Ĉi tiu artikolo estas parto de la esplortemo "Antimikroba uzo, antimikroba rezisto kaj la mikrobiomo de nutraĵbestoj". Vidi ĉiujn 13 artikolojn
Organikaj acidoj daŭre estas tre postulataj kiel aldonaĵoj al bestnutraĵoj. Ĝis nun, la fokuso estis pri nutraĵsekureco, precipe reduktante la incidencon de nutraĵdevenaj patogenoj ĉe kokaĵo kaj aliaj bestoj. Pluraj organikaj acidoj estas nuntempe studataj aŭ jam estas komerce uzataj. Inter la multaj organikaj acidoj, kiuj estis amplekse studitaj, formika acido estas unu el ili. Formika acido estas aldonita al kokaĵaj dietoj por limigi la ĉeeston de Salmonella kaj aliaj nutraĵdevenaj patogenoj en la nutraĵo kaj en la gastrointesta vojo post konsumado. Ĉar la kompreno pri la efikeco kaj efiko de formika acido sur la gastiganto kaj nutraĵdevenaj patogenoj kreskas, fariĝas klare, ke la ĉeesto de formika acido povas ekigi specifajn vojojn en Salmonella. Ĉi tiu respondo povas fariĝi pli kompleksa kiam formika acido eniras la gastrointestan vojon kaj interagas ne nur kun Salmonella jam koloniiganta la gastrointestan vojon, sed ankaŭ kun la propra mikroba flaŭro de la intesto. La revizio ekzamenos la nunajn rezultojn kaj perspektivojn por plia esplorado pri la mikrobiomo de kokaĵo kaj furaĝo traktita per formika acido.
Kaj en brutaro kaj kokbredado, la defio estas disvolvi administradajn strategiojn, kiuj optimumigas kreskon kaj produktivecon, samtempe limigante riskojn por nutraĵsekureco. Historie, la administrado de antibiotikoj je subterapiaj koncentriĝoj plibonigis la sanon, bonfarton kaj produktivecon de bestoj (1-3). El la perspektivo de mekanismo de ago, oni proponis, ke antibiotikoj administritaj je subinhibiciaj koncentriĝoj mediacias la respondojn de la gastiganto per modulado de la gastrointesta (GI) flaŭro kaj, siavice, iliaj interagoj kun la gastiganto (3). Tamen, daŭraj zorgoj pri la ebla disvastiĝo de antibiotik-rezistaj nutraĵ-portitaj patogenoj kaj ilia ebla asocio kun antibiotik-rezistaj infektoj en homoj kondukis al la laŭgrada retiriĝo de la uzo de antibiotikoj en nutraĵbestoj (4-8). Tial, la disvolviĝo de furaĝaj aldonaĵoj kaj plibonigiloj, kiuj plenumas almenaŭ kelkajn el ĉi tiuj postuloj (plibonigita besta sano, bonfarto kaj produktiveco), estas tre interesa kaj el akademia esplorado kaj el komerca disvolviĝo (5, 9). Diversaj komercaj furaĝaj aldonaĵoj eniris la merkaton de bestnutraĵoj, inkluzive de probiotikoj, prebiotikoj, esencaj oleoj kaj rilataj komponaĵoj el diversaj plantfontoj, kaj kemiaĵoj kiel aldehidoj (10-14). Aliaj komercaj furaĝaj aldonaĵoj ofte uzataj en kokaĵo inkluzivas bakteriofagojn, zinkan oksidon, eksogenajn enzimojn, konkurencajn ekskludproduktojn kaj acidajn kombinaĵojn (15, 16).
Inter ekzistantaj kemiaj furaĝaldonaĵoj, aldehidoj kaj organikaj acidoj historie estis la plej vaste studitaj kaj uzataj kombinaĵoj (12, 17–21). Organikaj acidoj, precipe mallongĉenaj grasacidoj (SCFAoj), estas konataj antagonistoj de patogenaj bakterioj. Ĉi tiuj organikaj acidoj estas uzataj kiel furaĝaldonaĵoj ne nur por limigi la ĉeeston de patogenoj en la furaĝa matrico, sed ankaŭ por havi aktivajn efikojn sur gastrointestan funkcion (17, 20–24). Krome, SCFAoj estas produktitaj per fermentado fare de intesta flaŭro en la digesta vojo kaj oni supozas, ke ili ludas mekanisman rolon en la kapablo de iuj probiotikoj kaj prebiotikoj kontraŭagi patogenojn konsumitajn en la gastrointesta vojo (21, 23, 25).
Tra la jaroj, diversaj mallongĉenaj grasacidoj (SCFA-oj) altiris multan atenton kiel furaĝaj aldonaĵoj. Aparte, propionato, butirato kaj formiato estis la temo de multaj studoj kaj komercaj aplikoj (17, 20, 21, 23, 24, 26). Dum fruaj studoj fokusiĝis al la kontrolo de nutraĵdevenaj patogenoj en besta kaj kokaĵa furaĝo, pli lastatempaj studoj ŝanĝis sian fokuson al la ĝenerala plibonigo de besta rendimento kaj gastrointesta sano (20, 21, 24). Acetato, propionato kaj butirato altiris multan atenton kiel organikaj acidaj furaĝaj aldonaĵoj, inter kiuj formika acido ankaŭ estas promesplena kandidato (21, 23). Multe da atento estis fokusita al la nutraĵsekurecaj aspektoj de formika acido, precipe la redukto de la incidenco de nutraĵdevenaj patogenoj en brutara furaĝo. Tamen, aliaj eblaj uzoj ankaŭ estas konsiderataj. La ĝenerala celo de ĉi tiu recenzo estas ekzameni la historion kaj nunan staton de formika acido kiel brutara furaĝa plibonigilo (Figuro 1). En ĉi tiu studo, ni ekzamenos la antibakterian mekanismon de formika acido. Krome, ni pli detale rigardos ĝiajn efikojn sur brutaro kaj kokaĵo kaj diskutos eblajn metodojn por plibonigi ĝian efikecon.
Fig. 1. Mensmapo de la temoj traktitaj en ĉi tiu recenzo. Aparte, la jenaj ĝeneralaj celoj estis fokusitaj: priskribi la historion kaj nunan staton de formika acido kiel plibonigilo de brutara furaĝo, la antimikrobajn mekanismojn de formika acido kaj la efikon de ĝia uzo sur la sano de bestoj kaj kokoj, kaj eblajn metodojn por plibonigi efikecon.
La produktado de furaĝo por brutaro kaj kokaĵo estas kompleksa operacio, kiu implikas plurajn paŝojn, inkluzive de fizika prilaborado de greno (ekz., muelado por redukti la grandecon de la partikloj), termika prilaborado por peletigado, kaj la aldono de pluraj nutraĵoj al la dieto depende de la specifaj nutraj bezonoj de la besto (27). Konsiderante ĉi tiun kompleksecon, ne estas surprize, ke furaĝo-prilaborado eksponas grenon al diversaj mediaj faktoroj antaŭ ol ĝi atingas la furaĝmuelejon, dum muelado, kaj poste dum transportado kaj manĝigo en kunmetitaj furaĝaj porcioj (9, 21, 28). Tiel, tra la jaroj, tre diversa grupo de mikroorganismoj estis identigita en furaĝo, inkluzive de ne nur bakterioj, sed ankaŭ bakteriofagoj, fungoj kaj gistoj (9, 21, 28–31). Kelkaj el ĉi tiuj poluaĵoj, kiel ekzemple certaj fungoj, povas produkti mikotoksinojn, kiuj prezentas sanriskojn por bestoj (32–35).
