključili su da fumigacija fosfinom značajno mijenja bakterijske populacije, ali ne utječe na raznolikost gljivica.
Solanki i sur. (37) pokazali su da izvori hrane također mogu sadržavati patogene koji se prenose hranom i koji mogu uzrokovati probleme javnog zdravstva na temelju detekcije Enterobacteriaceae u mikrobiomu. Patogeni koji se prenose hranom, poput Clostridium perfringens, Clostridium botulinum, Salmonella, Campylobacter, Escherichia coli O157:H7 i Listeria monocytogenes, povezani su s hranom za životinje i silažem (9, 31, 38). Perzistencija drugih patogena koji se prenose hranom u hrani za životinje i perad trenutno nije poznata. Ge i sur. (39) pregledali su preko 200 sastojaka hrane za životinje i izolirali Salmonelu, E. coli i Enterococci, ali nisu otkrili E. coli O157:H7 ili Campylobacter. Međutim, matrice poput suhe hrane mogu poslužiti kao izvor patogene E. coli. U praćenju izvora izbijanja serogrupa O121 i O26 Escherichia coli (STEC) koja proizvodi Shiga toksin, povezanih s ljudskim bolestima 2016. godine, Crowe i sur. (40) koristili su sekvenciranje cijelog genoma kako bi usporedili kliničke izolate s izolatima dobivenim iz prehrambenih proizvoda. Na temelju ove usporedbe zaključili su da je vjerojatni izvor bilo sirovo pšenično brašno s niskim udjelom vlage iz mlinova za brašno. Nizak sadržaj vlage u pšeničnom brašnu sugerira da STEC može preživjeti i u stočnoj hrani s niskim udjelom vlage. Međutim, kako Crowe i sur. (40) primjećuju, izolacija STEC-a iz uzoraka brašna je teška i zahtijeva imunomagnetske metode separacije kako bi se dobio dovoljan broj bakterijskih stanica. Slični dijagnostički procesi također mogu zakomplicirati otkrivanje i izolaciju rijetkih patogena koji se prenose hranom u stočnoj hrani. Teškoća u otkrivanju može biti i posljedica dugog zadržavanja ovih patogena u matricama s niskim udjelom vlage. Forghani i sur. (41) pokazali su da je pšenično brašno uskladišteno na sobnoj temperaturi i inokulirano mješavinom enterohemoragičnog Escherichia coli (EHEC) seroskupina O45, O121 i O145 te Salmonella (S. Typhimurium, S. Agona, S. Enteritidis i S. Anatum) bilo kvantificirano nakon 84 i 112 dana, a još uvijek detektirano nakon 24 i 52 tjedna.
Povijesno gledano, Campylobacter nikada nije izoliran iz hrane za životinje i perad tradicionalnim metodama uzgoja (38, 39), iako se Campylobacter može lako izolirati iz gastrointestinalnog trakta peradi i proizvoda od peradi (42, 43). Međutim, hrana i dalje ima svoje prednosti kao potencijalni izvor. Na primjer, Alves i sur. (44) pokazali su da je inokulacija hrane za tovljene piliće s C. jejuni i naknadno skladištenje hrane na dvije različite temperature tijekom 3 ili 5 dana rezultiralo oporavkom održive C. jejuni, a u nekim slučajevima čak i njihovom proliferacijom. Zaključili su da C. jejuni sigurno može preživjeti u hrani za perad i stoga može biti potencijalni izvor infekcije za piliće.
Kontaminacija hrane za životinje i perad salmonelom u prošlosti je privukla mnogo pozornosti i ostaje u fokusu stalnih napora za razvoj metoda detekcije posebno primjenjivih na hranu za životinje i pronalaženje učinkovitijih mjera kontrole (12, 26, 30, 45–53). Tijekom godina, mnoge studije su ispitivale izolaciju i karakterizaciju salmonele u raznim objektima za stočnu hranu i tvornicama stočne hrane (38, 39, 54–61). Sveukupno, ove studije pokazuju da se salmonela može izolirati iz različitih sastojaka hrane, izvora hrane, vrsta hrane i proizvodnih operacija hrane. Stope prevalencije i dominantni izolirani serotipovi salmonele također su varirali. Na primjer, Li i sur. (57) potvrdili su prisutnost Salmonella spp. Otkrivena je u 12,5% od 2058 uzoraka prikupljenih iz potpune hrane za životinje, sastojaka hrane za životinje, hrane za kućne ljubimce, poslastica za kućne ljubimce i dodataka prehrani za kućne ljubimce tijekom razdoblja prikupljanja podataka od 2002. do 2009. godine. Osim toga, najčešći serotipovi otkriveni u 12,5% uzoraka Salmonella koji su bili pozitivni bili su S. Senftenberg i S. Montevideo (57). U studiji hrane spremne za jelo i nusproizvoda stočne hrane u Teksasu, Hsieh i sur. (58) izvijestili su da je najveća prevalencija Salmonella bila u ribljem brašnu, nakon čega slijede životinjski proteini, s S. Mbanka i S. Montevideo kao najčešćim serotipovima. Mlinovi stočne hrane također predstavljaju nekoliko potencijalnih točaka kontaminacije hrane tijekom miješanja i dodavanja sastojaka (9, 56, 61). Magossi i sur. (61) uspjeli su pokazati da se tijekom proizvodnje hrane u Sjedinjenim Državama mogu pojaviti višestruke točke kontaminacije. Zapravo, Magossi i sur. (61) pronašli su barem jednu pozitivnu kulturu Salmonella u 11 mlinova stočne hrane (ukupno 12 lokacija za uzorkovanje) u osam država u Sjedinjenim Državama. S obzirom na potencijal kontaminacije salmonelom tijekom rukovanja hranom, transporta i svakodnevnog hranjenja, ne čudi da se ulažu značajni napori u razvoj dodataka hrani koji mogu smanjiti i održavati niske razine mikrobne kontaminacije tijekom cijelog ciklusa proizvodnje životinja.
