Šis raksts ir daļa no pētniecības tēmas “Antimikrobiālo līdzekļu lietošana, antimikrobiālā rezistence un pārtikas dzīvnieku mikrobioms”. Skatīt visus 13 rakstus.
Organiskās skābes joprojām ir ļoti pieprasītas kā dzīvnieku barības piedevas. Līdz šim uzmanības centrā ir bijusi pārtikas nekaitīgums, jo īpaši pārtikas izraisītu patogēnu sastopamības samazināšana mājputniem un citiem dzīvniekiem. Vairākas organiskās skābes pašlaik tiek pētītas vai jau tiek komerciāli izmantotas. Starp daudzajām organiskajām skābēm, kas ir plaši pētītas, skudrskābe ir viena no tām. Skudrskābe tiek pievienota mājputnu barībai, lai ierobežotu salmonellas un citu pārtikas izraisītu patogēnu klātbūtni barībā un kuņģa-zarnu traktā pēc norīšanas. Pieaugot izpratnei par skudrskābes efektivitāti un ietekmi uz saimnieku un pārtikas izraisītiem patogēniem, kļūst skaidrs, ka skudrskābes klātbūtne var izraisīt specifiskus salmonellas metaboliskos ceļus. Šī reakcija var kļūt sarežģītāka, kad skudrskābe nonāk kuņģa-zarnu traktā un mijiedarbojas ne tikai ar salmonellām, kas jau kolonizē kuņģa-zarnu traktu, bet arī ar zarnu mikrobu floru. Pārskatā tiks aplūkoti pašreizējie rezultāti un perspektīvas turpmākiem pētījumiem par mājputnu un barības mikrobiomu, kas apstrādāta ar skudrskābi.
Gan lopkopībā, gan mājputnu audzēšanā izaicinājums ir izstrādāt pārvaldības stratēģijas, kas optimizē augšanu un produktivitāti, vienlaikus ierobežojot pārtikas nekaitīguma riskus. Vēsturiski antibiotiku ievadīšana subterapeitiskās koncentrācijās ir uzlabojusi dzīvnieku veselību, labturību un produktivitāti (1–3). No darbības mehānisma viedokļa ir ierosināts, ka antibiotikas, kas ievadītas subinhibējošās koncentrācijās, mediē saimnieka reakciju, modulējot kuņģa-zarnu trakta (KZT) floru un līdz ar to mijiedarbību ar saimnieku (3). Tomēr pastāvīgās bažas par antibiotikām rezistentu pārtikas izraisītu patogēnu iespējamo izplatību un to iespējamo saistību ar antibiotikām rezistentām infekcijām cilvēkiem ir novedušas pie pakāpeniskas antibiotiku lietošanas pārtraukšanas pārtikas dzīvniekiem (4–8). Tāpēc barības piedevu un uzlabotāju izstrāde, kas atbilst vismaz dažām no šīm prasībām (uzlabota dzīvnieku veselība, labturība un produktivitāte), ir ļoti interesanta gan no akadēmiskās pētniecības, gan komerciālās attīstības viedokļa (5, 9). Dzīvnieku barības tirgū ir ienākušas dažādas komerciālas barības piedevas, tostarp probiotikas, prebiotikas, ēteriskās eļļas un saistītie savienojumi no dažādiem augu avotiem, kā arī ķīmiskas vielas, piemēram, aldehīdi (10–14). Citas komerciālas barības piedevas, ko parasti izmanto mājputniem, ir bakteriofāgi, cinka oksīds, eksogēni enzīmi, konkurētspējīgi izslēgšanas produkti un skābi savienojumi (15, 16).
Starp esošajām ķīmiskajām barības piedevām aldehīdi un organiskās skābes vēsturiski ir bijuši visplašāk pētītie un izmantotie savienojumi (12, 17–21). Organiskās skābes, īpaši īsās ķēdes taukskābes (ĪĶT), ir labi zināmi patogēno baktēriju antagonisti. Šīs organiskās skābes tiek izmantotas kā barības piedevas ne tikai, lai ierobežotu patogēnu klātbūtni barības matricā, bet arī, lai aktīvi ietekmētu kuņģa-zarnu trakta darbību (17, 20–24). Turklāt ĪĶT ražo zarnu flora fermentācijas ceļā gremošanas traktā, un tiek uzskatīts, ka tām ir mehāniska loma dažu probiotiku un prebiotiku spējā neitralizēt kuņģa-zarnu traktā uzņemtos patogēnus (21, 23, 25).
Gadu gaitā dažādas īsās ķēdes taukskābes (ĪĶS) ir piesaistījušas lielu uzmanību kā barības piedevas. Jo īpaši propionāts, butirāts un formiāts ir bijuši daudzu pētījumu un komerciālu pielietojumu priekšmets (17, 20, 21, 23, 24, 26). Lai gan agrīnie pētījumi koncentrējās uz pārtikas izraisītu patogēnu kontroli dzīvnieku un mājputnu barībā, jaunākie pētījumi ir novirzījuši uzmanību uz dzīvnieku produktivitātes un kuņģa-zarnu trakta veselības vispārēju uzlabošanu (20, 21, 24). Acetāts, propionāts un butirāts ir piesaistījuši lielu uzmanību kā organisko skābju barības piedevas, starp kurām daudzsološs kandidāts ir arī skudrskābe (21, 23). Liela uzmanība ir pievērsta skudrskābes pārtikas nekaitīguma aspektiem, jo ​​īpaši pārtikas izraisītu patogēnu sastopamības samazināšanai lopbarībā. Tomēr tiek apsvērti arī citi iespējamie pielietojumi. Šī pārskata vispārējais mērķis ir izpētīt skudrskābes kā lopbarības uzlabotāja vēsturi un pašreizējo statusu (1. attēls). Šajā pētījumā mēs izpētīsim skudrskābes antibakteriālo mehānismu. Turklāt mēs rūpīgāk aplūkosim tā ietekmi uz mājlopiem un mājputniem un apspriedīsim iespējamās metodes tā efektivitātes uzlabošanai.
1. att. Šajā pārskatā aplūkoto tēmu domu karte. Konkrēti, galvenā uzmanība tika pievērsta šādiem vispārīgajiem mērķiem: aprakstīt skudrskābes kā lopbarības uzlabotāja vēsturi un pašreizējo statusu, skudrskābes pretmikrobu mehānismus un tās lietošanas ietekmi uz dzīvnieku un mājputnu veselību, kā arī iespējamās metodes efektivitātes uzlabošanai.
Lopkopības un mājputnu barības ražošana ir sarežģīta darbība, kas ietver vairākus posmus, tostarp graudu fizisku apstrādi (piemēram, malšanu, lai samazinātu daļiņu izmēru), termisko apstrādi granulēšanai un vairāku barības vielu pievienošanu diētai atkarībā no dzīvnieka īpašajām uztura vajadzībām (27). Ņemot vērā šo sarežģītību, nav pārsteidzoši, ka barības pārstrādes procesā graudi tiek pakļauti dažādiem vides faktoriem, pirms tie nonāk barības dzirnavās, malšanas laikā un pēc tam transportēšanas un barošanas ar barības maisījumiem laikā (9, 21, 28). Tādējādi gadu gaitā barībā ir identificēta ļoti daudzveidīga mikroorganismu grupa, tostarp ne tikai baktērijas, bet arī bakteriofāgi, sēnītes un raugi (9, 21, 28–31). Daži no šiem piesārņotājiem, piemēram, noteiktas sēnītes, var ražot mikotoksīnus, kas rada risku dzīvnieku veselībai (32–35).