Bakteriaj populacioj povas esti relative diversaj kaj dependi iagrade de la respektivaj metodoj uzataj por izolado kaj identigo de mikroorganismoj same kiel la fonto de la specimeno. Ekzemple, la mikroba konsistoprofilo povas diferenci antaŭ varmotraktado asociita kun peletigado (36). Kvankam klasikaj kultivmetodoj kaj plattegaĵaj metodoj provizis iujn informojn, la lastatempa apliko de la 16S rRNA gen-bazita venontgeneracia sekvencado (NGS) metodo provizis pli ampleksan takson de la furaĝa mikrobioma komunumo (9). Kiam Solanki et al. (37) ekzamenis la bakterian mikrobiomon de tritikaj grenoj stokitaj dum periodo en la ĉeesto de fosfino, insektokontrola fumigilo, ili trovis, ke la mikrobiomo estis pli diversa post rikolto kaj post 3 monatoj da stokado. Krome, Solanki et al. (37) (37) montris, ke Proteobacteria, Firmicutes, Actinobacteria, Bacteroidetes, kaj Planctomyces estis la dominaj filumoj en tritikaj grenoj, Bacillus, Erwinia, kaj Pseudomonas estis la dominaj genroj, kaj Enterobacteriaceae konsistigis malgrandan proporcion. Surbaze de taksonomiaj komparoj, ili konkludis, ke fosfina fumigado signife ŝanĝis bakteriajn populaciojn sed ne influis fungan diversecon.
Solanki kaj aliaj (37) montris, ke furaĝfontoj ankaŭ povas enhavi nutraĵdevenajn patogenojn, kiuj povas kaŭzi publikajn sanproblemojn, bazite sur la detekto de Enterobacteriaceae en la mikrobiomo. Nutraĵdevenaj patogenoj kiel Clostridium perfringens, Clostridium botulinum, Salmonella, Campylobacter, Escherichia coli O157:H7, kaj Listeria monocytogenes estis asociitaj kun besta furaĝo kaj insilaĵo (9, 31, 38). La persisto de aliaj nutraĵdevenaj patogenoj en besta kaj kokaĵa furaĝo estas nuntempe nekonata. Ge kaj aliaj (39) ekzamenis pli ol 200 bestan furaĝingrediencojn kaj izolis Salmonella, E. coli, kaj Enterococci, sed ne detektis E. coli O157:H7 aŭ Campylobacter. Tamen, matricoj kiel seka furaĝo povas servi kiel fonto de patogena E. coli. Spurante la fonton de epidemio en 2016 de Shiga-toksino-produktanta Escherichia coli (STEC) serogrupoj O121 kaj O26 asociitaj kun homa malsano, Crowe et al. (40) uzis tut-genoman sekvencadon por kompari klinikajn izolitaĵojn kun izolitaĵoj akiritaj el nutraĵoj. Bazite sur ĉi tiu komparo, ili konkludis, ke la verŝajna fonto estis malalt-humida kruda tritika faruno el grenmuelejoj. La malalta humidenhavo de tritika faruno sugestas, ke STEC ankaŭ povas pluvivi en malalt-humida bestnutraĵo. Tamen, kiel Crowe et al. (40) notas, izolado de STEC el farunaj specimenoj estas malfacila kaj postulas imunomagnetajn apartigmetodojn por reakiri sufiĉan nombron da bakteriaj ĉeloj. Similaj diagnozaj procezoj ankaŭ povas malfaciligi la detekton kaj izoladon de maloftaj nutraĵ-portitaj patogenoj en bestnutraĵo. La malfacileco en detekto ankaŭ povas ŝuldiĝi al la longa persisto de ĉi tiuj patogenoj en malalt-humidaj matricoj. Forghani et al. (41) montris, ke tritika faruno konservita je ĉambra temperaturo kaj inokulita per miksaĵo de enterohemoragiaj Escherichia coli (EHEC) serogrupoj O45, O121, kaj O145 kaj Salmonella (S. Typhimurium, S. Agona, S. Enteritidis, kaj S. Anatum) estis kvantigebla je 84 kaj 112 tagoj kaj ankoraŭ detektebla je 24 kaj 52 semajnoj.
Historie, Campylobacter neniam estis izolita el besta kaj kokaĵa furaĝo per tradiciaj kulturmetodoj (38, 39), kvankam Campylobacter povas esti facile izolita el la gastrointesta vojo de kokaĵo kaj kokaĵaj produktoj (42, 43). Tamen, furaĝo ankoraŭ havas siajn avantaĝojn kiel ebla fonto. Ekzemple, Alves et al. (44) montris, ke inokulado de grasigita kokaĵa furaĝo kun C. jejuni kaj posta stokado de la furaĝo je du malsamaj temperaturoj dum 3 aŭ 5 tagoj rezultigis la reakiron de vivkapabla C. jejuni kaj, en iuj kazoj, eĉ ilian proliferadon. Ili konkludis, ke C. jejuni certe povas pluvivi en kokaĵa furaĝo kaj, tial, povas esti ebla fonto de infekto por kokoj.
Poluado de Salmonella en bestaj kaj kokaĵaj furaĝoj ricevis multan atenton en la pasinteco kaj restas fokuso de daŭraj klopodoj por disvolvi detektajn metodojn specife aplikeblajn al furaĝoj kaj por trovi pli efikajn kontrolrimedojn (12, 26, 30, 45–53). Tra la jaroj, multaj studoj ekzamenis la izoladon kaj karakterizadon de Salmonella en diversaj furaĝejaj establaĵoj kaj furaĝejaj muelejoj (38, 39, 54–61). Ĝenerale, ĉi tiuj studoj indikas, ke Salmonella povas esti izolita el diversaj furaĝingrediencoj, furaĝinfontoj, furaĝinspecoj kaj furaĝinproduktadoperacioj. La tropezoprocentoj kaj superregaj Salmonella serotipoj izolitaj ankaŭ variis. Ekzemple, Li et al. (57) konfirmis la ĉeeston de Salmonella spp. Ĝi estis detektita en 12.5% ​​el 2058 specimenoj kolektitaj el kompletaj bestaj furaĝoj, furaĝingrediencoj, bestomanĝaĵoj, bestomanĝaĵoj kaj bestoaldonaĵoj dum la datenkolekta periodo de 2002 ĝis 2009. Krome, la plej oftaj serotipoj detektitaj en la 12.5% ​​de Salmonella specimenoj kiuj testis pozitive estis S. Senftenberg kaj S. Montevideo (57). En studo pri manĝpretaj manĝaĵoj kaj kromproduktoj de bestnutraĵoj en Teksaso, Hsieh et al. (58) raportis, ke la plej alta tropezo de Salmonella estis en fiŝfaruno, sekvata de bestaj proteinoj, kun S. Mbanka kaj S. Montevideo kiel la plej oftaj serotipoj. Furaĝmuelejoj ankaŭ prezentas plurajn eblajn punktojn de furaĝpoluado dum miksado kaj aldonado de ingrediencoj (9, 56, 61). Magossi et al. (61) povis montri, ke pluraj punktoj de poluado povas okazi dum furaĝproduktado en Usono. Fakte, Magossi et al. (61) trovis almenaŭ unu pozitivan Salmonella kulturon en 11 furaĝmuelejoj (12 specimenlokoj entute) en ok ŝtatoj en Usono. Konsiderante la eblon de Salmonella poluado dum furaĝmanipulado, transportado kaj ĉiutaga nutrado, ne estas surprize, ke signifaj klopodoj estas farataj por evoluigi furaĝaldonaĵojn, kiuj povas redukti kaj konservi malaltajn nivelojn de mikroba poluado dum la tuta besta produktadciklo.
Malmulto estas konata pri la mekanismo de la specifa respondo de Salmonella al formika acido. Tamen, Huang et al. (62) indikis, ke formika acido ĉeestas en la maldika intesto de mamuloj kaj ke Salmonella spp. kapablas produkti formikan acidon. Huang et al. (62) uzis serion de forigaj mutacioj de ŝlosilaj vojoj por detekti la esprimon de Salmonella virulencaj genoj kaj trovis, ke formiato povas agi kiel difuzebla signalo por indukti Salmonella invadi Hep-2 epiteliajn ĉelojn. Lastatempe, Liu et al. (63) izolis formikatan transportilon, FocA, de Salmonella typhimurium, kiu funkcias kiel specifa formika kanalo je pH 7.0, sed ankaŭ povas funkcii kiel pasiva eksporta kanalo je alta ekstera pH aŭ kiel sekundara aktiva formika/hidrogenjona importkanalo je malalta pH. Tamen, ĉi tiu studo estis farita nur sur unu serotipo de S. Typhimurium. La demando restas, ĉu ĉiuj serotipoj respondas al formika acido per similaj mekanismoj. Ĉi tio restas kritika esplordemando, kiu devus esti traktita en estontaj studoj. Sendepende de la rezultoj, restas prudente uzi plurajn Salmonella-serotipojn aŭ eĉ plurajn trostreĉojn de ĉiu serotipo en ekzamenaj eksperimentoj dum disvolvado de ĝeneralaj rekomendoj por la uzo de acidaj suplementoj por redukti Salmonella-nivelojn en furaĝo. Pli novaj aliroj, kiel ekzemple la uzo de genetika strekkodado por ĉifri trostreĉojn por distingi malsamajn subgrupojn de la sama serotipo (9, 64), ofertas la ŝancon distingi pli subtilajn diferencojn, kiuj povas influi konkludojn kaj interpreton de diferencoj.