Malo se zna o mehanizmu specifičnog odgovora Salmonele na mravlju kiselinu. Međutim, Huang i sur. (62) naznačili su da je mravlja kiselina prisutna u tankom crijevu sisavaca i da su Salmonella spp. sposobne proizvoditi mravlju kiselinu. Huang i sur. (62) koristili su niz mutanata ključnih puteva za detekciju ekspresije gena virulencije Salmonele i otkrili da format može djelovati kao difuzibilni signal koji inducira Salmonellu da invadira epitelne stanice Hep-2. Nedavno su Liu i sur. (63) izolirali transporter formata, FocA, iz Salmonella typhimurium koji funkcionira kao specifični kanal formata pri pH 7,0, ali može funkcionirati i kao pasivni kanal izvoza pri visokom vanjskom pH ili kao sekundarni aktivni kanal uvoza formata/vodikovih iona pri niskom pH. Međutim, ova studija provedena je samo na jednom serotipu S. Typhimurium. Ostaje pitanje reagiraju li svi serotipovi na mravlju kiselinu sličnim mehanizmima. Ovo ostaje ključno istraživačko pitanje kojim bi se trebalo pozabaviti u budućim studijama. Bez obzira na rezultate, i dalje je razborito koristiti više serotipova Salmonella ili čak više sojeva svakog serotipa u probirnim eksperimentima prilikom razvoja općih preporuka za upotrebu kiselih dodataka za smanjenje razine Salmonella u hrani. Noviji pristupi, poput korištenja genetskog barkodiranja za kodiranje sojeva radi razlikovanja različitih podskupina istog serotipa (9, 64), nude mogućnost uočavanja finijih razlika koje mogu utjecati na zaključke i tumačenje razlika.
Kemijska priroda i oblik disocijacije formata također mogu biti važni. U nizu studija, Beyer i sur. (65–67) pokazali su da je inhibicija Enterococcus faecium, Campylobacter jejuni i Campylobacter coli bila u korelaciji s količinom disocirane mravlje kiseline i bila je neovisna o pH ili nedisociranoj mravljoj kiselini. Kemijski oblik formata kojem su bakterije izložene također se čini važnim. Kovanda i sur. (68) pregledali su nekoliko gram-negativnih i gram-pozitivnih organizama i usporedili minimalne inhibitorne koncentracije (MIK) natrijevog formata (500–25 000 mg/L) i smjese natrijevog formata i slobodnog formata (40/60 m/v; 10–10 000 mg/L). Na temelju vrijednosti minimalne inhibitorne koncentracije (MIK) otkrili su da je natrijev format inhibitorno djelovao samo na Campylobacter jejuni, Clostridium perfringens, Streptococcus suis i Streptococcus pneumoniae, ali ne i na Escherichia coli, Salmonella typhimurium ili Enterococcus faecalis. Nasuprot tome, smjesa natrijevog formata i slobodnog natrijevog formata inhibitorno je djelovala na sve organizme, što je autore navelo na zaključak da slobodna mravlja kiselina posjeduje većinu antimikrobnih svojstava. Bilo bi zanimljivo ispitati različite omjere ova dva kemijska oblika kako bi se utvrdilo korelira li raspon vrijednosti MIK s razinom mravlje kiseline prisutne u miješanoj formuli i odgovorom na 100%-tnu mravlju kiselinu.
Gomez-Garcia i sur. (69) testirali su kombinacije eteričnih ulja i organskih kiselina (poput mravlje kiseline) protiv višestrukih izolata Escherichia coli, Salmonella i Clostridium perfringens dobivenih od svinja. Testirali su učinkovitost šest organskih kiselina, uključujući mravlju kiselinu, i šest eteričnih ulja protiv izolata svinja, koristeći formaldehid kao pozitivnu kontrolu. Gomez-García i sur. (69) odredili su MIC50, MBC50 i MIC50/MBC50 mravlje kiseline protiv Escherichia coli (600 i 2400 ppm, 4), Salmonella (600 i 2400 ppm, 4) i Clostridium perfringens (1200 i 2400 ppm, 2), među kojima se mravlja kiselina pokazala učinkovitijom od svih organskih kiselina protiv E. coli i Salmonella. (69) Mravlja kiselina je učinkovita protiv Escherichia coli i Salmonella zbog svoje male molekularne veličine i dugog lanca (70).
Beyer i sur. pregledali su sojeve Campylobacter izolirane iz svinja (66) i sojeve Campylobacter jejuni izolirane iz peradi (67) te pokazali da se mravlja kiselina disocira pri koncentracijama koje su u skladu s MIC odgovorima izmjerenim za druge organske kiseline. Međutim, relativne potentnosti ovih kiselina, uključujući mravlju kiselinu, dovedene su u pitanje jer Campylobacter može koristiti te kiseline kao supstrate (66, 67). Iskorištavanje kiseline kod C. jejuni nije iznenađujuće jer je dokazano da ima neglikolitički metabolizam. Dakle, C. jejuni ima ograničen kapacitet za katabolizam ugljikohidrata i oslanja se na glukoneogenezu iz aminokiselina i organskih kiselina za većinu svog energetskog metabolizma i biosintetske aktivnosti (71, 72). Rana studija Linea i sur. (73) koristila je fenotipski niz koji sadrži 190 izvora ugljika i pokazala da C. jejuni 11168(GS) može koristiti organske kiseline kao izvore ugljika, od kojih su većina međuprodukti ciklusa trikarboksilnih kiselina. Daljnja istraživanja Waglija i sur. (74) korištenjem fenotipskog niza za iskorištavanje ugljika pokazalo je da sojevi C. jejuni i E. coli ispitani u njihovoj studiji mogu rasti na organskim kiselinama kao izvoru ugljika. Format je glavni donor elektrona za respiratorni energetski metabolizam C. jejuni i stoga glavni izvor energije za C. jejuni (71, 75). C. jejuni može koristiti format kao donor vodika putem membranski vezanog kompleksa format dehidrogenaze koji oksidira format u ugljikov dioksid, protone i elektrone te služi kao donor elektrona za disanje (72).
Mravlja kiselina ima dugu povijest upotrebe kao antimikrobno sredstvo za poboljšanje hrane, ali neki kukci također mogu proizvoditi mravlju kiselinu za upotrebu kao antimikrobna obrambena kemikalija. Rossini i sur. (76) sugerirali su da bi mravlja kiselina mogla biti sastojak kiselog soka mrava koje je opisao Ray (77) prije gotovo 350 godina. Od tada se naše razumijevanje proizvodnje mravlje kiseline u mrava i drugih kukaca znatno povećalo i sada je poznato da je taj proces dio složenog obrambenog sustava od toksina u kukaca (78). Poznato je da različite skupine kukaca, uključujući pčele bez žalca, šiljaste mrave (Hymenoptera: Apidae), trnače (Galerita lecontei i G. janus), mrave bez žalca (Formicinae) i neke ličinke moljaca (Lepidoptera: Myrmecophaga), proizvode mravlju kiselinu kao obrambenu kemikaliju (76, 78–82).