Baktēriju populācijas var būt relatīvi daudzveidīgas un zināmā mērā atkarīgas no attiecīgajām metodēm, ko izmanto mikroorganismu izolēšanai un identificēšanai, kā arī no parauga avota. Piemēram, mikrobu sastāva profils var atšķirties pirms termiskās apstrādes, kas saistīta ar granulēšanu (36). Lai gan klasiskās kultivēšanas un plākšņu apstrādes metodes ir sniegušas zināmu informāciju, nesen pielietotā uz 16S rRNS gēnu balstītā nākamās paaudzes sekvencēšanas (NGS) metode ir sniegusi visaptverošāku lopbarības mikrobioma kopienas novērtējumu (9). Kad Solanki et al. (37) pārbaudīja kviešu graudu baktēriju mikrobiomu, kas kādu laiku tika uzglabāts fosfīna, kukaiņu apkarošanas fumiganta, klātbūtnē, viņi atklāja, ka mikrobioms bija daudzveidīgāks pēc ražas novākšanas un pēc 3 mēnešu uzglabāšanas. Turklāt Solanki et al. (37) (37) pierādīja, ka kviešu graudos dominējošās filas bija proteobaktērijas, firmikutes, aktinobaktērijas, bakteroidetes un planktomīces, dominējošās ģintis bija Bacillus, Erwinia un Pseudomonas, un Enterobacteriaceae veidoja nelielu daļu. Pamatojoties uz taksonomiskiem salīdzinājumiem, viņi secināja, ka fosfīna fumigācija būtiski mainīja baktēriju populācijas, bet neietekmēja sēnīšu daudzveidību.
Solanki et al. (37) parādīja, ka barības avoti var saturēt arī ar pārtiku saistītus patogēnus, kas var izraisīt sabiedrības veselības problēmas, pamatojoties uz Enterobacteriaceae noteikšanu mikrobiomā. Ar pārtiku saistīti patogēni, piemēram, Clostridium perfringens, Clostridium botulinum, Salmonella, Campylobacter, Escherichia coli O157:H7 un Listeria monocytogenes, ir saistīti ar dzīvnieku barību un skābbarību (9, 31, 38). Citu ar pārtiku saistītu patogēnu noturība dzīvnieku un mājputnu barībā pašlaik nav zināma. Ge et al. (39) pārbaudīja vairāk nekā 200 dzīvnieku barības sastāvdaļas un izolēja Salmonella, E. coli un Enterococci, bet neatklāja E. coli O157:H7 vai Campylobacter. Tomēr tādas matricas kā sausā barība var kalpot kā patogēnās E. coli avots. Izsekojot 2016. gada Šiga toksīnu producējošo Escherichia coli (STEC) serogrupu O121 un O26 uzliesmojuma avotu, kas saistīts ar cilvēku slimībām, Crowe et al. (40) izmantoja pilna genoma sekvencēšanu, lai salīdzinātu klīniskos izolātus ar izolātiem, kas iegūti no pārtikas produktiem. Pamatojoties uz šo salīdzinājumu, viņi secināja, ka iespējamais avots bija zema mitruma satura neapstrādāti kviešu milti no miltu dzirnavām. Zemais mitruma saturs kviešu miltos liecina, ka STEC var izdzīvot arī zema mitruma satura dzīvnieku barībā. Tomēr, kā atzīmē Crowe et al. (40), STEC izolēšana no miltu paraugiem ir sarežģīta un ir nepieciešamas imunomagnētiskās atdalīšanas metodes, lai atgūtu pietiekamu skaitu baktēriju šūnu. Līdzīgi diagnostikas procesi var arī sarežģīt retu ar pārtiku saistītu patogēnu noteikšanu un izolēšanu dzīvnieku barībā. Grūtības noteikšanā var būt saistītas arī ar šo patogēnu ilgo noturību matricās ar zemu mitruma saturu. Forghani et al. (41) pierādīja, ka kviešu milti, kas uzglabāti istabas temperatūrā un inokulēti ar enterohemorāģiskās Escherichia coli (EHEC) serogrupu O45, O121 un O145 un Salmonella (S. Typhimurium, S. Agona, S. Enteritidis un S. Anatum) maisījumu, bija kvantificējami 84 un 112 dienās un joprojām nosakāmi 24 un 52 nedēļās.
Vēsturiski Campylobacter nekad nav izolēts no dzīvnieku un mājputnu barības, izmantojot tradicionālās kultivēšanas metodes (38, 39), lai gan Campylobacter var viegli izolēt no mājputnu un mājputnu produktu kuņģa-zarnu trakta (42, 43). Tomēr barībai joprojām ir savas priekšrocības kā potenciālam avotam. Piemēram, Alves et al. (44) pierādīja, ka nobarotu vistu barības inokulācija ar C. jejuni un sekojoša barības uzglabāšana divās dažādās temperatūrās 3 vai 5 dienas izraisīja dzīvotspējīgu C. jejuni atgūšanu un dažos gadījumos pat to savairošanos. Viņi secināja, ka C. jejuni noteikti var izdzīvot mājputnu barībā un tāpēc var būt potenciāls infekcijas avots vistām.
Salmonella piesārņojums dzīvnieku un mājputnu barībā jau iepriekš ir saņēmis lielu uzmanību un joprojām ir pastāvīgu centienu uzmanības centrā, lai izstrādātu noteikšanas metodes, kas īpaši piemērojamas barībai, un atrastu efektīvākus kontroles pasākumus (12, 26, 30, 45–53). Gadu gaitā daudzos pētījumos ir pētīta Salmonella izolācija un raksturojums dažādos barības ražošanas uzņēmumos un barības dzirnavās (38, 39, 54–61). Kopumā šie pētījumi liecina, ka Salmonella var izolēt no dažādām barības sastāvdaļām, barības avotiem, barības veidiem un barības ražošanas darbībām. Arī izplatības rādītāji un dominējošie Salmonella serotipi atšķīrās. Piemēram, Li et al. (57) apstiprināja Salmonella spp. klātbūtni. Tā tika konstatēta 12,5 % no 2058 paraugiem, kas savākti no pilnvērtīgas dzīvnieku barības, barības sastāvdaļām, mājdzīvnieku barības, mājdzīvnieku kārumiem un mājdzīvnieku uztura bagātinātājiem datu vākšanas periodā no 2002. līdz 2009. gadam. Turklāt visbiežāk atklātie serotipi 12,5 % salmonellas paraugu, kuriem testa rezultāts bija pozitīvs, bija S. Senftenberg un S. Montevideo (57). Pētījumā par gataviem pārtikas produktiem un dzīvnieku barības blakusproduktiem Teksasā Hsieh et al. (58) ziņoja, ka visaugstākā salmonellas izplatība bija zivju miltos, kam sekoja dzīvnieku olbaltumvielas, un visbiežāk bija sastopami S. Mbanka un S. Montevideo serotipi. Lopbarības rūpnīcās arī ir vairāki potenciāli barības piesārņojuma punkti sastāvdaļu maisīšanas un pievienošanas laikā (9, 56, 61). Magossi et al. (61) spēja pierādīt, ka barības ražošanas laikā Amerikas Savienotajās Valstīs var rasties vairāki piesārņojuma punkti. Faktiski Magossi et al. (61) atrada vismaz vienu pozitīvu salmonellas kultūru 11 barības rūpnīcās (kopā 12 paraugu ņemšanas vietās) astoņos Amerikas Savienoto Valstu štatos. Ņemot vērā iespējamo salmonellas piesārņojumu barības apstrādes, transportēšanas un ikdienas barošanas laikā, nav pārsteidzoši, ka tiek pieliktas ievērojamas pūles, lai izstrādātu barības piedevas, kas var samazināt un uzturēt zemu mikrobiālā piesārņojuma līmeni visā dzīvnieku audzēšanas ciklā.
Par Salmonella specifiskās atbildes reakcijas mehānismu uz skudrskābi ir maz zināms. Tomēr Huang et al. (62) norādīja, ka skudrskābe ir atrodama zīdītāju tievajās zarnās un ka Salmonella spp. spēj ražot skudrskābi. Huang et al. (62) izmantoja virkni galveno ceļu delēcijas mutantu, lai noteiktu Salmonella virulences gēnu ekspresiju, un atklāja, ka formiāts var darboties kā difūzs signāls, lai inducētu Salmonella iebrukt Hep-2 epitēlija šūnās. Nesen Liu et al. (63) no Salmonella typhimurium izolēja formiāta transportētāju FocA, kas pie pH 7,0 darbojas kā specifisks formiāta kanāls, bet var darboties arī kā pasīvs eksporta kanāls pie augsta ārējā pH vai kā sekundārs aktīvs formiāta/ūdeņraža jonu importa kanāls pie zema pH. Tomēr šis pētījums tika veikts tikai ar vienu S. Typhimurium serotipu. Joprojām paliek jautājums, vai visi serotipi reaģē uz skudrskābi ar līdzīgiem mehānismiem. Tas joprojām ir kritisks pētniecības jautājums, kas jārisina turpmākajos pētījumos. Neatkarīgi no rezultātiem, izstrādājot vispārīgus ieteikumus par skābes piedevu lietošanu, lai samazinātu salmonellas līmeni barībā, skrīninga eksperimentos joprojām ir prātīgi izmantot vairākus salmonellas serotipus vai pat vairākus katra serotipa celmus. Jaunākas pieejas, piemēram, ģenētiskās svītrkodu izmantošana celmu kodēšanai, lai atšķirtu dažādas viena serotipa apakšgrupas (9, 64), piedāvā iespēju noteikt sīkākas atšķirības, kas var ietekmēt secinājumus un atšķirību interpretāciju.
Svarīga var būt arī formāta ķīmiskā daba un disociācijas forma. Virknē pētījumu Beijers un līdzautori (65–67) pierādīja, ka Enterococcus faecium, Campylobacter jejuni un Campylobacter coli inhibīcija korelēja ar disociētās skudrskābes daudzumu un nebija atkarīga no pH vai nedisociētās skudrskābes. Šķiet, ka svarīga ir arī formāta ķīmiskā forma, kurai baktērijas ir pakļautas. Kovanda un līdzautori (68) pārbaudīja vairākus gramnegatīvus un grampozitīvus organismus un salīdzināja nātrija formāta (500–25 000 mg/l) un nātrija formāta un brīvā formāta maisījuma (40/60 m/v; 10–10 000 mg/l) minimālās inhibējošās koncentrācijas (MIC). Pamatojoties uz MIK vērtībām, viņi atklāja, ka nātrija formiāts bija inhibējošs tikai pret Campylobacter jejuni, Clostridium perfringens, Streptococcus suis un Streptococcus pneumoniae, bet ne pret Escherichia coli, Salmonella typhimurium vai Enterococcus faecalis. Turpretī nātrija formiāta un brīvā nātrija formiāta maisījums bija inhibējošs pret visiem organismiem, kas lika autoriem secināt, ka brīvajai skudrskābei piemīt lielākā daļa pretmikrobu īpašību. Būtu interesanti izpētīt dažādas šo divu ķīmisko formu attiecības, lai noteiktu, vai MIK vērtību diapazons korelē ar skudrskābes līmeni maisījumā un reakciju uz 100% skudrskābi.
Gomez-Garcia et al. (69) testēja ēterisko eļļu un organisko skābju (piemēram, skudrskābes) kombinācijas pret vairākiem Escherichia coli, Salmonella un Clostridium perfringens izolātiem, kas iegūti no cūkām. Viņi pārbaudīja sešu organisko skābju, tostarp skudrskābes, un sešu ēterisko eļļu efektivitāti pret cūku izolātiem, izmantojot formaldehīdu kā pozitīvu kontroli. Gomez-García et al. (69) noteica skudrskābes MIC50, MBC50 un MIC50/MBC50 pret Escherichia coli (600 un 2400 ppm, 4), Salmonella (600 un 2400 ppm, 4) un Clostridium perfringens (1200 un 2400 ppm, 2), starp kurām skudrskābe izrādījās efektīvāka par visām organiskajām skābēm pret E. coli un Salmonella. (69) Skudrskābe ir efektīva pret Escherichia coli un Salmonella, pateicoties tās mazajam molekulārajam izmēram un garajai ķēdei (70).
Beijers un līdzautori pārbaudīja no cūkām izolētus Campylobacter celmus (66) un no mājputniem izolētus Campylobacter jejuni celmus (67) un parādīja, ka skudrskābe disociējas koncentrācijās, kas atbilst citu organisko skābju MIK atbildēm. Tomēr šo skābju, tostarp skudrskābes, relatīvā iedarbība ir apšaubīta, jo Campylobacter var izmantot šīs skābes kā substrātus (66, 67). C. jejuni skābju izmantošana nav pārsteidzoša, jo ir pierādīts, ka tai ir neglikolītisks metabolisms. Tādējādi C. jejuni ir ierobežota ogļhidrātu katabolisma spēja, un tā lielāko daļu enerģijas metabolisma un biosintēzes aktivitātes veic, izmantojot glikoneoģenēzi no aminoskābēm un organiskajām skābēm (71, 72). Line et al. agrīnā pētījumā (73) tika izmantots fenotipisks masīvs, kas satur 190 oglekļa avotus, un tika parādīts, ka C. jejuni 11168(GS) var izmantot organiskās skābes kā oglekļa avotus, no kurām lielākā daļa ir trikarbonskābes cikla starpprodukti. Turpmāki Wagli et al. pētījumi. (74), izmantojot fenotipisku oglekļa izmantošanas masīvu, parādīja, ka viņu pētījumā pārbaudītie C. jejuni un E. coli celmi spēj augt uz organiskajām skābēm kā oglekļa avota. Formiāts ir galvenais elektronu donors C. jejuni elpošanas enerģijas metabolismam un tāpēc galvenais enerģijas avots C. jejuni (71, 75). C. jejuni spēj izmantot formiātu kā ūdeņraža donoru, izmantojot membrānai saistītu formiāta dehidrogenāzes kompleksu, kas oksidē formiātu par oglekļa dioksīdu, protoniem un elektroniem un kalpo kā elektronu donors elpošanai (72).
Skudrskābe jau sen tiek izmantota kā pretmikrobu barības uzlabotājs, taču daži kukaiņi var ražot arī skudrskābi, ko izmanto kā pretmikrobu aizsardzības ķīmisku vielu. Rossini et al. (76) ieteica, ka skudrskābe varētu būt skudru skābās sulas sastāvdaļa, ko pirms gandrīz 350 gadiem aprakstīja Rejs (77). Kopš tā laika mūsu izpratne par skudrskābes ražošanu skudrās un citos kukaiņos ir ievērojami uzlabojusies, un tagad ir zināms, ka šis process ir daļa no sarežģītas toksīnu aizsardzības sistēmas kukaiņos (78). Ir zināms, ka dažādas kukaiņu grupas, tostarp bezdzeloņbites, smailskudras (Hymenoptera: Apidae), zemesvaboles (Galerita lecontei un G. janus), bezdzeloņskudras (Formicinae) un daži kožu kāpuri (Lepidoptera: Myrmecophaga), ražo skudrskābi kā aizsardzības ķīmisku vielu (76, 78–82).
Skudras, iespējams, ir vislabāk raksturotas, jo tām ir acidocīti — specializētas atveres, kas ļauj tām izsmidzināt indi, kas galvenokārt sastāv no skudrskābes (82). Skudras izmanto serīnu kā prekursoru un savos indes dziedzeros uzglabā lielu daudzumu formiāta, kas ir pietiekami izolēti, lai aizsargātu saimniekskudras no formiāta citotoksicitātes, līdz tas tiek izsmidzināts (78, 83). To izdalītā skudrskābe var (1) kalpot kā trauksmes feromons, lai pievilinātu citas skudras; (2) būt aizsardzības ķīmiska viela pret konkurentiem un plēsējiem; un (3) darboties kā pretsēnīšu un antibakteriāls līdzeklis, ja to kombinē ar sveķiem kā daļu no ligzdas materiāla (78, 82, 84–88). Skudru ražotajai skudrskābei piemīt pretmikrobu īpašības, kas liecina, ka to varētu izmantot kā lokālu piedevu. To pierādīja Bruhs un līdzautori (88), kuri sveķiem pievienoja sintētisku skudrskābi un ievērojami uzlaboja pretsēnīšu aktivitāti. Vēl viens pierādījums skudrskābes efektivitātei un tās bioloģiskajai lietderībai ir tas, ka milzu skudrulāči, kas nespēj ražot kuņģa skābi, patērē skudras, kas satur skudrskābi, lai nodrošinātu sevi ar koncentrētu skudrskābi kā alternatīvu gremošanas skābi (89).
Skudrskābes praktiskā izmantošana lauksaimniecībā tiek apsvērta un pētīta jau daudzus gadus. Jo īpaši skudrskābi var izmantot kā piedevu dzīvnieku barībai un skābbarībai. Nātrija formiāts gan cietā, gan šķidrā veidā tiek uzskatīts par drošu visām dzīvnieku sugām, patērētājiem un videi (90). Pamatojoties uz viņu novērtējumu (90), maksimālā koncentrācija 10 000 mg skudrskābes ekvivalenta/kg barības tika uzskatīta par drošu visām dzīvnieku sugām, savukārt maksimālā koncentrācija 12 000 mg skudrskābes ekvivalenta/kg barības tika uzskatīta par drošu cūkām. Skudrskābes izmantošana kā dzīvnieku barības uzlabotājs tiek pētīta jau daudzus gadus. Tiek uzskatīts, ka tai ir komerciāla vērtība kā skābbarības konservantam un pretmikrobu līdzeklim dzīvnieku un mājputnu barībā.
Ķīmiskās piedevas, piemēram, skābes, vienmēr ir bijušas neatņemama skābbarības ražošanas un barības pārvaldības sastāvdaļa (91, 92). Borreani et al. (91) atzīmēja, ka, lai panāktu optimālu augstas kvalitātes skābbarības ražošanu, ir jāuztur lopbarības kvalitāte, vienlaikus saglabājot pēc iespējas vairāk sausnas. Šādas optimizācijas rezultāts ir zudumu samazināšana visos skābbarības ražošanas posmos: sākot no sākotnējiem aerobiem apstākļiem silosā līdz sekojošai fermentācijai, uzglabāšanai un silosas atkārtotai atvēršanai barošanai. Konkrētas metodes lauka skābbarības ražošanas un sekojošās skābbarības fermentācijas optimizēšanai ir detalizēti apspriestas citur (91, 93–95), un šeit tās netiks detalizēti aplūkotas. Galvenā problēma ir oksidatīvā bojāšanās, ko izraisa raugi un pelējums, kad skābbarībā ir skābeklis (91, 92). Tāpēc ir ieviesti bioloģiskie inokulanti un ķīmiskās piedevas, lai novērstu bojāšanās negatīvo ietekmi (91, 92). Citi apsvērumi attiecībā uz skābbarības piedevām ietver skābbarībā esošo patogēnu (piemēram, patogēno E. coli, Listeria un Salmonella), kā arī mikotoksīnus producējošo sēnīšu izplatības ierobežošanu (96–98).
Maks un līdzautori (92) iedalīja skābās piedevas divās kategorijās. Skābes, piemēram, propionskābe, etiķskābe, sorbīnskābe un benzoskābe, uztur skābbarības aerobo stabilitāti, ja tās tiek barotas atgremotājiem, ierobežojot raugu un pelējumu augšanu (92). Maks un līdzautori (92) atdalīja skudrskābi no citām skābēm un uzskatīja to par tiešu skābinātāju, kas kavē klostridijas un bojāšanās mikroorganismus, vienlaikus saglabājot skābbarības olbaltumvielu integritāti. Praksē to sāls formas ir visizplatītākās ķīmiskās formas, lai izvairītos no skābju korozīvajām īpašībām nesāls formā (91). Daudzas pētnieku grupas ir pētījušas arī skudrskābi kā skābu piedevu skābbarībai. Skudrskābe ir pazīstama ar savu ātro paskābināšanas potenciālu un tās inhibējošo iedarbību uz kaitīgo skābbarības mikroorganismu augšanu, kas samazina skābbarības olbaltumvielu un ūdenī šķīstošo ogļhidrātu saturu (99). Tāpēc He un līdzautori (92) salīdzināja skudrskābi ar skābām piedevām skābbarībā. (100) pierādīja, ka skudrskābe var inhibēt Escherichia coli un pazemināt skābbarības pH līmeni. Skābbarībai tika pievienotas arī baktēriju kultūras, kas ražo skudrskābi un pienskābi, lai stimulētu paskābināšanu un organisko skābju ražošanu (101). Faktiski Kūlijs un līdzautori (101) atklāja, ka, paskābinot skābbarību ar 3% (s/v) skudrskābi, pienskābes un skudrskābes ražošana pārsniedza attiecīgi 800 un 1000 mg organiskās skābes/100 g parauga. Maks un līdzautori (92) detalizēti pārskatīja skābbarības piedevu pētījumu literatūru, tostarp pētījumus, kas publicēti kopš 2000. gada un kuros uzmanība tika pievērsta skudrskābei un/vai tika iekļautas skudrskābe un citas skābes. Tāpēc šajā pārskatā netiks detalizēti apspriesti atsevišķi pētījumi, bet gan vienkārši apkopoti daži galvenie punkti par skudrskābes kā ķīmiskas skābbarības piedevas efektivitāti. Ir pētīta gan nebuferēta, gan buferēta skudrskābe, un vairumā gadījumu Clostridium spp. Tās relatīvā aktivitāte (ogļhidrātu, olbaltumvielu un laktāta uzņemšana un butirāta izdalīšanās) mēdz samazināties, savukārt amonjaka un butirāta ražošana samazinās un sausnas saglabāšana palielinās (92). Skudrskābes veiktspējai ir ierobežojumi, taču tās lietošana kā skābbarības piedeva kombinācijā ar citām skābēm, šķiet, pārvar dažas no šīm problēmām (92).
Skudrskābe var nomākt patogēnās baktērijas, kas rada risku cilvēku veselībai. Piemēram, Pauly un Tam (102) inokulēja mazus laboratorijas silosus ar L. monocytogenes, kas saturēja trīs dažādus sausnas līmeņus (200, 430 un 540 g/kg) airenes, un pēc tam papildināja ar skudrskābi (3 ml/kg) vai pienskābes baktērijām (8 × 105/g) un celulolītiskajiem enzīmiem. Viņi ziņoja, ka abas apstrādes samazināja L. monocytogenes līmeni līdz nenosakāmam līmenim skābbarībā ar zemu sausnas saturu (200 g/kg). Tomēr vidējas sausnas skābbarībā (430 g/kg) L. monocytogenes joprojām bija nosakāms pēc 30 dienām ar skudrskābi apstrādātā skābbarībā. Šķiet, ka L. monocytogenes samazināšanās bija saistīta ar zemāku pH līmeni, pienskābi un kombinētajām nedisociētajām skābēm. Piemēram, Pauly un Tam (102) atzīmēja, ka īpaši svarīgi bija pienskābes un kombinētie nedisociēto skābju līmeņi, kas varētu būt iemesls, kāpēc skudrskābes apstrādātā vidē no skābbarības ar augstāku sausnas saturu netika novērota L. monocytogenes samazināšanās. Līdzīgi pētījumi nākotnē jāveic arī ar citiem izplatītiem skābbarības patogēniem, piemēram, Salmonella un patogēno E. coli. Visaptverošāka visas skābbarības mikrobu kopienas 16S rDNS sekvences analīze varētu arī palīdzēt identificēt izmaiņas kopējā skābbarības mikrobu populācijā, kas notiek dažādos skābbarības fermentācijas posmos skudrskābes klātbūtnē (103). Mikrobiomu datu iegūšana var sniegt analītisku atbalstu, lai labāk prognozētu skābbarības fermentācijas progresu un izstrādātu optimālas piedevu kombinācijas, lai uzturētu augstu skābbarības kvalitāti.
Graudu dzīvnieku barībā skudrskābe tiek izmantota kā pretmikrobu līdzeklis, lai ierobežotu patogēnu līmeni dažādās no graudiem iegūtās barības matricās, kā arī noteiktās barības sastāvdaļās, piemēram, dzīvnieku blakusproduktos. Ietekmi uz patogēnu populācijām mājputnos un citos dzīvniekos var plaši iedalīt divās kategorijās: tieša ietekme uz pašas barības patogēnu populāciju un netieša ietekme uz patogēniem, kas kolonizē dzīvnieku kuņģa-zarnu traktu pēc apstrādātās barības patērēšanas (20, 21, 104). Ir skaidrs, ka šīs divas kategorijas ir savstarpēji saistītas, jo patogēnu samazināšanās barībā noved pie kolonizācijas samazināšanās, kad dzīvnieks patērē barību. Tomēr konkrētas skābes, kas pievienota barības matricai, pretmikrobu īpašības var ietekmēt vairāki faktori, piemēram, barības sastāvs un veids, kādā skābe tiek pievienota (21, 105).
