PROBIÓTICOS EN NUTRICIÓN ANIMAL

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1 Sistema de Revisiones en Investigación Veterinaria de San Marcos PROBIÓTICOS EN NUTRICIÓN ANIMAL REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Autor: Jorge Guevara Universidad Nacional Mayor de San Marcos Facultad de Medicina Veterinaria

2 TABLA DE CONTENIDO 1. PRESENTACIÓN INTRODUCCIÓN PROPIEDADES DE LOS PROBIÓTICOS EN LOS ANIMALES CONCLUSIONES LITERATURA CITADA... 9

3 PROBIÓTICOS EN NUTRICIÓN ANIMAL Ms. Sc. Jorge Ernesto Guevara Vásquez 1. PRESENTACIÓN Los probióticos han sido definidos como microorganismos vivos que ejercen un efecto benéfico para el tracto intestinal del hospedero, manteniendo y reforzando los mecanismos de defensa ante patógenos sin perturbar las funciones fisiológicas y bioquímicas normales. Este documento presenta una revisión de algunas investigaciones realizadas en diferentes especies y plantea sus propiedades, efectos de su uso en la salud, su mecanismo de acción y evaluación del uso de cepas probioticas aisladas de microbiotas intestinales. 2. INTRODUCCIÓN El término "probiótico" data de 1965, cuando se usó para referirse a cualquier sustancia u organismo que contribuyera al balance microbiano intestinal, principalmente de los animales de granjas, luego lo consideraron un suplemento alimenticio microbiano vivo, más que una sustancia, de modo que se hiciera más relevante para los humanos. Los alimentos que contienen un probiótico son considerados alimentos funcionales (Gibson y Roberfroid, 1995). Un alimento puede ser considerado funcional si logra demostrar satisfactoriamente que posee un efecto benéfico sobre una o varias funciones específicas en el organismo, mejora el estado de salud y de bienestar o bien reduce el riesgo de una enfermedad, más allá de los efectos nutricionales habituales (Diplock et al. 1998). El interés en las terapias preventivas y suplementos nutricionales ha aumentado en los últimos años. Los probióticos que son organismos vivos, al ser ingeridos afectan benéficamente al huésped mejorando su balance intestinal. Los organismos más estudiados son las bacterias ácido-lácticas, sobre todo Lactobacillus spp y Bifidobacterium spp., consideradas seguras para uso. Los efectos benéficos en la salud

4 incluyen tratamiento y prevención de la diarrea por rotavirus y reducción de la diarrea asociada con el uso de antibióticos. Los probióticos también contribuyen en la prevención de infecciones urinarias, alergia a los alimentos y reacciones atópicas en niños y pueden mejorar la intolerancia a la lactosa. Se han informado resultados prometedores en personas con enfermedad inflamatoria del intestino, enterocolitis necrotizante y colon irritado. Por otro lado, se encuentra en investigación el uso de bacterias ácido-lácticas como antígenos para el desarrollo de vacunas que induzcan una respuesta humoral protectora. A pesar que los probióticos representan un avance terapéutico importante, es necesario continuar investigando con el fin de, definir sus mecanismos de acción y determinar por qué sus diferentes respuestas en algunos eventos clínicos. En décadas pasadas el método más común para prevenir enfermedades y aumentar la eficiencia alimentaria, fue el uso de antibióticos como aditivo alimentario, pero se ha comprobado que este uso tiene influencia negativa en la eubiosis del sistema gastrointestinal, crea resistencia bacteriana a estos fármacos y causa presencia residual en las carnes, huevos, leche y otros productos de origen animal, es por ello que la aparición de los probióticos es visto como una solución alternativa promisoria.. 3. PROPIEDADES DE LOS PROBIÓTICOS EN LOS ANIMALES En la última mitad del siglo XX, se desarrollaron nuevos conceptos para promover la salud animal y asegurar el rendimiento en el crecimiento, eficiencia en la alimentación, y calidad del producto (Zimmermann et al., 2001). Los antibióticos fueron primero añadidos a los alimentos para proteger a los animales contra infecciones, pero los antibióticos también promueven el crecimiento, esta doble función produjo el uso amplio como un aditivo en la alimentación. Sin embargo, debido a preocupaciones de seguridad acerca de la transmisión de la resistencia a los antibióticos, el uso de los antibióticos en alimentación animal ha ido gradualmente declinando desde 1990 y han sido prohibidos completamente desde enero del Esta situación llevó a la proposición de alternativas, tales como los microorganismos probióticos (Brambilla y De Filippis, 2005).