Mravi su možda najbolje okarakterizirani jer imaju acidocite, specijalizirane otvore koji im omogućuju raspršivanje otrova sastavljenog prvenstveno od mravlje kiseline (82). Mravi koriste serin kao prekursor i pohranjuju velike količine formata u svojim otrovnim žlijezdama, koje su dovoljno izolirane da zaštite mrave domaćine od citotoksičnosti formata dok se ne poprskaju (78, 83). Mravlja kiselina koju luče može (1) poslužiti kao alarmni feromon za privlačenje drugih mrava; (2) biti obrambena kemikalija protiv konkurenata i predatora; i (3) djelovati kao antifungalno i antibakterijsko sredstvo kada se kombinira sa smolom kao dijelom materijala za gnijezdo (78, 82, 84–88). Mravlja kiselina koju proizvode mravi ima antimikrobna svojstva, što sugerira da bi se mogla koristiti kao lokalni aditiv. To su pokazali Bruch i sur. (88), koji su dodali sintetičku mravlju kiselinu smoli i značajno poboljšali antifungalno djelovanje. Daljnji dokaz učinkovitosti mravlje kiseline i njezine biološke korisnosti jest da divovski mravojedi, koji ne mogu proizvoditi želučanu kiselinu, konzumiraju mrave koji sadrže mravlju kiselinu kako bi si osigurali koncentriranu mravlju kiselinu kao alternativnu probavnu kiselinu (89).
Praktična upotreba mravlje kiseline u poljoprivredi razmatra se i proučava već dugi niz godina. Posebno se mravlja kiselina može koristiti kao dodatak stočnoj hrani i silaži. Natrijev format u krutom i tekućem obliku smatra se sigurnim za sve životinjske vrste, potrošače i okoliš (90). Na temelju njihove procjene (90), maksimalna koncentracija od 10 000 mg ekvivalenata mravlje kiseline/kg hrane smatrana je sigurnom za sve životinjske vrste, dok se maksimalna koncentracija od 12 000 mg ekvivalenata mravlje kiseline/kg hrane smatrala sigurnom za svinje. Upotreba mravlje kiseline kao poboljšivača stočne hrane proučava se već dugi niz godina. Smatra se da ima komercijalnu vrijednost kao konzervans silaže i antimikrobno sredstvo u stočnoj i peradarskoj hrani.
Kemijski aditivi poput kiselina oduvijek su bili sastavni element u proizvodnji silaže i upravljanju hranom (91, 92). Borreani i sur. (91) primijetili su da je za postizanje optimalne proizvodnje visokokvalitetne silaže potrebno održavati kvalitetu krme uz zadržavanje što veće količine suhe tvari. Rezultat takve optimizacije je minimiziranje gubitaka u svim fazama procesa siliranja: od početnih aerobnih uvjeta u silosu do naknadne fermentacije, skladištenja i ponovnog otvaranja silosa za hranjenje. Specifične metode za optimizaciju proizvodnje silaže na polju i naknadne fermentacije silaže detaljno su raspravljene drugdje (91, 93-95) i ovdje se neće detaljno raspravljati. Glavni problem je oksidativno kvarenje uzrokovano kvascima i plijesni kada je kisik prisutan u silaži (91, 92). Stoga su uvedeni biološki inokulanti i kemijski aditivi kako bi se suzbili štetni učinci kvarenja (91, 92). Druga razmatranja za dodatke silaži uključuju ograničavanje širenja patogena koji mogu biti prisutni u silaži (npr. patogene E. coli, Listeria i Salmonella), kao i gljivica koje proizvode mikotoksine (96–98).
Mack i sur. (92) podijelili su kisele aditive u dvije kategorije. Kiseline poput propionske, octene, sorbinske i benzojeve kiseline održavaju aerobnu stabilnost silaže kada se daju preživačima ograničavajući rast kvasaca i plijesni (92). Mack i sur. (92) odvojili su mravlju kiselinu od ostalih kiselina i smatrali je izravnim zakiseljivačem koji inhibira klostridije i mikroorganizme kvarenja, a istovremeno održava integritet proteina silaže. U praksi, njihovi oblici soli najčešći su kemijski oblici kako bi se izbjegla korozivna svojstva kiselina u nesolnom obliku (91). Mnoge istraživačke skupine također su proučavale mravlju kiselinu kao kiseli aditiv za silažu. Mravlja kiselina poznata je po svom brzom potencijalu zakiseljavanja i inhibitornom učinku na rast štetnih mikroorganizama silaže koji smanjuju sadržaj proteina i ugljikohidrata topljivih u vodi u silaži (99). Stoga su He i sur. (92) usporedili mravlju kiselinu s kiselim aditivima u silaži. (100) pokazali su da mravlja kiselina može inhibirati Escherichia coli i sniziti pH silaže. Bakterijske kulture koje proizvode mravlju i mliječnu kiselinu također su dodane u silažu kako bi se potaknulo zakiseljavanje i proizvodnja organskih kiselina (101). Zapravo, Cooley i sur. (101) otkrili su da kada je silaža zakiseljena s 3% (w/v) mravlje kiseline, proizvodnja mliječne i mravlje kiseline premašila je 800 odnosno 1000 mg organske kiseline/100 g uzorka. Mack i sur. (92) detaljno su pregledali istraživačku literaturu o aditivima za silažu, uključujući studije objavljene od 2000. koje su se usredotočile na i/ili uključivale mravlju kiselinu i druge kiseline. Stoga ovaj pregled neće detaljno raspravljati o pojedinačnim studijama, već će jednostavno sažeti neke ključne točke u vezi s učinkovitošću mravlje kiseline kao kemijskog aditiva za silažu. Proučavane su i nepuferirana i puferirana mravlja kiselina, a u većini slučajeva Clostridium spp. Njegove relativne aktivnosti (unos ugljikohidrata, proteina i laktata te izlučivanje butirata) imaju tendenciju smanjenja, dok se proizvodnja amonijaka i butirata smanjuje, a zadržavanje suhe tvari povećava (92). Postoje ograničenja u djelovanju mravlje kiseline, ali njezina upotreba kao dodatka silaži u kombinaciji s drugim kiselinama čini se da prevladava neke od tih problema (92).
Mravlja kiselina može inhibirati patogene bakterije koje predstavljaju rizik za ljudsko zdravlje. Na primjer, Pauly i Tam (102) inokulirali su male laboratorijske silose s L. monocytogenes koji sadrži tri različite razine suhe tvari (200, 430 i 540 g/kg) ljulja, a zatim su im dodali mravlju kiselinu (3 ml/kg) ili mliječnokiselinske bakterije (8 × 105/g) i celulolitički enzime. Izvijestili su da su oba tretmana smanjila L. monocytogenes na nedetektabilne razine u silaži s niskim udjelom suhe tvari (200 g/kg). Međutim, u silaži sa srednjim udjelom suhe tvari (430 g/kg), L. monocytogenes je i dalje bio detektibilan nakon 30 dana u silaži tretiranoj mravljom kiselinom. Čini se da je smanjenje L. monocytogenes povezano s nižim pH, mliječnom kiselinom i kombiniranim nedisociranim kiselinama. Na primjer, Pauly i Tam (102) primijetili su da su razine mliječne kiseline i kombinirane nedisocirane kiseline bile posebno važne, što bi mogao biti razlog zašto nije uočeno smanjenje L. monocytogenes u medijima tretiranim mravljom kiselinom iz silaža s višim udjelom suhe tvari. Slične studije trebale bi se provesti u budućnosti za druge uobičajene patogene silaže poput Salmonele i patogene E. coli. Sveobuhvatnija analiza 16S rDNA sekvence cijele mikrobne zajednice silaže također može pomoći u identificiranju promjena u ukupnoj mikrobnoj populaciji silaže koje se javljaju u različitim fazama fermentacije silaže u prisutnosti mravlje kiseline (103). Dobivanje podataka o mikrobiomu može pružiti analitičku podršku za bolje predviđanje napretka fermentacije silaže i za razvoj optimalnih kombinacija aditiva za održavanje visoke kvalitete silaže.
U stočnoj hrani na bazi žitarica, mravlja kiselina se koristi kao antimikrobno sredstvo za ograničavanje razine patogena u raznim matricama hrane dobivenim od žitarica, kao i u određenim sastojcima hrane poput nusproizvoda životinjskog podrijetla. Učinci na populacije patogena kod peradi i drugih životinja mogu se grubo podijeliti u dvije kategorije: izravni učinci na populaciju patogena u samoj hrani i neizravni učinci na patogene koji koloniziraju gastrointestinalni trakt životinja nakon konzumiranja tretirane hrane (20, 21, 104). Jasno je da su ove dvije kategorije međusobno povezane, jer smanjenje patogena u hrani trebalo bi rezultirati smanjenjem kolonizacije kada životinja konzumira hranu. Međutim, na antimikrobna svojstva određene kiseline dodane u matricu hrane može utjecati nekoliko čimbenika, kao što su sastav hrane i oblik u kojem se kiselina dodaje (21, 105).
Povijesno gledano, upotreba mravlje kiseline i drugih srodnih kiselina prvenstveno se usredotočila na izravnu kontrolu Salmonele u hrani za životinje i perad (21). Rezultati tih studija detaljno su sažeti u nekoliko pregleda objavljenih u različito vrijeme (18, 21, 26, 47, 104–106), stoga se u ovom pregledu raspravlja samo o nekim ključnim nalazima iz tih studija. Nekoliko je studija pokazalo da antimikrobna aktivnost mravlje kiseline u matricama hrane ovisi o dozi i vremenu izlaganja mravljoj kiselini, sadržaju vlage u matrici hrane te koncentraciji bakterija u hrani i gastrointestinalnom traktu životinje (19, 21, 107–109). Vrsta matrice hrane i izvor sastojaka hrane za životinje također su utjecajni čimbenici. Stoga je niz studija pokazao da se razine Salmonele Bakterijski toksini izolirani iz životinjskih nusproizvoda mogu razlikovati od onih izoliranih iz biljnih nusproizvoda (39, 45, 58, 59, 110–112). Međutim, razlike u odgovoru na kiseline poput mravlje kiseline mogu biti povezane s razlikama u preživljavanju serovara u prehrani i temperaturom na kojoj se prehrana obrađuje (19, 113, 114). Razlike u odgovoru serovara na tretman kiselinom također mogu biti faktor kontaminacije peradi kontaminiranom hranom (113, 115), a razlike u ekspresiji gena virulencije (116) također mogu igrati ulogu. Razlike u toleranciji na kiselinu mogu pak utjecati na detekciju Salmonele u medijima za uzgoj ako kiseline iz hrane nisu adekvatno puferirane (21, 105, 117–122). Fizički oblik prehrane (u smislu veličine čestica) također može utjecati na relativnu dostupnost mravlje kiseline u gastrointestinalnom traktu (123).
Strategije za optimizaciju antimikrobne aktivnosti mravlje kiseline dodane u hranu također su ključne. Predložene su veće koncentracije kiseline za sastojke hrane s visokom kontaminacijom prije miješanja hrane kako bi se smanjila potencijalna šteta na opremi mlinova za stočnu hranu i problemi s ukusnošću hrane za životinje (105). Jones (51) je zaključio da je Salmonelu prisutnu u hrani prije kemijskog čišćenja teže kontrolirati nego Salmonelu u kontaktu s hranom nakon kemijske obrade. Termička obrada hrane tijekom obrade u mlinu za stočnu hranu predložena je kao intervencija za ograničavanje kontaminacije hrane salmonelom, ali to ovisi o sastavu hrane, veličini čestica i drugim čimbenicima povezanim s procesom mljevenja (51). Antimikrobna aktivnost kiselina također ovisi o temperaturi, a povišene temperature u prisutnosti organskih kiselina mogu imati sinergijski inhibitorni učinak na Salmonelu, kao što je uočeno u tekućim kulturama Salmonele (124, 125). Nekoliko studija hrane kontaminirane Salmonelom podupire ideju da povišene temperature povećavaju učinkovitost kiselina u matrici hrane (106, 113, 126). Amado i sur. (127) koristili su centralni kompozitni dizajn za proučavanje interakcije temperature i kiseline (mravlje ili mliječne kiseline) u 10 sojeva Salmonella enterica i Escherichia coli izoliranih iz različite stočne hrane i inokuliranih u zakiseljene stočne pelete. Zaključili su da je toplina dominantan faktor koji utječe na smanjenje mikroba, uz kiselinu i vrstu bakterijskog izolata. Sinergijski učinak s kiselinom i dalje prevladava, pa se mogu koristiti niže temperature i koncentracije kiseline. Međutim, također su primijetili da sinergijski učinci nisu uvijek uočeni kada se koristila mravlja kiselina, što ih je navelo na sumnju da su isparavanje mravlje kiseline na višim temperaturama ili puferski učinci komponenti matrice hrane faktor.