Vēsturiski skudrskābes un citu radniecīgu skābju lietošana galvenokārt ir bijusi vērsta uz tiešu salmonellas kontroli dzīvnieku un mājputnu barībā (21). Šo pētījumu rezultāti ir detalizēti apkopoti vairākos dažādos laikos publicētos pārskatos (18, 21, 26, 47, 104–106), tāpēc šajā pārskatā ir apspriesti tikai daži no galvenajiem šo pētījumu secinājumiem. Vairāki pētījumi ir parādījuši, ka skudrskābes pretmikrobu aktivitāte barības matricās ir atkarīga no skudrskābes devas un iedarbības laika, barības matricas mitruma satura un baktēriju koncentrācijas barībā un dzīvnieka kuņģa-zarnu traktā (19, 21, 107–109). Barības matricas veids un dzīvnieku barības sastāvdaļu avots ir arī ietekmējošie faktori. Tādējādi vairāki pētījumi ir parādījuši, ka no dzīvnieku blakusproduktiem izolēto baktēriju toksīnu salmonellas līmenis var atšķirties no tiem, kas izolēti no augu blakusproduktiem (39, 45, 58, 59, 110–112). Tomēr atšķirības reakcijā uz skābēm, piemēram, skudrskābi, var būt saistītas ar atšķirībām serovāra izdzīvošanā barībā un temperatūru, kurā barība tiek apstrādāta (19, 113, 114). Atšķirības serovāra reakcijā uz skābes apstrādi var būt arī faktors mājputnu piesārņošanā ar piesārņotu barību (113, 115), un arī virulences gēnu ekspresijas atšķirības (116) var būt nozīmīgas. Savukārt atšķirības skābes tolerances ziņā var ietekmēt salmonellas noteikšanu barotnēs, ja barībā esošās skābes nav pietiekami buferētas (21, 105, 117–122). Barības fizikālā forma (daļiņu izmēra ziņā) var ietekmēt arī skudrskābes relatīvo pieejamību kuņģa-zarnu traktā (123).
Svarīgas ir arī stratēģijas, lai optimizētu barībai pievienotās skudrskābes antimikrobiālo aktivitāti. Pirms barības sajaukšanas ir ieteiktas augstākas skābes koncentrācijas barības sastāvdaļām ar augstu piesārņojumu, lai samazinātu iespējamos bojājumus barības dzirnavu iekārtām un problēmas ar dzīvnieku barības garšu (105). Džounss (51) secināja, ka salmonellas, kas atrodas barībā pirms ķīmiskās tīrīšanas, ir grūtāk kontrolēt nekā salmonellas, kas nonāk saskarē ar barību pēc ķīmiskās apstrādes. Ir ierosināta barības termiskā apstrāde pārstrādes laikā barības dzirnavās kā intervence, lai ierobežotu barības piesārņojumu ar salmonellām, taču tas ir atkarīgs no barības sastāva, daļiņu lieluma un citiem faktoriem, kas saistīti ar malšanas procesu (51). Skābju antimikrobiālā aktivitāte ir atkarīga arī no temperatūras, un paaugstināta temperatūra organisko skābju klātbūtnē var radīt sinerģisku inhibējošu iedarbību uz salmonellām, kā novērots šķidrās salmonellu kultūrās (124, 125). Vairāki pētījumi par ar salmonellām piesārņotu barību apstiprina uzskatu, ka paaugstināta temperatūra palielina skābju efektivitāti barības matricā (106, 113, 126). Amado et al. (127) izmantoja centrāli kompozīta dizainu, lai pētītu temperatūras un skābes (skudrskābes vai pienskābes) mijiedarbību 10 Salmonella enterica un Escherichia coli celmos, kas izolēti no dažādām liellopu barībām un inokulēti paskābinātās liellopu granulās. Viņi secināja, ka siltums bija dominējošais faktors, kas ietekmēja mikrobu samazināšanos, līdztekus skābei un baktēriju izolāta veidam. Sinerģiskais efekts ar skābi joprojām dominē, tāpēc var izmantot zemākas temperatūras un skābes koncentrācijas. Tomēr viņi arī atzīmēja, ka sinerģiskie efekti ne vienmēr tika novēroti, lietojot skudrskābi, kas liek viņiem aizdomām, ka faktors bija skudrskābes iztvaikošana augstākās temperatūrās vai barības matricas komponentu buferizācijas efekti.
Barības derīguma termiņa ierobežošana pirms dzīvnieku barošanas ir viens no veidiem, kā kontrolēt ar pārtiku saistītu patogēnu iekļūšanu dzīvnieka organismā barošanas laikā. Tomēr, kad barībā esošā skābe ir nonākusi kuņģa-zarnu traktā, tā var turpināt iedarboties uz savu pretmikrobu aktivitāti. Eksogēni ievadītu skābu vielu pretmikrobu aktivitāte kuņģa-zarnu traktā var būt atkarīga no dažādiem faktoriem, tostarp kuņģa skābes koncentrācijas, kuņģa-zarnu trakta aktīvās vietas, kuņģa-zarnu trakta pH un skābekļa satura, dzīvnieka vecuma un kuņģa-zarnu trakta mikrobu populācijas relatīvā sastāva (kas ir atkarīgs no kuņģa-zarnu trakta atrašanās vietas un dzīvnieka brieduma) (21, 24, 128–132). Turklāt kuņģa-zarnu traktā esošā anaerobo mikroorganismu populācija (kas kļūst dominējoša monogastrisku dzīvnieku apakšējā gremošanas traktā, tiem nobriestot) aktīvi ražo organiskās skābes fermentācijas ceļā, kas savukārt var arī antagonistiski ietekmēt pārejošus patogēnus, kas nonāk kuņģa-zarnu traktā (17, 19–21).
Liela daļa agrīno pētījumu bija vērsti uz organisko skābju, tostarp formiāta, izmantošanu, lai ierobežotu salmonellas izplatību mājputnu kuņģa-zarnu traktā, kas ir detalizēti apspriests vairākās pārskatos (12, 20, 21). Aplūkojot šos pētījumus kopā, var izdarīt vairākus svarīgus novērojumus. Makhans un Šotss (133) ziņoja, ka skudrskābes un propionskābes barošana samazināja Salmonella Typhimurium līmeni ar baktērijām inokulētu cāļu aklajā zarnā, un kvantitatīvi noteica to 7, 14 un 21 dienas vecumā. Tomēr, kad Hjūms un līdzautori (128) uzraudzīja ar C-14 iezīmētu propionātu, viņi secināja, ka ļoti maz propionāta uzturā var nonākt aklajā zarnā. Vēl jānoskaidro, vai tas attiecas arī uz skudrskābi. Tomēr nesen Bourassa un līdzautori (134) ziņoja, ka skudrskābes un propionskābes barošana samazināja Salmonella Typhimurium līmeni ar baktērijām inokulētu cāļu aklajā zarnā, un tas tika kvantitatīvi noteikts 7, 14 un 21 dienas vecumā. (132) atzīmēja, ka skudrskābes barošana broileru cāļiem 6 nedēļu augšanas periodā samazināja S. Typhimurium koncentrāciju aklajā zarnā zem noteikšanas robežas.