La kemia naturo kaj disociiga formo de formiato ankaŭ povas esti gravaj. En serio de studoj, Beyer kaj aliaj (65–67) montris, ke inhibicio de Enterococcus faecium, Campylobacter jejuni, kaj Campylobacter coli estis korelaciita kun la kvanto de disociigita formika acido kaj estis sendependa de pH aŭ nedisociigita formika acido. La kemia formo de formiato, al kiu la bakterioj estas eksponitaj, ankaŭ ŝajnas esti grava. Kovanda kaj aliaj (68) ekzamenis plurajn Gram-negativajn kaj Gram-pozitivajn organismojn kaj komparis la minimumajn inhibiciajn koncentriĝojn (MIC) de natria formiato (500–25 000 mg/L) kaj miksaĵo de natria formiato kaj libera formiato (40/60 m/v; 10–10 000 mg/L). Surbaze de MIC-valoroj, ili trovis, ke natria formiato inhibis nur kontraŭ Campylobacter jejuni, Clostridium perfringens, Streptococcus suis, kaj Streptococcus pneumoniae, sed ne kontraŭ Escherichia coli, Salmonella typhimurium, aŭ Enterococcus faecalis. Kontraste, miksaĵo de natria formiato kaj libera natria formiato inhibis ĉiujn organismojn, kio kondukis la aŭtorojn al la konkludo, ke libera formika acido posedas la plej multajn el la antimikrobaj ecoj. Estus interese ekzameni malsamajn proporciojn de ĉi tiuj du kemiaj formoj por determini ĉu la gamo de MIC-valoroj korelacias kun la nivelo de formika acido ĉeestanta en la miksita formulo kaj la respondo al 100% formika acido.
Gomez-García et al. (69) testis kombinaĵojn de esencaj oleoj kaj organikaj acidoj (kiel ekzemple formika acido) kontraŭ pluraj izolitaĵoj de Escherichia coli, Salmonella, kaj Clostridium perfringens akiritaj de porkoj. Ili testis la efikecon de ses organikaj acidoj, inkluzive de formika acido, kaj ses esencaj oleoj kontraŭ la porkaj izolitaĵoj, uzante formaldehidon kiel pozitivan kontrolon. Gomez-García et al. (69) determinis la MIC50, MBC50, kaj MIC50/MBC50 de formika acido kontraŭ Escherichia coli (600 kaj 2400 ppm, 4), Salmonella (600 kaj 2400 ppm, 4), kaj Clostridium perfringens (1200 kaj 2400 ppm, 2), inter kiuj formika acido montriĝis pli efika ol ĉiuj organikaj acidoj kontraŭ E. coli kaj Salmonella. (69) Formika acido estas efika kontraŭ Escherichia coli kaj Salmonella pro sia malgranda molekula grandeco kaj longa ĉeno (70).
Beyer kaj aliaj ekzamenis Campylobacter-trostreĉojn izolitajn de porkoj (66) kaj Campylobacter jejuni-trostreĉojn izolitajn de kokaĵo (67) kaj montris, ke formika acido disiĝas je koncentriĝoj kongruaj kun MIC-respondoj mezuritaj por aliaj organikaj acidoj. Tamen, la relativaj potencoj de ĉi tiuj acidoj, inkluzive de formika acido, estis pridubitaj ĉar Campylobacter povas uzi ĉi tiujn acidojn kiel substratojn (66, 67). La acida utiligo de C. jejuni ne estas surpriza, ĉar ĝi montriĝis havi ne-glikolizan metabolon. Tiel, C. jejuni havas limigitan kapaciton por karbonhidrata katabolo kaj dependas de glukoneogenezo el aminoacidoj kaj organikaj acidoj por plejparto de sia energi-metabolo kaj biosinteza agado (71, 72). Frua studo de Line kaj aliaj (73) uzis fenotipan aron enhavantan 190 karbonajn fontojn kaj montris, ke C. jejuni 11168(GS) povas uzi organikajn acidojn kiel karbonajn fontojn, el kiuj plejparto estas intermediatoj de la trikarboksila acida ciklo. Pliaj studoj de Wagli kaj aliaj. (74) uzante fenotipan karbonan utiligsistemon montris, ke la C. jejuni kaj E. coli trostreĉoj ekzamenitaj en ilia studo kapablas kreski sur organikaj acidoj kiel karbonfonto. Formato estas la ĉefa elektrondonanto por la spira energimetabolo de C. jejuni kaj, tial, la ĉefa energifonto por C. jejuni (71, 75). C. jejuni kapablas uzi formaton kiel hidrogendonanton per membran-ligita format-dehidrogenaza komplekso, kiu oksidigas formaton al karbondioksido, protonoj kaj elektronoj kaj servas kiel elektrondonanto por spirado (72).
Formika acido havas longan historion de uzo kiel antimikroba furaĝplibonigilo, sed iuj insektoj ankaŭ povas produkti formikan acidon por uzo kiel antimikroba defenda kemiaĵo. Rossini et al. (76) sugestis, ke formika acido povus esti konsistigaĵo de la acida suko de formikoj priskribita de Ray (77) antaŭ preskaŭ 350 jaroj. De tiam, nia kompreno pri formika acida produktado en formikoj kaj aliaj insektoj konsiderinde pliiĝis, kaj nun oni scias, ke ĉi tiu procezo estas parto de kompleksa toksina defenda sistemo en insektoj (78). Diversaj grupoj de insektoj, inkluzive de senpikaj abeloj, pintaj formikoj (Himenoptera: Apidae), harbaloj (Galerita lecontei kaj G. janus), senpikaj formikoj (Formicinae), kaj iuj tineaj larvoj (Lepidoptera: Myrmecophaga), estas konataj pro produktado de formika acido kiel defenda kemiaĵo (76, 78–82).
Formikoj estas eble la plej bone karakterizitaj ĉar ili havas acidocitojn, specialigitajn malfermaĵojn kiuj permesas al ili ŝpruci venenon konsistantan ĉefe el formika acido (82). La formikoj uzas serinon kiel antaŭulon kaj stokas grandajn kvantojn da formiato en siaj venenglandoj, kiuj estas sufiĉe izolitaj por protekti gastigantajn formikojn de la citotokseco de formiato ĝis ĝi estas ŝprucita (78, 83). La formika acido, kiun ili sekrecias, povas (1) servi kiel alarmferomono por allogi aliajn formikojn; (2) esti defenda kemiaĵo kontraŭ konkurantoj kaj predantoj; kaj (3) agi kiel kontraŭfunga kaj kontraŭbakteria agento kiam kombinite kun rezino kiel parto de la nestmaterialo (78, 82, 84–88). Formika acido produktita de formikoj havas antimikrobajn ecojn, sugestante ke ĝi povus esti uzata kiel topika aldonaĵo. Ĉi tion montris Bruch et al. (88), kiuj aldonis sintezan formikan acidon al la rezino kaj signife plibonigis la kontraŭfungan agadon. Plia pruvo pri la efikeco de formika acido kaj ĝia biologia utileco estas, ke gigantaj mirmekofagoj, kiuj ne kapablas produkti stomakan acidon, konsumas formikojn enhavantajn formikan acidon por havigi al si koncentritan formikan acidon kiel alternativan digestigan acidon (89).
La praktika uzo de formika acido en agrikulturo estas konsiderata kaj studata dum multaj jaroj. Aparte, formika acido povas esti uzata kiel aldonaĵo al besta furaĝo kaj insilaĵo. Natria formiato en kaj solida kaj likva formo estas konsiderata sekura por ĉiuj bestospecioj, konsumantoj kaj la medio (90). Surbaze de ilia takso (90), maksimuma koncentriĝo de 10 000 mg da formikacidaj ekvivalentoj/kg da furaĝo estis konsiderata sekura por ĉiuj bestospecioj, dum maksimuma koncentriĝo de 12 000 mg da formikacidaj ekvivalentoj/kg da furaĝo estis konsiderata sekura por porkoj. La uzo de formika acido kiel besta furaĝplibonigilo estas studata dum multaj jaroj. Ĝi estas konsiderata havi komercan valoron kiel insilaĵa konservilo kaj antimikroba agento en besta kaj kokaĵa furaĝo.
Kemiaj aldonaĵoj kiel acidoj ĉiam estis integra elemento en insilaĵproduktado kaj furaĝadministrado (91, 92). Borreani et al. (91) rimarkigis, ke por atingi optimuman produktadon de altkvalita insilaĵo necesas konservi la furaĝkvaliton, samtempe retenante kiel eble plej multe da seka substanco. La rezulto de tia optimumigo estas la minimumigo de perdoj en ĉiuj stadioj de la ensiligado: de la komencaj aerobaj kondiĉoj en la silo ĝis posta fermentado, stokado kaj remalfermo de la silo por nutrado. Specifaj metodoj por optimumigi kampa insilaĵproduktadon kaj postan insilaĵfermentadon estis detale diskutitaj aliloke (91, 93-95) kaj ne estos detale diskutitaj ĉi tie. La ĉefa problemo estas oksidativa difektiĝo kaŭzita de gistoj kaj ŝimoj kiam oksigeno ĉeestas en la insilaĵo (91, 92). Tial, biologiaj inokulaĵoj kaj kemiaj aldonaĵoj estis enkondukitaj por kontraŭagi la malfavorajn efikojn de putriĝo (91, 92). Aliaj konsideroj por insilaĵaj aldonaĵoj inkluzivas limigi la disvastiĝon de patogenoj, kiuj povas ĉeesti en insilaĵo (ekz., patogena E. coli, Listeria kaj Salmonella) same kiel mikotoksin-produktantaj fungoj (96–98).
Mack kaj aliaj (92) dividis acidajn aldonaĵojn en du kategoriojn. Acidoj kiel propiona, acetata, sorbata kaj benzoata acidoj konservas la aeroban stabilecon de insilaĵo kiam nutrataj al remaĉuloj per limigo de la kresko de gistoj kaj ŝimoj (92). Mack kaj aliaj (92) apartigis formikan acidon de aliaj acidoj kaj konsideris ĝin rekta acidigilo, kiu inhibicias klostridiojn kaj putriĝajn mikroorganismojn, samtempe konservante la integrecon de la insilaĵa proteino. En praktiko, iliaj salformoj estas la plej oftaj kemiaj formoj por eviti la korodajn ecojn de la acidoj en la ne-sala formo (91). Multaj esplorgrupoj ankaŭ studis formikan acidon kiel acidan aldonaĵon por insilaĵo. Formika acido estas konata pro sia rapida acidiga potencialo kaj sia inhibicia efiko sur la kresko de malutilaj insilaĵaj mikroorganismoj, kiuj reduktas la proteinan kaj akvosolveblan karbonhidratan enhavon de insilaĵo (99). Tial, He kaj aliaj (92) komparis formikan acidon kun acidaj aldonaĵoj en insilaĵo. (100) montris, ke formika acido povus inhibicii Escherichia coli kaj malaltigi la pH de insilaĵo. Bakteriaj kulturoj produktantaj formikan kaj laktan acidon ankaŭ estis aldonitaj al insilaĵo por stimuli acidiĝon kaj produktadon de organika acido (101). Fakte, Cooley et al. (101) trovis, ke kiam insilaĵo estis acidigita per 3% (p/v) formika acido, la produktado de laktaj kaj formikaj acidoj superis 800 kaj 1000 mg da organika acido/100 g specimeno, respektive. Mack et al. (92) detale reviziis la esploran literaturon pri insilaĵaj aldonaĵoj, inkluzive de studoj publikigitaj ekde 2000, kiuj fokusiĝis al kaj/aŭ inkluzivis formikan acidon kaj aliajn acidojn. Tial, ĉi tiu recenzo ne diskutos individuajn studojn detale, sed simple resumos kelkajn ŝlosilajn punktojn koncerne la efikecon de formika acido kiel kemia insilaĵa aldonaĵo. Kaj nebufrita kaj bufrita formika acido estis studitaj kaj en la plej multaj kazoj Clostridium spp. Ĝiaj relativaj aktivecoj (karbonhidrata, proteino kaj laktata sorbado kaj butirata ekskrecio) emas malpliiĝi, dum amoniaka kaj butirata produktado malpliiĝas kaj seka substanca reteno pliiĝas (92). Ekzistas limigoj al la efikeco de formika acido, sed ĝia uzo kiel insilaĵaldonaĵo en kombinaĵo kun aliaj acidoj ŝajnas superi kelkajn el ĉi tiuj problemoj (92).
Formika acido povas inhibicii patogenajn bakteriojn, kiuj prezentas riskon por homa sano. Ekzemple, Pauly kaj Tam (102) inokulis malgrandajn laboratoriajn silojn per L. monocytogenes enhavantaj tri malsamajn nivelojn de seka substanco (200, 430 kaj 540 g/kg) de loliumo kaj poste kompletigis ilin per formika acido (3 ml/kg) aŭ laktacidaj bakterioj (8 × 105/g) kaj celulolizaj enzimoj. Ili raportis, ke ambaŭ traktadoj reduktis L. monocytogenes al nedetekteblaj niveloj en la malalta insilaĵo kun seka substanco (200 g/kg). Tamen, en la meza insilaĵo kun seka substanco (430 g/kg), L. monocytogenes ankoraŭ estis detektebla post 30 tagoj en la per formika acido traktita insilaĵo. La redukto de L. monocytogenes ŝajnis esti asociita kun pli malalta pH, lakta acido kaj kombinitaj nedisociitaj acidoj. Ekzemple, Pauly kaj Tam (102) rimarkis, ke lakta acido kaj kombinitaj nedisociitaj acidaj niveloj estis aparte gravaj, kio eble estas la kialo, kial neniu redukto de L. monocytogenes estis observita en formikacido-traktitaj medioj el insilaĵoj kun pli altaj sekaj substancaj enhavoj. Similaj studoj devus esti faritaj estontece por aliaj komunaj insilaĵaj patogenoj kiel Salmonella kaj patogena E. coli. Pli ampleksa 16S rDNA-sekvencanalizo de la tuta insilaĵa mikroba komunumo ankaŭ povus helpi identigi ŝanĝojn en la ĝenerala insilaĵa mikroba populacio, kiuj okazas en malsamaj stadioj de insilaĵfermentado en la ĉeesto de formikacido (103). Akiro de mikrobiomaj datumoj povus provizi analizan subtenon por pli bone antaŭdiri la progreson de insilaĵfermentado kaj por evoluigi optimumajn aldonaĵajn kombinaĵojn por konservi altan insilaĵkvaliton.
En greno-bazitaj bestomanĝaĵoj, formika acido estas uzata kiel antimikroba agento por limigi patogenajn nivelojn en diversaj greno-derivitaj furaĝmatricoj same kiel certaj furaĝingrediencoj kiel ekzemple bestaj kromproduktoj. La efikoj sur patogenaj populacioj en kokaĵo kaj aliaj bestoj povas esti larĝe dividitaj en du kategoriojn: rektaj efikoj sur la patogena populacio de la furaĝo mem kaj nerektaj efikoj sur patogenoj, kiuj koloniigas la gastrointestan vojon de bestoj post konsumado de la traktita furaĝo (20, 21, 104). Klare, ĉi tiuj du kategorioj estas interrilataj, ĉar redukto de patogenoj en la furaĝo devus rezultigi redukton de koloniigo kiam la besto konsumas la furaĝon. Tamen, la antimikrobaj ecoj de specifa acido aldonita al furaĝmatrico povas esti influitaj de pluraj faktoroj, kiel ekzemple la konsisto de la furaĝo kaj la formo en kiu la acido estas aldonita (21, 105).
Historie, la uzo de formika acido kaj aliaj rilataj acidoj ĉefe fokusiĝis al la rekta kontrolo de Salmonella en besta kaj kokaĵa furaĝo (21). La rezultoj de ĉi tiuj studoj estis detale resumitaj en pluraj recenzoj publikigitaj en malsamaj tempoj (18, 21, 26, 47, 104–106), do nur kelkaj el la ŝlosilaj trovoj de ĉi tiuj studoj estas diskutitaj en ĉi tiu recenzo. Pluraj studoj montris, ke la antimikroba aktiveco de formika acido en furaĝmatricoj dependas de la dozo kaj tempo de eksponiĝo al formika acido, la humidenhavo de la furaĝmatrico, kaj la bakteria koncentriĝo en la furaĝo kaj la gastrointesta vojo de la besto (19, 21, 107–109). La tipo de furaĝmatrico kaj la fonto de bestaj furaĝingrediencoj ankaŭ estas influaj faktoroj. Tiel, kelkaj studoj montris, ke la niveloj de Salmonella en bakteriaj toksinoj izolitaj el bestaj kromproduktoj povas diferenci de tiuj izolitaj el plantaj kromproduktoj (39, 45, 58, 59, 110–112). Tamen, diferencoj en respondo al acidoj kiel formika acido povas esti rilataj al diferencoj en la postvivado de serovaroj en la dieto kaj la temperaturo, je kiu la dieto estas prilaborita (19, 113, 114). Diferencoj en la respondo de serovaroj al acida traktado ankaŭ povas esti faktoro en poluado de kokaĵo per poluita furaĝo (113, 115), kaj diferencoj en virulenca gena esprimo (116) ankaŭ povas ludi rolon. Diferencoj en acida toleremo siavice povas influi la detekton de Salmonella en kulturmedioj, se furaĝ-portataj acidoj ne estas adekvate bufritaj (21, 105, 117–122). La fizika formo de la dieto (laŭ partikla grandeco) ankaŭ povas influi la relativan haveblecon de formika acido en la gastrointesta vojo (123).
Strategioj por optimumigi la antimikroban agadon de formika acido aldonita al furaĝo ankaŭ estas kritikaj. Pli altaj koncentriĝoj de la acido estis sugestitaj por alt-poluaj furaĝingrediencoj antaŭ furaĝmiksado por minimumigi eblan damaĝon al furaĝmueleja ekipaĵo kaj problemojn kun la palatebleco de besta furaĝo (105). Jones (51) konkludis, ke Salmonella ĉeestanta en furaĝo antaŭ kemia purigado estas pli malfacile kontrolebla ol Salmonella en kontakto kun furaĝo post kemia traktado. Termika traktado de furaĝo dum prilaborado ĉe la furaĝmuelejo estis sugestita kiel interveno por limigi la poluadon de furaĝo per Salmonella, sed tio dependas de la furaĝa konsisto, partikla grandeco kaj aliaj faktoroj asociitaj kun la muelado (51). La antimikroba agado de acidoj ankaŭ dependas de temperaturo, kaj levitaj temperaturoj en la ĉeesto de organikaj acidoj povas havi sinergian inhibician efikon sur Salmonella, kiel observite en likvaj kulturoj de Salmonella (124, 125). Pluraj studoj pri Salmonella-poluitaj furaĝoj subtenas la ideon, ke levitaj temperaturoj pliigas la efikecon de acidoj en la furaĝmatrico (106, 113, 126). Amado et al. (127) uzis centran kompozitan dezajnon por studi la interagadon de temperaturo kaj acido (formika aŭ lakta acido) en 10 trostreĉoj de Salmonella enterica kaj Escherichia coli izolitaj el diversaj brutaraj furaĝoj kaj inokulitaj en acidigitajn brutarajn buletojn. Ili konkludis, ke varmo estis la domina faktoro influanta mikroban redukton, kune kun acido kaj la tipo de bakteria izolitaĵo. La sinergia efiko kun acido ankoraŭ superregas, do pli malaltaj temperaturoj kaj acidaj koncentriĝoj povas esti uzataj. Tamen, ili ankaŭ rimarkis, ke sinergiaj efikoj ne ĉiam estis observitaj kiam formika acido estis uzata, kio igis ilin suspekti, ke volatiligo de formika acido je pli altaj temperaturoj aŭ bufraj efikoj de furaĝmatricaj komponantoj estis faktoro.
Limigi la daŭron de konservebleco de furaĝo antaŭ ol ĝi manĝigas bestojn estas unu maniero kontroli la enkondukon de nutraĵ-portitaj patogenoj en la korpon de la besto dum manĝigo. Tamen, post kiam la acido en la furaĝo eniris la gastrointestan vojon, ĝi povas daŭre montri sian antimikroban agadon. La antimikroba agado de eksogene administritaj acidaj substancoj en la gastrointestan vojon povas dependi de diversaj faktoroj, inkluzive de la koncentriĝo de stomaka acido, la aktiva loko de la gastrointesta vojo, la pH kaj oksigenenhavo de la gastrointesta vojo, la aĝo de la besto, kaj la relativa konsisto de la gastrointesta mikroba populacio (kiu dependas de la loko de la gastrointesta vojo kaj la matureco de la besto) (21, 24, 128–132). Krome, la loĝanta populacio de malaerobaj mikroorganismoj en la gastrointesta vojo (kiu fariĝas domina en la malsupra digesta vojo de monogastraj bestoj dum ili maturiĝas) aktive produktas organikajn acidojn per fermentado, kiu siavice povas ankaŭ havi antagonisman efikon al pasemaj patogenoj enirantaj la gastrointestan vojon (17, 19–21).
Granda parto de la fruaj esploroj fokusiĝis al la uzo de organikaj acidoj, inkluzive de formiato, por limigi Salmonella en la gastrointesta vojo de kokaĵo, kio estis detale diskutita en pluraj recenzoj (12, 20, 21). Kiam ĉi tiuj studoj estas konsiderataj kune, pluraj ŝlosilaj observoj povas esti faritaj. McHan kaj Shotts (133) raportis, ke la nutrado de formika kaj propionata acido reduktis la nivelojn de Salmonella Typhimurium en la cekumo de kokoj inokulitaj per la bakterioj kaj kvantigis ilin je 7, 14 kaj 21 tagoj de aĝo. Tamen, kiam Hume et al. (128) monitoris C-14-markitan propionaton, ili konkludis, ke tre malmulte da propionato en la dieto povas atingi la cekumon. Restas determini, ĉu tio ankaŭ veras por formika acido. Tamen, lastatempe Bourassa et al. (134) raportis, ke la nutrado de formika kaj propiona acido reduktis la nivelojn de Salmonella Typhimurium en la cekumo de kokoj inokulitaj per la bakterioj, kiuj estis kvantigitaj je 7, 14 kaj 21 tagoj de aĝo. (132) notis, ke la nutrado de formika acido je 4 g/t al buĉkokidoj dum la 6-semajna kreskoperiodo reduktis la koncentriĝon de S. Typhimurium en la cekumo sub la detektnivelo.
La ĉeesto de formika acido en la dieto povas havi efikojn sur aliaj partoj de la gastrintesto de kokaĵo. Al-Tarazi kaj Alshavabkeh (134) montris, ke miksaĵo de formika acido kaj propiona acido povus redukti poluadon de Salmonella pullorum (S. PRlorum) en la kropo kaj cekumo. Thompson kaj Hinton (129) observis, ke komerce havebla miksaĵo de formika acido kaj propiona acido pliigis la koncentriĝon de ambaŭ acidoj en la kropo kaj maĉstomako kaj estis baktericida kontraŭ Salmonella Enteritidis PT4 en in vitro modelo sub reprezentaj bredkondiĉoj. Ĉi tiun ideon subtenas in vivo datumoj de Bird et al. (135) kiuj aldonis formikan acidon al la trinkakvo de buĉkokidoj dum simulita fasta periodo antaŭ sendo, simile al la fastado, kiun buĉkokidoj spertas antaŭ transporto al kokaĵpretiga fabriko. Aldono de formika acido al la trinkakvo rezultigis redukton de la nombro de S. Typhimurium en la kropo kaj epididimo, kaj redukton de la ofteco de S. Typhimurium-pozitivaj kropoj, sed ne de la nombro de pozitiva epididimo (135). Evoluigo de liversistemoj, kiuj povas protekti organikajn acidojn dum ili estas aktivaj en la malsupra gastrointesta vojo, povas helpi plibonigi la efikecon. Ekzemple, mikroenkapsuligo de formika acido kaj ĝia aldono al la furaĝo montriĝis redukti la nombron de Salmonella Enteritidis en la cekuma enhavo (136). Tamen, tio povas varii depende de la bestospecio. Ekzemple, Walia et al. (137) ne observis redukton de Salmonella en la cekumo aŭ limfganglioj de 28-tagaj porkoj nutritaj per miksaĵo de formika acido, citrata acido kaj esencaj olekapsuloj, kaj kvankam Salmonella sekrecio en fekaĵoj estis reduktita je la 14-a tago, ĝi ne estis reduktita je la 28-a tago. Ili montris, ke horizontala transdono de Salmonella inter porkoj estis malhelpita.
Kvankam studoj pri formika acido kiel antimikroba agento en bredado ĉefe fokusiĝis al nutraĵ-portitaj Salmonella, ekzistas ankaŭ kelkaj studoj celantaj aliajn gastrointestinajn patogenojn. In vitro studoj de Kovanda et al. (68) sugestas, ke formika acido ankaŭ povus esti efika kontraŭ aliaj gastrointestinaj nutraĵ-portitaj patogenoj, inkluzive de Escherichia coli kaj Campylobacter jejuni. Pli fruaj studoj montris, ke organikaj acidoj (ekz., lakta acido) kaj komercaj miksaĵoj enhavantaj formikan acidon kiel ingrediencon povas redukti la nivelojn de Campylobacter en kokaĵo (135, 138). Tamen, kiel antaŭe notis Beyer et al. (67), la uzo de formika acido kiel antimikroba agento kontraŭ Campylobacter povus postuli singardemon. Ĉi tiu trovo estas precipe problema por dieta suplementado en kokaĵo, ĉar formika acido estas la ĉefa spirada energifonto por C. jejuni. Krome, oni supozas, ke parto de ĝia gastrointestina niĉo ŝuldiĝas al metabola kruc-nutrado kun miksitaj acidaj fermentaj produktoj produktitaj de gastrointestinaj bakterioj, kiel ekzemple formiato (139). Ĉi tiu vidpunkto havas iom da bazo. Ĉar formato estas kemoalloga substanco por C. jejuni, duoblaj mutantoj kun difektoj kaj en formatodehidrogenazo kaj en hidrogenazo havas reduktitajn indicojn de cekuma koloniigo en buĉkokidoj kompare kun sovaĝtipaj C. jejuni-trostreĉoj (140, 141). Ankoraŭ ne estas klare, kiomgrade ekstera suplemento kun formikacido influas la koloniigon de la gastrointesta vojo fare de C. jejuni en kokoj. Faktaj gastrointestaj formato-koncentriĝoj povas esti pli malaltaj pro formato-katabolo fare de aliaj gastrointestaj bakterioj aŭ formato-sorbado en la supra gastrointesta vojo, do pluraj variabloj povas influi tion. Krome, formato estas ebla fermentada produkto produktita de iuj gastrointestaj bakterioj, kiu povas influi la totalajn gastrointestajn formato-nivelojn. Kvantigado de formato en gastrointesta enhavo kaj identigo de formato-dehidrogenazaj genoj uzante metagenomikon povas klarigi iujn aspektojn de la ekologio de formato-produktantaj mikroorganismoj.
Roth kaj aliaj (142) komparis la efikojn de nutrado de buĉkokidoj per la antibiotiko enrofloksacino aŭ miksaĵo de formika, acetata kaj propiona acidoj sur la tropezo de antibiotik-rezistema Escherichia coli. Totalaj kaj antibiotik-rezistemaj E. coli-izolataĵoj estis kalkulitaj en kunigitaj fekaĵaj specimenoj de 1-tagaj buĉkokidoj kaj en cekumaj enhavaj specimenoj de 14- kaj 38-tagaj buĉkokidoj. E. coli-izolataĵoj estis testitaj pri rezisto al ampicilino, cefotaksimo, ciprofloksacino, streptomicino, sulfametoksazolo kaj tetraciklino laŭ antaŭe determinitaj limpunktoj por ĉiu antibiotiko. Kiam la respektivaj E. coli-populacioj estis kvantigitaj kaj karakterizitaj, nek enrofloksacino nek la acida koktel-suplementado ŝanĝis la totalan nombron de E. coli izolitaj el la cekumo de 17- kaj 28-tagaj buĉkokidoj. Birdoj manĝigitaj per la dieto kompletigita per enrofloksacino havis pliigitajn nivelojn de ciprofloksacino-, streptomicino-, sulfametoksazol- kaj tetraciklino-rezista E. coli kaj malpliigitajn nivelojn de cefotaksimo-rezista E. coli en la ceko. Birdoj manĝigitaj per la koktelo havis malpliigitan nombron de ampicilino- kaj tetraciklino-rezista E. coli en la ceko kompare kun kontroloj kaj enrofloksacino-suplementitaj birdoj. Birdoj manĝigitaj per la miksita acido ankaŭ havis redukton en la nombro de ciprofloksacino- kaj sulfametoksazol-rezista E. coli en la ceko kompare kun birdoj manĝigitaj per enrofloksacino. La mekanismo per kiu acidoj reduktas la nombron de antibiotik-rezista E. coli sen redukti la tutan nombron de E. coli ankoraŭ estas neklara. Tamen, la rezultoj de la studo de Roth et al. kongruas kun tiuj de la enrofloksacina grupo. (142) Ĉi tio povas esti indiko de reduktita disvastiĝo de antibiotik-rezistaj genoj en E. coli, kiel ekzemple la plasmid-ligitaj inhibiciiloj priskribitaj de Cabezon et al. (143). Estus interese fari pli profundan analizon de plasmid-mediaciita antibiotika rezisto en la gastrointesta populacio de kokaĵo en la ĉeesto de furaĝaldonaĵoj kiel formikacido kaj plue rafini ĉi tiun analizon per taksado de la gastrointesta rezistomo.
La disvolviĝo de optimumaj antimikrobaj furaĝaldonaĵoj kontraŭ patogenoj ideale devus havi minimuman efikon sur la ĝenerala gastrointesta flaŭro, precipe sur tiuj mikrobiotoj konsiderataj utilaj por la gastiganto. Tamen, eksogene administritaj organikaj acidoj povas havi malutilajn efikojn sur la loĝanta gastrointesta mikrobioto kaj iagrade nuligi iliajn protektajn ecojn kontraŭ patogenoj. Ekzemple, Thompson kaj Hinton (129) observis malpliiĝintajn nivelojn de lakta acido en kultivaĵoj en ovkokinoj nutritaj per miksaĵo de formikaj kaj propionaj acidoj, sugestante, ke la ĉeesto de ĉi tiuj eksogenaj organikaj acidoj en la kultivaĵo rezultigis redukton de kultivaĵaj laktobaciloj. Kultivaĵaj laktobaciloj estas konsiderataj baro al Salmonella, kaj tial interrompo de ĉi tiu loĝanta kultivaĵa mikrobioto povas esti malutila por la sukcesa redukto de Salmonella koloniigo de la gastrointesta vojo (144). Açıkgöz et al. trovis, ke la efikoj sur la malsupra gastrointesta vojo de birdoj povas esti pli malaltaj. (145) Neniuj diferencoj estis trovitaj en la totala intesta flaŭro aŭ Escherichia coli-kalkuloj en 42-tagaj buĉkokidoj trinkantaj akvon acidigitan per formika acido. La aŭtoroj sugestis, ke tio povus esti pro tio, ke formiato estas metaboligata en la supra gastrointesta vojo, kiel observis aliaj esploristoj kun eksogene administritaj mallongĉenaj grasacidoj (SCFA) (128, 129).
Protekti formikacidon per iu formo de enkapsuligo povus helpi ĝin atingi la malsupran gastrointestan vojon. (146) rimarkis, ke mikroenkapsuligita formikacido signife pliigis la totalan enhavon de mallongĉenaj grasacidoj (SCFA) en la cekumo de porkoj kompare kun porkoj nutritaj per neprotektita formikacido. Ĉi tiu rezulto igis la aŭtorojn sugesti, ke formikacido povus efike atingi la malsupran gastrointestan vojon se ĝi estas konvene protektita. Tamen, pluraj aliaj parametroj, kiel ekzemple formiato- kaj laktato-koncentriĝoj, kvankam pli altaj ol tiuj en porkoj nutritaj per kontrola dieto, ne estis statistike malsamaj ol tiuj en porkoj nutritaj per neprotektita formiata dieto. Kvankam porkoj nutritaj per kaj neprotektita kaj protektita formikacido montris preskaŭ trioblan pliiĝon de lakta acido, la nombro de laktobaciloj ne estis ŝanĝita de ambaŭ traktadoj. La diferencoj povus esti pli okulfrapaj por aliaj laktaacido-produktantaj mikroorganismoj en la cekumo (1) kiuj ne estas detektitaj per ĉi tiuj metodoj kaj/aŭ (2) kies metabola agado estas trafita, tiel ŝanĝante la fermentadpadronon tiel ke loĝantaj laktobaciloj produktas pli da lakta acido.
Por pli precize studi la efikojn de furaĝaldonaĵoj sur la gastrointestan vojon de farmbestoj, necesas pli alt-rezoluciaj mikrobaj identigmetodoj. En la lastaj jaroj, venontgeneracia sekvencado (NGS) de la 16S RNA-geno estis uzata por identigi mikrobiomajn taksonojn kaj kompari la diversecon de mikrobaj komunumoj (147), kio provizis pli bonan komprenon pri la interagoj inter manĝfuraĝaldonaĵoj kaj la gastrointesta mikrobioto de manĝbestoj kiel ekzemple kokaĵo.
Pluraj studoj uzis mikrobioman sekvencadon por taksi la respondon de la gastrointesta mikrobiomo de kokido al formiata suplementado. Oakley et al. (148) faris studon pri 42-tagaj buĉkokidoj suplementitaj per diversaj kombinaĵoj de formika acido, propiona acido kaj mezĉenaj grasacidoj en ilia trinkakvo aŭ furaĝo. Vakcinitaj kokidoj estis defiitaj per nalidiksa acido-rezistema Salmonella typhimurium trostreĉiĝo kaj iliaj cikukoj estis forigitaj je 0, 7, 21 kaj 42 tagoj de aĝo. Cekukaj specimenoj estis preparitaj por 454 pirosekvencado kaj sekvencaj rezultoj estis taksitaj por klasifiko kaj simileca komparo. Ĝenerale, traktadoj ne signife influis la cekukan mikrobiomon aŭ la nivelojn de S. Typhimurium. Tamen, la ĝeneralaj detektoprocentoj de Salmonella malpliiĝis dum la birdoj maljuniĝis, kiel konfirmite per taksonomia analizo de la mikrobiomo, kaj la relativa abundeco de Salmonella sekvencoj ankaŭ malpliiĝis laŭlonge de la tempo. La aŭtoroj rimarkas, ke dum la buĉkokidoj maljuniĝis, la diverseco de la cekuma mikroba populacio pliiĝis, kun la plej signifaj ŝanĝoj en la gastrointesta flaŭro observitaj tra ĉiuj traktadgrupoj. En lastatempa studo, Hu et al. (149) komparis la efikojn de trinkakvo kaj nutrado per dieto kompletigita per miksaĵo de organikaj acidoj (formika acido, acetata acido, propiona acido kaj amonia formiato) kaj virginiamicino sur cekumaj mikrobiomaj specimenoj de buĉkokidoj kolektitaj en du stadioj (1-21 tagoj kaj 22-42 tagoj). Kvankam iuj diferencoj en cekuma mikrobioma diverseco estis observitaj inter traktadgrupoj je 21 tagoj de aĝo, neniuj diferencoj en α- aŭ β-bakteria diverseco estis detektitaj je 42 tagoj. Konsiderante la mankon de diferencoj je 42 tagoj de aĝo, la aŭtoroj hipotezis, ke la kreska avantaĝo povas ŝuldiĝi al pli frua establado de optimume diversa mikrobiomo.
Analizo de la mikrobiomo, kiu fokusiĝas nur al la cekuma mikroba komunumo, eble ne reflektas, kie en la gastrointesta vojo okazas la plej multaj efikoj de organikaj acidoj en la dieto. La supra mikrobiomo de la gastrointesta vojo de buĉkokidoj povas esti pli sentema al la efikoj de organikaj acidoj en la dieto, kiel sugestas la rezultoj de Hume et al. (128). Hume et al. (128) montris, ke la plej granda parto de la eksogene aldonita propionato estis absorbita en la supra gastrointesta vojo de birdoj. Lastatempaj studoj pri la karakterizado de gastrointestaj mikroorganismoj ankaŭ subtenas ĉi tiun vidpunkton. Nava et al. (150) montris, ke kombinaĵo de miksaĵo de organikaj acidoj [DL-2-hidroksi-4(metiltio)butira acido], formika acido kaj propionata acido (HFP) influis la intestan mikrobioton kaj pliigis la koloniigon de Lactobacillus en la ileo de kokoj. Lastatempe, Goodarzi Borojeni et al. (150) montris, ke kombinaĵo de miksaĵo de organikaj acidoj [DL-2-hidroksi-4(metiltio)butira acido], formika acido, kaj propiona acido (HFP) influis la intestan mikrobioton kaj pliigis Lactobacillus-koloniigon en la ileo de kokoj. (151) studis manĝigi buĉkokidojn per miksaĵo de formika acido kaj propiona acido je du koncentriĝoj (0,75% kaj 1,50%) dum 35 tagoj. Ĉe la fino de la eksperimento, la kropo, stomako, distalaj du trionoj de la ileo, kaj cekumo estis forigitaj kaj specimenoj estis prenitaj por kvanta analizo de specifa gastrointesta flaŭro kaj metabolitoj uzante RT-PCR. En kulturo, la koncentriĝo de organikaj acidoj ne influis la abundon de Lactobacillus aŭ Bifidobacterium, sed pliigis la populacion de Clostridium. En la ileo, la solaj ŝanĝoj estis malpliiĝo de Lactobacillus kaj Enterobacter, dum en la cekumo ĉi tiuj flaŭro restis senŝanĝaj (151). Ĉe la plej alta koncentriĝo de suplemento de organika acido, la totala koncentriĝo de lakta acido (D kaj L) reduktiĝis en la kropo, la koncentriĝo de ambaŭ organikaj acidoj reduktiĝis en la maĉstomako, kaj la koncentriĝo de organikaj acidoj estis pli malalta en la cekumo. Ne estis ŝanĝoj en la ileo. Rilate al mallongĉenaj grasacidoj (SCFA-oj), la sola ŝanĝo en la kropo kaj maĉstomako de birdoj nutritaj per organikaj acidoj estis en la nivelo de propionato. Birdoj nutritaj per la pli malalta koncentriĝo de organika acido montris preskaŭ dekoblan pliiĝon de propionato en la kropo, dum birdoj nutritaj per la du koncentriĝoj de organika acido montris ok- kaj dekkvin-oblan pliiĝon de propionato en la maĉstomako, respektive. La pliiĝo de acetato en la ileo estis malpli ol duobla. Ĝenerale, ĉi tiuj datumoj subtenas la vidpunkton, ke la plej multaj el la efikoj de ekstera apliko de organika acido estis evidentaj en rendimento, dum organikaj acidoj havis minimumajn efikojn sur la malsupra gastrointesta mikroba komunumo, sugestante, ke fermentadaj padronoj de la loĝanta flaŭro de la supra gastrointesta sistemo eble estis ŝanĝitaj.
Klare, pli profunda karakterizado de la mikrobiomo estas necesa por plene klarigi mikrobajn respondojn al formiato tra la tuta gastrointesta vojo. Pli profunda analizo de la mikroba taksonomio de specifaj gastrointestaj sekcioj, precipe supraj sekcioj kiel la kropo, povus provizi pliajn komprenojn pri la selektado de certaj grupoj de mikroorganismoj. Iliaj metabolaj kaj enzimaj aktivecoj ankaŭ povus determini ĉu ili havas antagonisman rilaton kun patogenoj enirantaj la gastrointestan vojon. Ankaŭ estus interese fari metagenomikajn analizojn por determini ĉu eksponiĝo al acidaj kemiaj aldonaĵoj dum la vivo de birdoj selektas pli "acid-toleremajn" loĝantajn bakteriojn, kaj ĉu la ĉeesto kaj/aŭ metabola aktiveco de ĉi tiuj bakterioj reprezentus plian baron al patogena koloniigo.
Formika acido estis uzata dum multaj jaroj kiel kemia aldonaĵo en besta furaĝo kaj kiel insilaĵacidigilo. Unu el ĝiaj ĉefaj uzoj estas ĝia antimikroba ago por limigi la nombron de patogenoj en furaĝo kaj ilian postan koloniigon en la gastrointesta vojo de birdoj. In vitro studoj montris, ke formika acido estas relative efika antimikroba agento kontraŭ Salmonella kaj aliaj patogenoj. Tamen, la uzo de formika acido en furaĝmatricoj povas esti limigita de la alta kvanto de organika materio en furaĝingrediencoj kaj ilia ebla bufra kapablo. Formika acido ŝajnas havi antagonisman efikon sur Salmonella kaj aliaj patogenoj kiam konsumite per furaĝo aŭ trinkakvo. Tamen, ĉi tiu antagonismo okazas ĉefe en la supra gastrointesta vojo, ĉar formikacidaj koncentriĝoj povas esti reduktitaj en la malsupra gastrointesta vojo, kiel estas la kazo kun propiona acido. La koncepto protekti formikan acidon per enkapsuligo ofertas eblan aliron por liveri pli da acido al la malsupra gastrointesta vojo. Krome, studoj montris, ke miksaĵo de organikaj acidoj estas pli efika por plibonigi la rendimenton de kokaĵo ol administrado de ununura acido (152). Kampilobaktroj en la gastrintesto povas respondi malsame al formiato, ĉar ĝi povas uzi formiaton kiel elektrondonanton, kaj formiato estas ĝia ĉefa energifonto. Ne estas klare ĉu pliigi formiatajn koncentriĝojn en la gastrintesto estus utila por Kampilobaktroj, kaj tio eble ne okazos depende de alia gastrintesta flaŭro, kiu povas uzi formiaton kiel substraton.
Pliaj studoj estas necesaj por esplori la efikojn de gastrointesta formika acido sur ne-patogenajn loĝantajn gastrointestajn mikrobojn. Ni preferas selekteme celi patogenojn sen interrompi membrojn de la gastrointesta mikrobiomo, kiuj estas utilaj por la gastiganto. Tamen, tio postulas pli profundan analizon de la mikrobioma sekvenco de ĉi tiuj loĝantaj gastrointestaj mikrobaj komunumoj. Kvankam kelkaj studoj estis publikigitaj pri la cekuma mikrobiomo de birdoj traktitaj per formika acido, pli da atento estas necesa al la supra gastrointesta mikrobia komunumo. Identigo de mikroorganismoj kaj komparo de similecoj inter gastrointestaj mikrobaj komunumoj en la ĉeesto aŭ foresto de formika acido povas esti nekompleta priskribo. Pliaj analizoj, inkluzive de metabolomiko kaj metagenomiko, estas necesaj por karakterizi funkciajn diferencojn inter komponaĵe similaj grupoj. Tia karakterizado estas kritika por establi la rilaton inter la gastrointesta mikrobia komunumo kaj la respondoj de birda agado al formikacidaj plibonigiloj. Kombinante plurajn alirojn por pli precize karakterizi gastrointestan funkcion, oni devus ebligi la disvolvon de pli efikaj strategioj por suplementado de organika acido kaj finfine plibonigi antaŭdirojn pri optimuma birda sano kaj agado, samtempe limigante riskojn pri nutraĵsekureco.
SR verkis ĉi tiun recenzon kun helpo de DD kaj KR. Ĉiuj aŭtoroj faris gravajn kontribuojn al la laboro prezentita en ĉi tiu recenzo.
La aŭtoroj deklaras, ke ĉi tiu recenzo ricevis financadon de Anitox Corporation por iniciati la verkadon kaj publikigon de ĉi tiu recenzo. La financantoj havis nenian influon sur la vidpunktojn kaj konkludojn esprimitajn en ĉi tiu recenzo-artikolo aŭ sur la decidon publikigi ĝin.
La ceteraj aŭtoroj deklaras, ke la esplorado estis farita sen iuj ajn komercaj aŭ financaj rilatoj, kiuj povus esti interpretitaj kiel ebla konflikto de interesoj.
D-ro DD ŝatus danki la subtenon de la Postbakalaŭra Lernejo de la Universitato de Arkansaso per Distingita Instruista Kunlaboro, kaj ankaŭ la daŭran subtenon de la Ĉela kaj Molekula Biologio-Programo de la Universitato de Arkansaso kaj la Fako pri Nutraĵsciencoj. Plie, la aŭtoroj ŝatus danki Anitox pro la komenca subteno en la verkado de ĉi tiu recenzo.
1. Dibner JJ, Richards JD. Uzo de antibiotikaj kreskostimulantoj en agrikulturo: historio kaj mekanismoj de ago. Poultry Science (2005) 84:634–43. doi: 10.1093/ps/84.4.634
2. Jones FT, Rick SC. Historio de antimikroba disvolviĝo kaj gvatado en kokaĵa furaĝo. Poultry Science (2003) 82:613–7. doi: 10.1093/ps/82.4.613
3. Broom LJ. Subinhibicia teorio de antibiotikaj kreskostimulantoj. Poultry Science (2017) 96:3104–5. doi: 10.3382/ps/pex114
4. Sorum H, L'Abe-Lund TM. Antibiotika rezisto ĉe nutraĵ-portitaj bakterioj - konsekvencoj de interrompoj en tutmondaj bakteriaj genetikaj retoj. Internacia Revuo pri Nutraĵa Mikrobiologio (2002) 78:43–56. doi: 10.1016/S0168-1605(02)00241-6
5. Van Immerseel F, Cauwaerts K, Devriese LA, Heesebroek F, Ducatel R. Furaĝaj aldonaĵoj por la kontrolo de Salmonella en furaĝo. Monda Revuo pri Kokoscienco (2002) 58:501–13. doi: 10.1079/WPS20020036
6. Angulo FJ, Baker NL, Olsen SJ, Anderson A, Barrett TJ. Antimikroba uzo en agrikulturo: kontrolado de la transdono de antimikroba rezisto al homoj. Seminarioj pri Pediatriaj Infektaj Malsanoj (2004) 15:78–85. doi: 10.1053/j.spid.2004.01.010
7. Lekshmi M, Ammini P, Kumar S, Varela MF. Nutraĵproduktadaj medioj kaj la evoluo de antimikroba rezisto en besto-derivitaj homaj patogenoj. Mikrobiologio (2017) 5:11. doi: 10.3390/mikroorganismoj5010011
8. Lourenço JM, Seidel DS, Callaway TR. Ĉapitro 9: Antibiotikoj kaj intesta funkcio: historio kaj aktuala stato. En: Ricke SC, red. Plibonigante intestan sanon ĉe kokbredado. Kembriĝo: Burley Dodd (2020). Paĝoj 189–204. DOI: 10.19103/AS2019.0059.10
9. Rick SC. N-ro 8: Nutra Higieno. En: Dewulf J, van Immerzeel F, red. Biosekureco en Besta Produktado kaj Veterinara Medicino. Loveno: ACCO (2017). Paĝoj 144–76.