5 Los probióticos son microorganismos viables que aumentan la ganancia de peso y los rangos de conversión alimenticia (propiedades zootécnicas) y disminuyen la incidencia de diarrea (Simon et al., 2001). Algunos estudios han señalado que los probióticos incrementan el crecimiento en situaciones de estrés, como las encontradas en granjas reales a diferencia de los que ocurre en ensayos más controlados como los realizados en las universidades. Esto asume que los efectos en la salud y los efectos zootécnicos están estrechamente relacionados. La suplementación probiótica ha sido recomendada para el tratamiento o prevención de varias condiciones de estrés y enfermedades de un sinnúmero de especies (Zimmermann et al., 2001) 3.1. Probióticos en la salud gastrointestinal Los probióticos pueden influir positivamente en la biodisponibilidad de nutrientes al facilitar un rompimiento de proteínas de la leche entera, liberando calcio y magnesio en grandes cantidades, a diferencia de cuando no se utilizan probióticos. Los probióticos parecen estar involucrados también en la síntesis de vitaminas del complejo B, fosfatos y además, algunas cepas, pueden ejercer un efecto estabilizador en la flora intestinal incrementando una resistencia a las infecciones, así como una prevención y tratamiento de diversas formas de diarreas. Las cepas de lactobacilos como Lactobacillus GG, producen substancias antimicrobianas que son activas contra diversas bacterias presentes en la microflora normal del intestino, como E. coli, Streptococcus, Clostridium difficile, Bacteroides fragilis y Salmonella (Gorbach, 1996) Mecanismo de acción de los probióticos El efecto benéfico de los probióticos se atribuye en general a mecanismos diferentes que a su vez pueden deberse a varias causas; a saber: a) A la exclusión competitiva de bacterias nocivas, ya sea por: (i) competencia por nutrientes, (ii) competencia por sitios de fijación en el intestino,o (iii) aumento de la respuesta immunológica del hospedero y b) Por aportes benéficos al proceso digestivo del hospedero, a través de: (i) aporte de macro y micronutrientes para el hospedero o (ii) aporte de enzimas digestivas (Hassan y Frank, 2001).

6 3.3. Influencia de probióticos en la digestión A principios de siglo XIX se empezó a observar la influencia de determinados microorganismos sobre la digestión humana y animal, se atribuía la larga vida de los habitantes de los Balcanes a las bacterias del yogurt que consumían. Suponía que el consumo de las bacterias del yogurt alteraba el equilibrio de la microbiota intestinal y suprimía las bacterias de la putrefacción, paralelamente había observado que los campesinos búlgaros, grandes consumidores de leche fermentada, eran muy sanos y longevos (O Sullivan et al., 1993) Bacterias productoras de ácido láctico (BAL) Las BAL son un grupo grande de bacterias con la característica común de producir ácido láctico como el principal producto final del metabolismo; se encuentran en la leche y en otros ambientes naturales. Las bacterias lácticas son gram positivas, ácido tolerantes, soportan rangos de ph entre 4.8 y 9.6, lo que les permite sobrevivir naturalmente en medios donde otras bacterias no sobrevivirían. Las bacterias lácticas tienen formas de cocos o de bastoncitos y son catalasa negativa. Las BAL sintetizan su ATP en la fermentación láctica de los glúcidos, el ácido láctico es en algunos casos el único producto final (homofermentación) y en otras ocasiones se produce además etanol, acetato y CO 2 (heterofermentación). Las bacterias lácticas son generalmente aerotolerantes, aunque algunas especie, como las que se encuentran en el intestino de los animales, son anaerobias estrictas. Incluso en presencia de O 2 no son capaces de llevar a cabo las fosforilaciones oxidativas, lo que está muy relacionado con su incapacidad para sintetizar citocromo y enzimas con grupo hemo (Bourgeois y Larpent, 1995). Las BAL requieren aminoácidos específicos, vitamina B y otros factores de crecimiento y son incapaces de utilizar hidratos de carbono complejos (Hassan y Frank, 2001). Se demostró que las BAL reducían el crecimiento de gérmenes indeseables en el tracto intestinal. Esta reducción sería consecuencia tanto de la producción de compuestos antibacterianos, como la acidez intestinal originada o del antagonismo competitivo.