Ograničavanje roka trajanja hrane prije hranjenja životinja jedan je od načina kontrole unosa patogena koji se prenose hranom u tijelo životinje tijekom hranjenja. Međutim, nakon što kiselina u hrani uđe u gastrointestinalni trakt, može nastaviti djelovati antimikrobno. Antimikrobno djelovanje egzogeno primijenjenih kiselih tvari u gastrointestinalnom traktu može ovisiti o raznim čimbenicima, uključujući koncentraciju želučane kiseline, aktivno mjesto gastrointestinalnog trakta, pH i sadržaj kisika u gastrointestinalnom traktu, dob životinje i relativni sastav populacije gastrointestinalnih mikroba (koji ovisi o lokaciji gastrointestinalnog trakta i zrelosti životinje) (21, 24, 128–132). Osim toga, rezidentna populacija anaerobnih mikroorganizama u gastrointestinalnom traktu (koja postaje dominantna u donjem probavnom traktu monogastričnih životinja kako sazrijevaju) aktivno proizvodi organske kiseline fermentacijom, što zauzvrat može imati antagonistički učinak na prolazne patogene koji ulaze u gastrointestinalni trakt (17, 19–21).
Velik dio ranih istraživanja usredotočio se na upotrebu organskih kiselina, uključujući format, kako bi se ograničila Salmonella u gastrointestinalnom traktu peradi, što je detaljno raspravljeno u nekoliko pregleda (12, 20, 21). Kada se ove studije promatraju zajedno, može se napraviti nekoliko ključnih zapažanja. McHan i Shotts (133) izvijestili su da je hranjenje mravljom i propionskom kiselinom smanjilo razinu Salmonella Typhimurium u cekumu pilića inokuliranih bakterijama te ih kvantificiralo u dobi od 7, 14 i 21 dan. Međutim, kada su Hume i sur. (128) pratili propionat označen s C-14, zaključili su da vrlo malo propionata u prehrani može doseći cekum. Ostaje utvrditi je li to istina i za mravlju kiselinu. Međutim, nedavno su Bourassa i sur. (134) izvijestili su da je hranjenje mravljom i propionskom kiselinom smanjilo razinu Salmonella Typhimurium u cekumu pilića inokuliranih bakterijama, koje su kvantificirane u dobi od 7, 14 i 21 dan. (132) primijetili su da je hranjenje brojlerskih pilića mravljom kiselinom u dozi od 4 g/t tijekom 6-tjednog razdoblja rasta smanjilo koncentraciju S. Typhimurium u cekumu ispod razine detekcije.
Prisutnost mravlje kiseline u prehrani može imati učinke na druge dijelove gastrointestinalnog trakta peradi. Al-Tarazi i Alshavabkeh (134) pokazali su da mješavina mravlje kiseline i propionske kiseline može smanjiti kontaminaciju Salmonella pullorum (S. PRlorum) u voljci i cekumu. Thompson i Hinton (129) primijetili su da komercijalno dostupna mješavina mravlje kiseline i propionske kiseline povećava koncentraciju obje kiseline u voljci i želucu te da je baktericidna protiv Salmonella Enteritidis PT4 u in vitro modelu pod reprezentativnim uvjetima uzgoja. Ovu tvrdnju podupiru in vivo podaci Birda i suradnika (135) koji su dodali mravlju kiselinu u vodu za piće brojlerskih pilića tijekom simuliranog razdoblja posta prije otpreme, slično onome što brojlerski pilići prolaze prije prijevoza u pogon za preradu peradi. Dodavanje mravlje kiseline u vodu za piće rezultiralo je smanjenjem broja S. Typhimurium u voljci i epididimisu te smanjenjem učestalosti usjeva pozitivnih na S. Typhimurium, ali ne i broja pozitivnih epididimisa (135). Razvoj sustava za dostavu koji mogu zaštititi organske kiseline dok su aktivne u donjem gastrointestinalnom traktu može pomoći u poboljšanju učinkovitosti. Na primjer, pokazalo se da mikroenkapsulacija mravlje kiseline i njezino dodavanje u hranu smanjuje broj Salmonella Enteritidis u sadržaju cekuma (136). Međutim, to može varirati ovisno o vrsti životinje. Na primjer, Walia i sur. (137) nisu primijetili smanjenje Salmonella u cekumu ili limfnim čvorovima 28 dana starih svinja hranjenih mješavinom kapsula mravlje kiseline, limunske kiseline i eteričnog ulja, i iako je izlučivanje Salmonella u izmetu smanjeno 14. dana, nije smanjeno ni 28. dana. Pokazali su da je spriječen horizontalni prijenos Salmonella između svinja.
Iako su se studije mravlje kiseline kao antimikrobnog sredstva u stočarstvu prvenstveno usredotočile na Salmonelu koja se prenosi hranom, postoje i neke studije usmjerene na druge gastrointestinalne patogene. In vitro studije Kovande i suradnika (68) sugeriraju da mravlja kiselina može biti učinkovita i protiv drugih gastrointestinalnih patogena koji se prenose hranom, uključujući Escherichia coli i Campylobacter jejuni. Ranije studije pokazale su da organske kiseline (npr. mliječna kiselina) i komercijalne smjese koje sadrže mravlju kiselinu kao sastojak mogu smanjiti razinu Campylobactera u peradi (135, 138). Međutim, kao što su prethodno napomenuli Beyer i suradnici (67), upotreba mravlje kiseline kao antimikrobnog sredstva protiv Campylobactera može zahtijevati oprez. Ovaj nalaz je posebno problematičan za dodatke prehrani u peradi jer je mravlja kiselina primarni izvor energije za disanje za C. jejuni. Nadalje, smatra se da je dio njegove gastrointestinalne niše posljedica metaboličkog križnog hranjenja s miješanim proizvodima kisele fermentacije koje proizvode gastrointestinalne bakterije, poput formata (139). Ovo stajalište ima određenu osnovu. Budući da je format kemoatraktant za C. jejuni, dvostruki mutanti s defektima i u format dehidrogenazi i u hidrogenazi imaju smanjene stope kolonizacije cekuma kod brojlerskih pilića u usporedbi s divljim tipom sojeva C. jejuni (140, 141). Još uvijek nije jasno u kojoj mjeri vanjska suplementacija mravljom kiselinom utječe na kolonizaciju gastrointestinalnog trakta od strane C. jejuni kod pilića. Stvarne koncentracije formata u gastrointestinalnom traktu mogu biti niže zbog katabolizma formata drugim gastrointestinalnim bakterijama ili apsorpcije formata u gornjem gastrointestinalnom traktu, tako da na to može utjecati nekoliko varijabli. Osim toga, format je potencijalni produkt fermentacije koji proizvode neke gastrointestinalne bakterije, što može utjecati na ukupne razine formata u gastrointestinalnom traktu. Kvantifikacija formata u gastrointestinalnom sadržaju i identifikacija gena format dehidrogenaze pomoću metagenomike mogu rasvijetliti neke aspekte ekologije mikroorganizama koji proizvode format.
Roth i sur. (142) usporedili su učinke hranjenja brojlerskih pilića antibiotikom enrofloksacinom ili smjesom mravlje, octene i propionske kiseline na prevalenciju Escherichia coli otporne na antibiotike. Ukupni i antibiotski otporni izolati E. coli ibrojani su u združenim uzorcima fecesa brojlerskih pilića starih 1 dan i u uzorcima sadržaja cekuma brojlerskih pilića starih 14 i 38 dana. Izolati E. coli testirani su na otpornost na ampicilin, cefotaksim, ciprofloksacin, streptomicin, sulfametoksazol i tetraciklin prema prethodno određenim graničnim vrijednostima za svaki antibiotik. Kada su kvantificirane i karakterizirane odgovarajuće populacije E. coli, ni enrofloksacin ni dodatak kiselog koktela nisu promijenili ukupan broj E. coli izoliranih iz cekuma brojlerskih pilića starih 17 i 28 dana. Ptice hranjene prehranom s dodatkom enrofloksacina imale su povećane razine E. coli otporne na ciprofloksacin, streptomicin, sulfametoksazol i tetraciklin te smanjene razine E. coli otporne na cefotaksim u cekumu. Ptice hranjene koktelom imale su smanjen broj E. coli otpornih na ampicilin i tetraciklin u cekumu u usporedbi s kontrolnom skupinom i pticama koje su primale dodatak enrofloksacina. Ptice hranjene miješanom kiselinom također su imale smanjenje broja E. coli otpornih na ciprofloksacin i sulfametoksazol u cekumu u usporedbi s pticama hranjenim enrofloksacinom. Mehanizam kojim kiseline smanjuju broj E. coli otpornih na antibiotike bez smanjenja ukupnog broja E. coli još uvijek nije jasan. Međutim, rezultati studije Rotha i suradnika u skladu su s rezultatima skupine s enrofloksacinom. (142) To može biti pokazatelj smanjenog širenja gena otpornosti na antibiotike u E. coli, poput inhibitora povezanih s plazmidima koje su opisali Cabezon i suradnici (143). Bilo bi zanimljivo provesti dublju analizu plazmidima posredovane otpornosti na antibiotike u gastrointestinalnoj populaciji peradi u prisutnosti dodataka hrani poput mravlje kiseline te dodatno poboljšati tu analizu procjenom gastrointestinalnog rezistoma.
Razvoj optimalnih antimikrobnih dodataka hrani protiv patogena idealno bi trebao imati minimalan utjecaj na ukupnu gastrointestinalnu floru, posebno na onu mikrobiotu koja se smatra korisnom za domaćina. Međutim, egzogeno primijenjene organske kiseline mogu imati štetne učinke na rezidualnu gastrointestinalnu mikrobiotu i donekle poništiti njihova zaštitna svojstva protiv patogena. Na primjer, Thompson i Hinton (129) primijetili su smanjene razine mliječne kiseline u usjevu kod nesilica hranjenih mješavinom mravlje i propionske kiseline, što sugerira da je prisutnost ovih egzogenih organskih kiselina u usjevu rezultirala smanjenjem laktobacila u usjevu. Laktobacili u usjevu smatraju se barijerom za Salmonelu, te stoga poremećaj ove rezidualne mikrobiote u usjevu može biti štetan za uspješno smanjenje kolonizacije gastrointestinalnog trakta salmonelom (144). Açıkgöz i sur. otkrili su da učinci ptica na donji gastrointestinalni trakt mogu biti manji. (145) Nisu pronađene razlike u ukupnoj crijevnoj flori ili broju Escherichia coli u 42 dana starih brojlerskih pilića koji su pili vodu zakiseljenu mravljom kiselinom. Autori su sugerirali da bi to moglo biti posljedica metabolizma formata u gornjem gastrointestinalnom traktu, kao što su primijetili drugi istraživači s egzogeno primijenjenim kratkolančanim masnim kiselinama (SCFA) (128, 129).
Zaštita mravlje kiseline nekim oblikom enkapsulacije može joj pomoći da dospije u donji gastrointestinalni trakt. (146) primijetio je da mikrokapsulirana mravlja kiselina značajno povećava ukupni sadržaj kratkolančanih masnih kiselina (SCFA) u cekumu svinja u usporedbi sa svinjama hranjenim nezaštićenom mravljom kiselinom. Ovaj rezultat naveo je autore na pretpostavku da mravlja kiselina može učinkovito doseći donji gastrointestinalni trakt ako je pravilno zaštićena. Međutim, nekoliko drugih parametara, poput koncentracija formata i laktata, iako viši od onih kod svinja hranjenih kontrolnom prehranom, nisu se statistički razlikovali od onih kod svinja hranjenih nezaštićenom formatnom prehranom. Iako su svinje hranjene i nezaštićenom i zaštićenom mravljom kiselinom pokazale gotovo trostruko povećanje mliječne kiseline, broj laktobacila nije promijenjen nijednim tretmanom. Razlike mogu biti izraženije za druge mikroorganizme koji proizvode mliječnu kiselinu u cekumu (1) koji nisu otkriveni ovim metodama i/ili (2) čija je metabolička aktivnost pogođena, čime se mijenja obrazac fermentacije tako da rezidualni laktobacili proizvode više mliječne kiseline.
Za preciznije proučavanje učinaka dodataka hrani za životinje na gastrointestinalni trakt domaćih životinja potrebne su metode identifikacije mikroba veće rezolucije. U posljednjih nekoliko godina, sekvenciranje sljedeće generacije (NGS) gena 16S RNA korišteno je za identifikaciju taksona mikrobioma i usporedbu raznolikosti mikrobnih zajednica (147), što je omogućilo bolje razumijevanje interakcija između dodataka hrani za životinje i gastrointestinalne mikrobiote životinja za prehranu, poput peradi.
Nekoliko je studija koristilo sekvenciranje mikrobioma za procjenu odgovora gastrointestinalnog mikrobioma pilića na dodatak formata. Oakley i sur. (148) proveli su studiju na 42 dana starim brojlerima kojima su u vodi za piće ili hrani davane različite kombinacije mravlje kiseline, propionske kiseline i masnih kiselina srednjeg lanca. Imunizirani pilići bili su izloženi soju Salmonella typhimurium otpornom na nalidiksičnu kiselinu, a cekumi su im uklonjeni u dobi od 0, 7, 21 i 42 dana. Uzorci cekuma pripremljeni su za 454 pirosekvenciranja, a rezultati sekvenciranja procijenjeni su radi klasifikacije i usporedbe sličnosti. Sveukupno, tretmani nisu značajno utjecali na mikrobiom cekuma ili razinu S. Typhimurium. Međutim, ukupne stope detekcije Salmonella smanjivale su se kako su ptice starile, što je potvrđeno taksonomskom analizom mikrobioma, a relativna brojnost sekvenci Salmonella također se smanjivala s vremenom. Autori primjećuju da se s godinama brojlera povećavala raznolikost populacije mikroba cekuma, s najznačajnijim promjenama u gastrointestinalnoj flori uočenim u svim tretiranim skupinama. U nedavnoj studiji, Hu i sur. (149) usporedili su učinke pijenja vode i hranjenja prehranom obogaćenom mješavinom organskih kiselina (mravlja kiselina, octena kiselina, propionska kiselina i amonijev format) i virginiamycina na uzorke mikrobioma cekuma brojlera prikupljene u dvije faze (1-21 dan i 22-42 dana). Iako su uočene neke razlike u raznolikosti mikrobioma cekuma među tretiranim skupinama u dobi od 21 dan, nisu uočene razlike u raznolikosti α- ili β-bakterija u dobi od 42 dana. S obzirom na nedostatak razlika u dobi od 42 dana, autori su pretpostavili da prednost u rastu može biti posljedica ranijeg uspostavljanja optimalno raznolikog mikrobioma.
Analiza mikrobioma usmjerena samo na mikrobnu zajednicu cekuma možda ne odražava gdje se u gastrointestinalnom traktu javlja većina učinaka organskih kiselina iz prehrane. Mikrobiom gornjeg gastrointestinalnog trakta brojlerskih pilića može biti osjetljiviji na učinke organskih kiselina iz prehrane, što sugeriraju rezultati Humea i sur. (128). Hume i sur. (128) pokazali su da se većina egzogeno dodanog propionata apsorbira u gornjem gastrointestinalnom traktu ptica. Nedavne studije o karakterizaciji gastrointestinalnih mikroorganizama također podupiru ovo stajalište. Nava i sur. (150) pokazali su da kombinacija smjese organskih kiselina [DL-2-hidroksi-4(metiltio)maslačna kiselina], mravlje kiseline i propionske kiseline (HFP) utječe na crijevnu mikrobiotu i povećava kolonizaciju Lactobacillusa u ileumu pilića. Nedavno su Goodarzi Borojeni i sur. (150) pokazali su da kombinacija smjese organskih kiselina [DL-2-hidroksi-4(metiltio)maslačne kiseline], mravlje kiseline i propionske kiseline (HFP) utječe na crijevnu mikrobiotu i povećava kolonizaciju Lactobacillusom u ileumu pilića. (151) proučavali su hranjenje brojlerskih pilića smjesom mravlje kiseline i propionske kiseline u dvije koncentracije (0,75% i 1,50%) tijekom 35 dana. Na kraju eksperimenta, volka, želudac, distalne dvije trećine ileuma i cekum su uklonjeni te su uzeti uzorci za kvantitativnu analizu specifične gastrointestinalne flore i metabolita pomoću RT-PCR-a. U kulturi, koncentracija organskih kiselina nije utjecala na brojnost Lactobacillus ili Bifidobacterium, ali je povećala populaciju Clostridiuma. U ileumu, jedine promjene bile su smanjenje Lactobacillus i Enterobacter, dok je u cekumu ta flora ostala nepromijenjena (151). Pri najvišoj koncentraciji dodatka organske kiseline, ukupna koncentracija mliječne kiseline (D i L) smanjena je u voljci, koncentracija obje organske kiseline smanjena je u želucu, a koncentracija organskih kiselina bila je niža u cekumu. Nije bilo promjena u ileumu. Što se tiče kratkolančanih masnih kiselina (SCFA), jedina promjena u voljci i želucu ptica hranjenih organskim kiselinama bila je u razini propionata. Ptice hranjene nižom koncentracijom organske kiseline pokazale su gotovo deseterostruko povećanje propionata u voljci, dok su ptice hranjene dvjema koncentracijama organske kiseline pokazale osam, odnosno petnaest puta veće povećanje propionata u želucu. Povećanje acetata u ileumu bilo je manje od dvostruko. Sveukupno, ovi podaci podupiru stav da je većina učinaka vanjske primjene organske kiseline bila vidljiva u prinosu, dok su organske kiseline imale minimalne učinke na mikrobnu zajednicu donjeg gastrointestinalnog trakta, što sugerira da su obrasci fermentacije rezidentne flore gornjeg gastrointestinalnog trakta možda promijenjeni.
Jasno je da je potrebna dublja karakterizacija mikrobioma kako bi se u potpunosti razjasnili mikrobni odgovori na format u cijelom gastrointestinalnom traktu. Dublja analiza mikrobne taksonomije specifičnih gastrointestinalnih odjeljaka, posebno gornjih odjeljaka poput volovke, može pružiti daljnji uvid u odabir određenih skupina mikroorganizama. Njihove metaboličke i enzimske aktivnosti također mogu odrediti imaju li antagonistički odnos s patogenima koji ulaze u gastrointestinalni trakt. Također bi bilo zanimljivo provesti metagenomske analize kako bi se utvrdilo selektira li izloženost kiselim kemijskim aditivima tijekom života ptica više „tolerantnih na kiseline“ rezidentnih bakterija i bi li prisutnost i/ili metabolička aktivnost tih bakterija predstavljala dodatnu prepreku kolonizaciji patogena.
Mravlja kiselina se već dugi niz godina koristi kao kemijski dodatak stočnoj hrani i kao zakiseljivač silaže. Jedna od njezinih glavnih primjena je antimikrobno djelovanje koje ograničava broj patogena u hrani i njihovu naknadnu kolonizaciju u gastrointestinalnom traktu ptica. In vitro studije pokazale su da je mravlja kiselina relativno učinkovito antimikrobno sredstvo protiv Salmonele i drugih patogena. Međutim, upotreba mravlje kiseline u matricama hrane može biti ograničena velikom količinom organske tvari u sastojcima hrane i njihovim potencijalnim puferskim kapacitetom. Čini se da mravlja kiselina ima antagonistički učinak na Salmonelu i druge patogene kada se unese putem hrane ili vode za piće. Međutim, ovaj antagonizam se javlja prvenstveno u gornjem gastrointestinalnom traktu, jer se koncentracije mravlje kiseline mogu smanjiti u donjem gastrointestinalnom traktu, kao što je slučaj s propionskom kiselinom. Koncept zaštite mravlje kiseline kapsuliranjem nudi potencijalni pristup isporuci više kiseline u donji gastrointestinalni trakt. Nadalje, studije su pokazale da je mješavina organskih kiselina učinkovitija u poboljšanju performansi peradi od davanja jedne kiseline (152). Campylobacter u gastrointestinalnom traktu može različito reagirati na format, budući da može koristiti format kao donor elektrona, a format mu je glavni izvor energije. Nije jasno bi li povećanje koncentracije formata u gastrointestinalnom traktu bilo korisno za Campylobacter, a to se možda neće dogoditi ovisno o drugoj gastrointestinalnoj flori koja može koristiti format kao supstrat.
Potrebna su dodatna istraživanja kako bi se istražili učinci gastrointestinalne mravlje kiseline na nepatogene rezidentne gastrointestinalne mikrobe. Preferiramo selektivno ciljati patogene bez ometanja članova gastrointestinalnog mikrobioma koji su korisni za domaćina. Međutim, to zahtijeva dublju analizu mikrobiomske sekvence tih rezidentnih gastrointestinalnih mikrobnih zajednica. Iako su objavljene neke studije o cekalnom mikrobiomu ptica tretiranih mravljom kiselinom, potrebno je posvetiti više pažnje mikrobnoj zajednici gornjeg gastrointestinalnog trakta. Identifikacija mikroorganizama i usporedba sličnosti između gastrointestinalnih mikrobnih zajednica u prisutnosti ili odsutnosti mravlje kiseline može biti nepotpun opis. Dodatne analize, uključujući metabolomiku i metagenomiku, potrebne su za karakterizaciju funkcionalnih razlika između sastavno sličnih skupina. Takva karakterizacija ključna je za utvrđivanje odnosa između gastrointestinalne mikrobne zajednice i odgovora ptica na poboljšivače na bazi mravlje kiseline. Kombiniranje više pristupa za točniju karakterizaciju gastrointestinalne funkcije trebalo bi omogućiti razvoj učinkovitijih strategija suplementacije organskim kiselinama i u konačnici poboljšati predviđanja optimalnog zdravlja i performansi ptica, a istovremeno ograničiti rizike za sigurnost hrane.
SR je napisao ovaj pregled uz pomoć DD i KR. Svi autori su dali značajan doprinos radu predstavljenom u ovom pregledu.
Autori izjavljuju da je ovaj pregledni članak financirala tvrtka Anitox Corporation za pokretanje pisanja i objavljivanja ovog pregleda. Financijeri nisu imali utjecaja na stavove i zaključke iznesene u ovom preglednom članku niti na odluku o njegovom objavljivanju.
Preostali autori izjavljuju da je istraživanje provedeno u odsutnosti ikakvih komercijalnih ili financijskih odnosa koji bi se mogli protumačiti kao potencijalni sukob interesa.
Dr. DD želi zahvaliti na podršci Poslijediplomskog studija Sveučilišta u Arkansasu putem istaknute nastavne stipendije, kao i na kontinuiranoj podršci Programa stanične i molekularne biologije Sveučilišta u Arkansasu i Odjela za prehrambene znanosti. Osim toga, autori bi se željeli zahvaliti tvrtki Anitox na početnoj podršci u pisanju ove recenzije.
1. Dibner JJ, Richards JD. Upotreba antibiotskih promotora rasta u poljoprivredi: povijest i mehanizmi djelovanja. Poultry Science (2005) 84:634–43. doi: 10.1093/ps/84.4.634
2. Jones FT, Rick SC. Povijest razvoja i nadzora antimikrobnih sredstava u hrani za perad. Poultry Science (2003) 82:613–7. doi: 10.1093/ps/82.4.613
3. Broom LJ. Subinhibitorna teorija antibiotskih promotora rasta. Poultry Science (2017) 96:3104–5. doi: 10.3382/ps/pex114
4. Sorum H, L'Abe-Lund TM. Otpornost na antibiotike kod bakterija koje se prenose hranom - posljedice poremećaja u globalnim bakterijskim genetskim mrežama. 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. Dodaci hrani za suzbijanje salmonele u hrani. World Journal of Poultry Science (2002) 58:501–13. doi: 10.1079/WPS20020036
6. Angulo FJ, Baker NL, Olsen SJ, Anderson A, Barrett TJ. Upotreba antimikrobnih lijekova u poljoprivredi: kontrola prijenosa antimikrobne rezistencije na ljude. Seminari o pedijatrijskim zaraznim bolestima (2004.) 15:78–85. doi: 10.1053/j.spid.2004.01.010
7. Lekshmi M, Ammini P, Kumar S, Varela MF. Okruženja za proizvodnju hrane i evolucija antimikrobne rezistencije kod ljudskih patogena životinjskog podrijetla. Mikrobiologija (2017) 5:11. doi: 10.3390/mikroorganizmi5010011
8. Lourenço JM, Seidel DS, Callaway TR. Poglavlje 9: Antibiotici i funkcija crijeva: povijest i trenutno stanje. U: Ricke SC, ur. Poboljšanje zdravlja crijeva kod peradi. Cambridge: Burley Dodd (2020). Stranice 189–204. DOI: 10.19103/AS2019.0059.10
9. Rick SC. Br. 8: Higijena hrane za životinje. U: Dewulf J, van Immerzeel F, ur. Biosigurnost u stočarskoj proizvodnji i veterinarstvu. Leuven: ACCO (2017). Stranice 144–76.