Skudrskābes klātbūtne uzturā var ietekmēt citas mājputnu kuņģa-zarnu trakta daļas. Al-Tarazi un Alshavabkeh (134) pierādīja, ka skudrskābes un propionskābes maisījums var samazināt Salmonella pullorum (S. PRlorum) piesārņojumu ražā un aklajā zarnā. Tompsons un Hintons (129) novēroja, ka komerciāli pieejams skudrskābes un propionskābes maisījums palielināja abu skābju koncentrāciju ražā un kuņģī un bija baktericīds pret Salmonella Enteritidis PT4 in vitro modelī reprezentatīvos audzēšanas apstākļos. Šo uzskatu apstiprina in vivo dati, ko ieguva Bird et al. (135), kuri pievienoja skudrskābi broileru dzeramajam ūdenim simulēta badošanās perioda laikā pirms transportēšanas, līdzīgi kā broileru cāļi tiek badoti pirms transportēšanas uz mājputnu pārstrādes rūpnīcu. Skudrskābes pievienošana dzeramajam ūdenim samazināja S. Typhimurium skaitu kultūraugos un sēklinieka piedēkļos, kā arī samazināja S. Typhimurium pozitīvu kultūraugu biežumu, bet ne pozitīvo sēklinieka piedēkļu skaitu (135). Izstrādājot piegādes sistēmas, kas var aizsargāt organiskās skābes, kamēr tās ir aktīvas apakšējā kuņģa-zarnu traktā, var palīdzēt uzlabot efektivitāti. Piemēram, ir pierādīts, ka skudrskābes mikrokapsulēšana un pievienošana barībai samazina Salmonella Enteritidis skaitu aklo zarnās (136). Tomēr tas var atšķirties atkarībā no dzīvnieku sugas. Piemēram, Valia et al. (137) nenovēroja Salmonella samazināšanos 28 dienas vecu cūku aklo zarnā vai limfmezglos, kurām baroja skudrskābes, citronskābes un ēteriskās eļļas maisījumu kapsulās, un, lai gan Salmonella izdalīšanās ar fekālijām samazinājās 14. dienā, tā netika samazināta 28. dienā. Viņi parādīja, ka tika novērsta Salmonella horizontāla pārnešana starp cūkām.
Lai gan pētījumi par skudrskābi kā pretmikrobu līdzekli lopkopībā galvenokārt ir vērsti uz pārtikas izraisītu salmonellu, ir arī daži pētījumi, kas vērsti uz citiem kuņģa-zarnu trakta patogēniem. Kovanda et al. (68) veiktie in vitro pētījumi liecina, ka skudrskābe var būt efektīva arī pret citiem kuņģa-zarnu trakta pārtikas izraisītiem patogēniem, tostarp Escherichia coli un Campylobacter jejuni. Iepriekšējie pētījumi ir parādījuši, ka organiskās skābes (piemēram, pienskābe) un komerciāli pieejami maisījumi, kas satur skudrskābi kā sastāvdaļu, var samazināt Campylobacter līmeni mājputniem (135, 138). Tomēr, kā iepriekš atzīmējuši Beyer et al. (67), skudrskābes lietošanai kā pretmikrobu līdzeklim pret Campylobacter var būt nepieciešama piesardzība. Šis atklājums ir īpaši problemātisks mājputnu uztura bagātinātājiem, jo ​​skudrskābe ir galvenais C. jejuni elpošanas enerģijas avots. Turklāt tiek uzskatīts, ka daļa no tās kuņģa-zarnu trakta nišas ir saistīta ar vielmaiņas krustenisko barošanos ar jauktiem skābiem fermentācijas produktiem, ko ražo kuņģa-zarnu trakta baktērijas, piemēram, formiātu (139). Šim viedoklim ir zināms pamats. Tā kā formiāts ir C. jejuni ķīmijterapijas līdzeklis, dubultajiem mutantiem ar defektiem gan formiāta dehidrogenāzē, gan hidrogenāzē ir samazināts aklo zarnu kolonizācijas ātrums broileru vistām, salīdzinot ar savvaļas tipa C. jejuni celmiem (140, 141). Joprojām nav skaidrs, cik lielā mērā ārēja skudrskābes piedeva ietekmē C. jejuni kuņģa-zarnu trakta kolonizāciju vistām. Faktiskā kuņģa-zarnu trakta formiāta koncentrācija var būt zemāka formāta katabolisma dēļ, ko veic citas kuņģa-zarnu trakta baktērijas, vai formāta absorbcijas dēļ augšējā kuņģa-zarnu traktā, tāpēc to var ietekmēt vairāki mainīgie lielumi. Turklāt formāts ir potenciāls fermentācijas produkts, ko ražo dažas kuņģa-zarnu trakta baktērijas, kas var ietekmēt kopējo kuņģa-zarnu trakta formiāta līmeni. Formiāta kvantitatīva noteikšana kuņģa-zarnu trakta saturā un formiāta dehidrogenāzes gēnu identificēšana, izmantojot metagenomiku, varētu sniegt ieskatu dažos formātu producējošo mikroorganismu ekoloģijas aspektos.
Rots un līdzautori (142) salīdzināja broileru cāļu barošanas ar antibiotiku enrofloksacīnu vai skudrskābes, etiķskābes un propionskābes maisījumu ietekmi uz antibiotikām rezistentas Escherichia coli izplatību. Kopējais un antibiotikām rezistento E. coli izolātu skaits tika skaitīts apvienotajos 1 dienu vecu broileru cāļu fekāliju paraugos un 14 un 38 dienas vecu broileru cāļu aklo zarnu paraugos. E. coli izolāti tika pārbaudīti attiecībā uz rezistenci pret ampicilīnu, cefotaksīmu, ciprofloksacīnu, streptomicīnu, sulfametoksazolu un tetraciklīnu saskaņā ar iepriekš noteiktajām katras antibiotikas robežvērtībām. Kad attiecīgās E. coli populācijas tika kvantitatīvi noteiktas un raksturotas, ne enrofloksacīns, ne skābju kokteiļa piedeva nemainīja kopējo E. coli skaitu, kas izolēts no 17 un 28 dienas vecu broileru cāļu aklo zarnu. Putniem, kas tika baroti ar enrofloksacīnu piedevu, aklās zarnās bija paaugstināts ciprofloksacīnam, streptomicīnam, sulfametoksazolam un tetraciklīnam rezistento E. coli līmenis un samazināts cefotaksīmam rezistento E. coli līmenis. Putniem, kas tika baroti ar kokteili, aklās zarnās bija samazināts ampicilīnam un tetraciklīnam rezistento E. coli skaits, salīdzinot ar kontroles grupu un putniem, kas tika baroti ar enrofloksacīnu. Putniem, kas tika baroti ar jaukto skābi, bija arī samazināts ciprofloksacīnam un sulfametoksazolam rezistento E. coli skaits aklās zarnās, salīdzinot ar putniem, kas tika baroti ar enrofloksacīnu. Mehānisms, ar kādu skābes samazina antibiotikām rezistento E. coli skaitu, nesamazinot kopējo E. coli skaitu, joprojām nav skaidrs. Tomēr Rota u.c. pētījuma rezultāti atbilst enrofloksacīna grupas rezultātiem. (142) Tas var liecināt par samazinātu antibiotiku rezistences gēnu izplatību E. coli, piemēram, plazmīdām saistīto inhibitoru, ko aprakstījuši Kabezons u.c. (143), izplatību. Būtu interesanti veikt padziļinātāku plazmīdu mediētas antibiotiku rezistences analīzi mājputnu kuņģa-zarnu trakta populācijā barības piedevu, piemēram, skudrskābes, klātbūtnē un vēl vairāk precizēt šo analīzi, novērtējot kuņģa-zarnu trakta rezistomu.
Optimālu pretmikrobu barības piedevu izstrādei pret patogēniem ideālā gadījumā vajadzētu minimāli ietekmēt kopējo kuņģa-zarnu trakta floru, jo īpaši to mikrobiotu, kas tiek uzskatīta par labvēlīgu saimniekam. Tomēr eksogēni ievadītas organiskās skābes var negatīvi ietekmēt rezidentu kuņģa-zarnu trakta mikrobiotu un zināmā mērā mazināt to aizsargājošās īpašības pret patogēniem. Piemēram, Tomsons un Hintons (129) novēroja samazinātu pienskābes līmeni kultūraugos dējējvistām, kurām baroja skudrskābju un propionskābju maisījumu, kas liecina, ka šo eksogēno organisko skābju klātbūtne kultūrā izraisīja laktobacilu daudzuma samazināšanos kultūraugos. Kultūraugu laktobacilas tiek uzskatītas par barjeru salmonellai, un tāpēc šīs rezidentās kultūraugu mikrobiotas darbības traucējumi var kaitēt veiksmīgai salmonellas kolonizācijas samazināšanai kuņģa-zarnu traktā (144). Açıkgöz et al. atklāja, ka ietekme uz putnu apakšējā kuņģa-zarnu trakta daļu var būt mazāka. (145) 42 dienas vecām broilercālēm, kas dzer ar skudrskābi paskābinātu ūdeni, netika konstatētas atšķirības kopējā zarnu florā vai Escherichia coli skaitā. Autori norādīja, ka tas varētu būt saistīts ar formāta metabolizēšanos augšējā kuņģa-zarnu traktā, kā to ir novērojuši citi pētnieki, kuriem eksogēni ievadītas īsās ķēdes taukskābes (ĪĶTA) (128, 129).
Skudrskābes aizsargāšana, izmantojot kādu iekapsulēšanas veidu, var palīdzēt tai sasniegt kuņģa-zarnu trakta apakšējo daļu. (146) atzīmēja, ka mikrokapsulētā skudrskābe ievērojami palielināja kopējo īsās ķēdes taukskābju (SCFA) saturu cūku aklajā zarnā, salīdzinot ar cūkām, kurām barots ar neaizsargātu skudrskābi. Šis rezultāts lika autoriem ieteikt, ka skudrskābe var efektīvi sasniegt kuņģa-zarnu trakta apakšējo daļu, ja tā ir pienācīgi aizsargāta. Tomēr vairāki citi parametri, piemēram, formāta un laktāta koncentrācija, lai gan augstāka nekā cūkām, kurām barots ar kontroles diētu, statistiski neatšķīrās no rādītājiem cūkām, kurām barots ar neaizsargātu formiātu diētu. Lai gan cūkām, kurām barots gan ar neaizsargātu, gan aizsargātu skudrskābi, pienskābes līmenis palielinājās gandrīz trīs reizes, neviena no šīm apstrādēm nemainījās laktobacillu skaits. Atšķirības var būt izteiktākas citiem pienskābi producējošiem mikroorganismiem aklajā zarnā (1), kurus šīs metodes neatklāj, un/vai (2) kuru vielmaiņas aktivitāte tiek ietekmēta, tādējādi mainot fermentācijas modeli tā, ka rezidentās laktobacillas ražo vairāk pienskābes.
Lai precīzāk izpētītu barības piedevu ietekmi uz lauksaimniecības dzīvnieku kuņģa-zarnu traktu, ir nepieciešamas augstākas izšķirtspējas mikrobu identifikācijas metodes. Pēdējos gados mikrobiomu taksonu identificēšanai un mikrobu kopienu daudzveidības salīdzināšanai ir izmantota 16S RNS gēna nākamās paaudzes sekvencēšana (NGS) (147), kas ir sniegusi labāku izpratni par barības piedevu un pārtikas dzīvnieku, piemēram, mājputnu, kuņģa-zarnu trakta mikrobiotas mijiedarbību.
Vairākos pētījumos ir izmantota mikrobioma sekvencēšana, lai novērtētu vistu kuņģa-zarnu trakta mikrobioma reakciju uz formāta piedevu. Oakley et al. (148) veica pētījumu ar 42 dienas vecām broilercālēm, kurām dzeramajā ūdenī vai barībā tika pievienotas dažādas skudrskābes, propionskābes un vidējas ķēdes taukskābju kombinācijas. Imunizētas vistas tika pakļautas nalidiksīnskābes rezistentam Salmonella typhimurium celmam, un to aklā zarna tika izņemta 0, 7, 21 un 42 dienu vecumā. Aklās zarnas paraugi tika sagatavoti 454 pirosekvencēšanai, un sekvencēšanas rezultāti tika novērtēti klasifikācijai un līdzības salīdzināšanai. Kopumā apstrāde būtiski neietekmēja aklās zarnas mikrobiomu vai S. Typhimurium līmeni. Tomēr kopējais Salmonella noteikšanas līmenis samazinājās, putniem novecojot, ko apstiprina mikrobioma taksonomiskā analīze, un arī Salmonella sekvenču relatīvais daudzums laika gaitā samazinājās. Autori norāda, ka, broileriem novecojot, palielinājās aklās zarnas mikrobu populācijas daudzveidība, un visnozīmīgākās izmaiņas kuņģa-zarnu trakta florā tika novērotas visās apstrādes grupās. Nesenā pētījumā Hu et al. (149) salīdzināja dzeramā ūdens un barošanas ar organisko skābju (skudrskābes, etiķskābes, propionskābes un amonija formiāta) un virginiamicīna maisījumu ietekmi uz broileru cāļu aklās zarnas mikrobioma paraugiem, kas savākti divos posmos (1.–21. dienā un 22.–42. dienā). Lai gan 21. dienas vecumā starp apstrādes grupām tika novērotas dažas atšķirības aklās zarnas mikrobioma daudzveidībā, 42. dienā netika konstatētas atšķirības α- vai β-baktēriju daudzveidībā. Ņemot vērā atšķirību trūkumu 42. dienu vecumā, autori izvirzīja hipotēzi, ka augšanas priekšrocība varētu būt saistīta ar optimāli daudzveidīga mikrobioma agrāku izveidošanos.
Mikrobioma analīze, kas koncentrējas tikai uz cekālo mikrobu kopienu, var neatspoguļot, kur kuņģa-zarnu traktā notiek lielākā daļa uztura organisko skābju ietekmes. Broileru cāļu augšējā kuņģa-zarnu trakta mikrobioms var būt jutīgāks pret uztura organisko skābju ietekmi, kā liecina Hjūma et al. (128) rezultāti. Hjūms et al. (128) pierādīja, ka lielākā daļa eksogēni pievienotā propionāta tika absorbēta putnu augšējā kuņģa-zarnu traktā. Jaunākie pētījumi par kuņģa-zarnu trakta mikroorganismu raksturojumu arī apstiprina šo viedokli. Nava et al. (150) pierādīja, ka organisko skābju maisījuma [DL-2-hidroksi-4(metiltio)sviestskābes], skudrskābes un propionskābes (HFP) kombinācija ietekmēja zarnu mikrobiotu un palielināja Lactobacillus kolonizāciju vistu ileumā. Nesen Goodarzi Borojeni et al. (150) pierādīja, ka organisko skābju maisījuma [DL-2-hidroksi-4(metiltio)sviestskābes], skudrskābes un propionskābes (HFP) kombinācija ietekmē zarnu mikrobiotu un palielināja Lactobacillus kolonizāciju vistu ileumā. (151) pētīja broileru cāļu barošanu ar skudrskābes un propionskābes maisījumu divās koncentrācijās (0,75% un 1,50%) 35 dienas. Eksperimenta beigās tika izņemta eja, kuņģis, distālās divas trešdaļas ileuma un aklā zarna, un tika ņemti paraugi specifiskas kuņģa-zarnu trakta floras un metabolītu kvantitatīvai analīzei, izmantojot RT-PCR. Kultūrā organisko skābju koncentrācija neietekmēja Lactobacillus vai Bifidobacterium daudzumu, bet palielināja Clostridium populāciju. Ileumā vienīgās izmaiņas bija Lactobacillus un Enterobacter samazināšanās, savukārt aklajā zarnā šī flora palika nemainīga (151). Pie visaugstākās organisko skābju piedevas koncentrācijas kopējā pienskābes (D un L) koncentrācija ražā bija samazināta, abu organisko skābju koncentrācija kuņģī bija samazināta, un organisko skābju koncentrācija aklajā zarnā bija zemāka. Līkās zarnās izmaiņu nebija. Attiecībā uz īsās ķēdes taukskābēm (SCFA) vienīgā izmaiņa putnu, kas baroti ar organiskajām skābēm, ražā un kuņģī bija propionāta līmenī. Putniem, kas baroti ar zemāku organiskās skābes koncentrāciju, propionāta līmenis ražā bija gandrīz desmitkārtīgs, savukārt putniem, kas baroti ar abām organiskās skābes koncentrācijām, propionāta līmenis kuņģī bija attiecīgi astoņas un piecpadsmit reizes lielāks. Acetāta līmeņa pieaugums līkumā bija mazāks par divkāršu. Kopumā šie dati apstiprina viedokli, ka lielākā daļa ārējās organisko skābju lietošanas ietekmes bija redzama ražā, savukārt organiskajām skābēm bija minimāla ietekme uz apakšējā kuņģa-zarnu trakta mikrobu kopienu, kas liecina, ka augšējā kuņģa-zarnu trakta rezidentās floras fermentācijas modeļi varētu būt mainījušies.
Ir skaidrs, ka ir nepieciešama padziļinātāka mikrobioma raksturošana, lai pilnībā izskaidrotu mikrobu reakcijas uz formiātu visā kuņģa-zarnu traktā. Padziļināta konkrētu kuņģa-zarnu trakta nodalījumu, īpaši augšējo nodalījumu, piemēram, kultūraugu, mikrobiālās taksonomijas analīze varētu sniegt dziļāku ieskatu noteiktu mikroorganismu grupu atlasē. To vielmaiņas un fermentatīvā aktivitāte var arī noteikt, vai tiem ir antagonistiskas attiecības ar patogēniem, kas nonāk kuņģa-zarnu traktā. Būtu interesanti arī veikt metagenomikas analīzes, lai noteiktu, vai skābu ķīmisko piedevu iedarbība putnu dzīves laikā veicina "skābēm tolerantu" rezidentu baktēriju atlasi un vai šo baktēriju klātbūtne un/vai vielmaiņas aktivitāte radītu papildu šķērsli patogēnu kolonizācijai.
Skudrskābe jau daudzus gadus tiek izmantota kā ķīmiska piedeva dzīvnieku barībā un kā skābbarības paskābinātājs. Viens no tās galvenajiem pielietojumiem ir tās pretmikrobu iedarbība, lai ierobežotu patogēnu skaitu barībā un to sekojošo kolonizāciju putnu kuņģa-zarnu traktā. In vitro pētījumi ir parādījuši, ka skudrskābe ir relatīvi efektīvs pretmikrobu līdzeklis pret salmonellu un citiem patogēniem. Tomēr skudrskābes izmantošanu barības matricās var ierobežot lielais organisko vielu daudzums barības sastāvdaļās un to potenciālā buferspēja. Šķiet, ka skudrskābei ir antagonistiska iedarbība uz salmonellu un citiem patogēniem, ja tās tiek uzņemtas ar barību vai dzeramo ūdeni. Tomēr šis antagonisms galvenokārt rodas augšējā kuņģa-zarnu traktā, jo skudrskābes koncentrācija var samazināties apakšējā kuņģa-zarnu traktā, kā tas ir propionskābes gadījumā. Skudrskābes aizsardzības koncepcija, to iekapsulējot, piedāvā potenciālu pieeju, lai piegādātu vairāk skābes apakšējā kuņģa-zarnu traktā. Turklāt pētījumi ir parādījuši, ka organisko skābju maisījums ir efektīvāks mājputnu produktivitātes uzlabošanā nekā vienas skābes ievadīšana (152). Kuņģa-zarnu traktā esošās kampilobaktērijas var atšķirīgi reaģēt uz formātu, jo tās var izmantot formātu kā elektronu donoru, un formāts ir to galvenais enerģijas avots. Nav skaidrs, vai formāta koncentrācijas palielināšana kuņģa-zarnu traktā būtu labvēlīga kampilobaktērijām, un tas var nenotikt atkarībā no citas kuņģa-zarnu trakta floras, kas var izmantot formātu kā substrātu.
Ir nepieciešami papildu pētījumi, lai izpētītu kuņģa-zarnu trakta skudrskābes ietekmi uz nepatogēniem rezidentiem kuņģa-zarnu trakta mikrobiem. Mēs dodam priekšroku selektīvai patogēnu iedarbībai, neizjaucot tos kuņģa-zarnu trakta mikrobioma locekļus, kas ir labvēlīgi saimniekam. Tomēr tas prasa padziļinātāku šo rezidentu kuņģa-zarnu trakta mikrobu kopienu mikrobioma secības analīzi. Lai gan ir publicēti daži pētījumi par skudrskābes apstrādātu putnu aklās zarnas mikrobiomu, lielāka uzmanība jāpievērš augšējā kuņģa-zarnu trakta mikrobu kopienai. Mikroorganismu identificēšana un kuņģa-zarnu trakta mikrobu kopienu līdzību salīdzināšana skudrskābes klātbūtnē vai bez tās var būt nepilnīgs apraksts. Lai raksturotu funkcionālās atšķirības starp kompozicionāli līdzīgām grupām, ir nepieciešamas papildu analīzes, tostarp metabolomika un metagenomika. Šāda raksturošana ir kritiski svarīga, lai noteiktu saistību starp kuņģa-zarnu trakta mikrobu kopienu un putnu snieguma reakcijām uz skudrskābes bāzes uzlabotājiem. Vairāku pieeju apvienošana, lai precīzāk raksturotu kuņģa-zarnu trakta darbību, ļautu izstrādāt efektīvākas organisko skābju piedevu stratēģijas un galu galā uzlabot optimālas putnu veselības un snieguma prognozes, vienlaikus ierobežojot pārtikas nekaitīguma riskus.
SR uzrakstīja šo apskatu ar DD un KR palīdzību. Visi autori sniedza būtisku ieguldījumu šajā apskatā prezentētajā darbā.
Autori paziņo, ka šī apskata sagatavošanai un publicēšanai finansējumu sniedza Anitox Corporation. Finansētājiem nebija nekādas ietekmes uz šajā apskata rakstā paustajiem viedokļiem un secinājumiem, kā arī uz lēmumu par tā publicēšanu.
Pārējie autori paziņo, ka pētījums tika veikts bez jebkādām komerciālām vai finansiālām attiecībām, ko varētu interpretēt kā potenciālu interešu konfliktu.
Dr. DD vēlas pateikties Arkanzasas Universitātes Absolventu skolai par atbalstu, izmantojot Izcilās mācīšanas stipendiju, kā arī par pastāvīgo atbalstu no Arkanzasas Universitātes Šūnu un molekulārās bioloģijas programmas un Pārtikas zinātņu katedras. Turklāt autori vēlas pateikties Anitox par sākotnējo atbalstu šīs recenzijas rakstīšanā.
1. Dibners Dž. Dž., Ričardss Dž. D. Antibiotisko augšanas veicinātāju izmantošana lauksaimniecībā: vēsture un darbības mehānismi. Mājputnu zinātne (2005) 84:634–43. doi: 10.1093/ps/84.4.634
2. Džounss F. T., Riks S. C. Antimikrobiālo līdzekļu izstrādes un uzraudzības vēsture mājputnu barībā. Mājputnu zinātne (2003) 82:613–7. doi: 10.1093/ps/82.4.613
3. Broom LJ. Antibiotiku augšanas veicinātāju subinhibējošā teorija. Poultry Science (2017) 96:3104–5. doi: 10.3382/ps/pex114
4. Sorum H, L'Abe-Lund TM. Ar pārtiku saistītās baktērijas pret antibiotikām — globālo baktēriju ģenētisko tīklu traucējumu sekas. 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. Barības piedevas salmonellas kontrolei barībā. Pasaules Mājputnu zinātnes žurnāls (2002) 58:501–13. doi: 10.1079/WPS20020036
6. Angulo FJ, Baker NL, Olsen SJ, Anderson A, Barrett TJ. Antimikrobiālo līdzekļu lietošana lauksaimniecībā: antimikrobiālās rezistences pārnešanas kontrole cilvēkiem. Semināri bērnu infekcijas slimību jomā (2004) 15:78–85. doi: 10.1053/j.spid.2004.01.010
7. Lekshmi M., Ammini P., Kumar S., Varela MF. Pārtikas ražošanas vide un pretmikrobu rezistences evolūcija dzīvnieku izcelsmes cilvēku patogēnos. Mikrobioloģija (2017) 5:11. doi: 10.3390/microorganisms5010011
8. Lourenço JM, Seidel DS, Callaway TR. 9. nodaļa: Antibiotikas un zarnu darbība: vēsture un pašreizējais stāvoklis. Grāmatā: Ricke SC, red. Mājputnu zarnu veselības uzlabošana. Kembridža: Burley Dodd (2020). 189.–204. lpp. DOI: 10.19103/AS2019.0059.10
9. Riks SC. Nr.8: Barības higiēna. In: Dewulf J, van Immerzeel F, eds. Biodrošība lopkopībā un veterinārmedicīnā. Lēvena: ACCO (2017). 144.–76.lpp.