7 3.5. Producción de compuestos antibacterianos Diversos autores han comprobado la reducción del número de gérmenes patógenos por las BAL mediante la producción de compuestos antibacterianos los cuales han sido denominados de muy diversas formas: Lactobacillin, Lactolin, Lactobrevin, Acidolin y Acidophilin. Las BAL pueden también producir sustancias que neutralizan los efectos adversos de un microorganismo al modificar su metabolismo, sin necesidad de destruirlo, pero si disminuyendo su población. Por ejemplo cambios en la actividad enzimática no asociados con cambios en la composición de la flora intestinal Productos finales de la fermentación y la acidez intestinal Las BAL poseen gran capacidad fermentativa, produciendo cantidades significativas de ácidos orgánicos (ácido acético, fórmico y láctico) a partir de carbohidratos simples, lo cual determina una acidez intestinal que limita el crecimiento especialmente de los gérmenes patógenos gram negativos (Ten Brink et al. 1987). Fuller en 1989, demostró que puede detenerse el crecimiento de E. coli ajustando el ph de un medio de cultivo a 4.5 mediante la adición de acido láctico o clorhídrico. Años más tarde este mismo autor administrando yogurt (leche fermentada por L. bulgaricus y S. termophilus) a lechones destetados observó como descendía el recuento de E. coli en el estómago y duodeno afirmando que el efecto por el yogurt podría ser reproducido por leche acidificada por ácido láctico a un ph de Antagonismo competitivo La importancia de la microflora indígena en el intestino como factor de resistencia natural frente a los microorganismos potencialmente patógenos, fue reconocida a finales del siglo XIX por Metchnikoff. Esta microflora indígena es muy estable. La penetración y colonización de microorganismos no indígenas o del medio y/o de otras especies animales es impedida por las BAL, las cuales compiten con otras bacterias en la colonización de zonas intestinales y en la utilización de sustancias nutritivas (Bibel, 1988). La competencia directa de los gérmenes bacterianos por los lugares de adherencia en la superficie epitelial del intestino, es un factor importante en la reducción de los

8 microorganismos al inducir la exclusión de gérmenes patógenos (Scheleifer, 1985; Schneitz et al., 1993) Principales bacterias con uso probiótico Bacillus Las especies de Bacillus son los principales componentes de la microflora termoresistentes de la leche pasteurizada. Los bacilos producen enzimas hidrofílicas extracelulares que descomponen polisacáridos, ácidos nucleicos y lípidos, permitiendo que el organismo emplee estos productos como fuentes de carbono y donadores de electrones. Los bacilos producen antibióticos y son ejemplos de estos la bacitracina, polimixina, tirocidina, gramicidina y circulina. El Bacillus subtilis es uno de los microorganismos más usados como probiótico. En 1941 el ejército alemán en África del Norte descubrió que los árabes se automedicaban la disentería ingiriendo excremento fresco de camello y verificaron que la ingestión de B. subtilis era la causa de esta mejoría aplicando luego este tratamiento (sin el excremento) con éxito a sus propias tropas. El Bacillus subtilis, realiza una fermentación 2,3 butanediol, cuyos productos principales son butanediol, etanol, CO 2, y H 2 0. Estos microorganismos también producen glicerol como un producto de la fermentación. Las características principales de Bacillus subtilis son: Gram positivas, mesófilas, producen esporas ovales o cilíndricas, fermentativas, usualmente hidrolizan caseina y almidón, los esporangios no son hinchados, la pared de la espora es delgada y catalasa positiva (Bioland). B. subtilis se encuentra en todo el ambiente sobre todo en el suelo (Konigs et al., 2000). No muestra toxicidad hacia vertebrados, muestra una marcada acción bactericida y fungicida por lo que se ha aprobado su uso como biopesticida en plantas. B. subtilis es un ingrediente común en las mezclas de probióticos recomendadas para el uso en animales acuáticos. Tiene la habilidad para formar una resistente endospora protectora, lo cual le permite al organismo soportar condiciones ambientales extremas. A diferencia de varias especies bien conocidas, el B. subtilis ha sido clasificada históricamente como un aerobio obligado, aunque recientes investigaciones han demostrado que esto no

9 es estrictamente correcto. B. subtilis, libera compuestos con propiedades antifúngicas como la subtilina y otros antibióticos de la familia de las Iturinas. Estas últimas son polipéptidos que actúan sobre la pared celular de los hongos (Farnworth, 2001) Lactobacillus Bacterias del género Lactobacillus son organismos benéficos de interés particular por su larga historia de uso (Holzapfel, 2002). Los Lactobacillus fueron entre los primeros organismos usados por el hombre para la producción de alimentos (Konigs et al., 2000) y para la preservación de estos al inhibir la invasión por otros microorganismos que causan la descomposición de la comida (Adams, 1999). Las industrias lácteas y de auto cuidado de la salud están activamente promocionando el uso de Lactobacillus en la comida, y estos son usados cada vez más en la alimentación animal por su potencial de reemplazar los promotores antibióticos de crecimiento (Farnworth, 2001). El L. acidophilus es una bacteria intestinal típica, que se encuentra en las heces fecales del hombre (casi siempre de los niños y muy escasamente en los adultos) y también de algunos mamíferos. A partir de las heces de niños se puede aislar mediante el método de enriquecimiento (Barbosa y Vega, 2000). En Lactobacillus acidophilus, la denominación "acidófilo" conduce a errores, pues esta bacteria no tolera más el ácido que otros lactobacilos. Los bacilos miden unas 2 6 de largo, y a veces están algo redondeados en los extremos. Se encuentran aislados o en cadenas cortas. La temperatura óptima para su desarrollo es de unos 37 ºC, la máxima de unos 43 a 48 ºC. Por debajo de los 20 ºC no se registra crecimiento alguno. Los Lactobacillus acidophilus son usados también para producir lácteos fermentados. Estos organismos generalmente resisten la acidez gástrica y sales biliares. Su tasa de supervivencia en el tracto gastrointestinal se estima entre un 2 y 5% y logran concentraciones suficientes en el colon ( ufc/ml). Dependiendo de la cepa varía su capacidad de adhesión intestinal, los efectos favorables sobre la digestibilidad de lactosa y su habilidad para prevenir diarrea.

10 4. CONCLUSIONES Los probióticos tienen la capacidad de modificar la composición de la microflora intestinal de una potencialmente dañina a otra beneficiosa para el hospedero; los estudios sobre el mejor conocimiento de estos microorganismos ha permitido establecer las diferentes acciones a través de los cuales ejercen sus efectos beneficiosos. La utilización de probióticos se ha intensificado en los últimos diez años, siendo una de las causas la extensión de su uso en humanos a su uso en monogástricos y mascotas. Entre los microorganismos utilizados como probióticos, los Bacillus y Lactobacillus ocupan el lugar más destacado, los primeros producen enzimas hidrófilas y los segundos producen ácido láctico 5. LITERATURA CITADA 1. Adams M Safety of industrial lactic acid bacteria. J Biotechnol 68: Barbosa G, Vega H Deshidratación de alimentos. Editorial Acribia. Zaragoza. 3. Bibel D Bacillus of long life. American Society for Microbiology News, 54: Bourgeois C, Larpent J Microbiología alimentaria. Editorial Acribia. S.A. Volumen II. Zaragoza España. 5. Brambilla G, De Filippis S Trends in animal feed composition and the possible consequences on residue tests. Analytica Chimica Acta 529: Diplock A, Aggett P, Ashwell M, Bornet F, Fern E, Roberfroid M Scientific concepts of functional foods in Europe, consensus document. Bruxelles : ILSI Europe, p Farnworth E Probiotics and prebiotics. En Handbook of Nutraceutical and functional foods [RE Wildman] Ed. CRC Press. Cap. 25: Fuller R A review: Probiotics in man and animals. J. Appl. Bacteriol. 66,

11 9. Gibson G, Roberfroid M Dietary modulation of the human colonic microbiota: introducing the concept of prebiotics. J. Nutr. 125, Gorbach S The discovery of Lactobacillus GG. Nutrition Today; 31 (suppl 1):2S-4S. 11. Hassan A, Frank J Srarter cultures and their use. En H.E. Marth y L. Steele; Applied dairy microbilogy. Second edition. Revised and expansed. Ed. Marcel Dekker, INC, New York, EEUU. 12. Konigs W, Kok J, Kuipers O, Poolman B Lactic acid bacteria: the bug of the new millennium. Curr Opin Microbiol3: O Sullivan M, Thornton G, Sulliva G, Collins J Probiotic bacteria: myth or reality? Trends Food Sci, Technol. 21: Schleifer J Areview of the efficacy and mechanism of competitive exclusión for the control of Salmonella in poultry. Word Poultry Science Journal, 41: Schneitz C, Nuotio L, Lounatma K Adhesion of Lactobacillus acidophilus to avian intestinal epitelial cells mediated by the crystalline bacterialcell surface layer (S layer). Journal of applied Bacteriology, 74: Simon O, Jadamus A, Vahjen W Probiotic feed additives effectiveness and expected modes of action. J Anim Feed Sci 10: Ten Brink B, Minekus M, Bol J, Veld J Production of antibacterial compounds by Lactobacilli. Nicrobiology Reviews, 46: Zimmermann B, Bauer E, Mosenthin R Pro and prebiotics in pig nutrition potential modulators of gut health? J Anim Feed Sci 10: