Šis straipsnis yra tyrimų temos „Antimikrobinių medžiagų naudojimas, atsparumas antimikrobiniams vaistams ir maistinių gyvūnų mikrobioma“ dalis. Peržiūrėti visus 13 straipsnių.
Organinės rūgštys ir toliau yra labai paklausios kaip gyvūnų pašarų priedai. Iki šiol daugiausia dėmesio buvo skiriama maisto saugai, ypač mažinant maiste esančių patogenų paplitimą naminiuose paukščiuose ir kituose gyvūnuose. Šiuo metu tiriamos arba jau komerciškai naudojamos kelios organinės rūgštys. Tarp daugelio organinių rūgščių, kurios buvo plačiai tirtos, skruzdžių rūgštis yra viena iš jų. Skruzdžių rūgštis dedama į paukščių racioną siekiant apriboti salmonelių ir kitų maiste esančių patogenų kiekį pašaruose ir virškinimo trakte po jų suvartojimo. Gerėjant supratimui apie skruzdžių rūgšties veiksmingumą ir poveikį šeimininkui ir maiste esantiems patogenams, tampa aišku, kad skruzdžių rūgšties buvimas gali sukelti specifinius salmonelių dauginimosi kelius. Šis atsakas gali tapti sudėtingesnis, kai skruzdžių rūgštis patenka į virškinimo traktą ir sąveikauja ne tik su jau virškinamajame trakte kolonizuojančiomis salmonelėmis, bet ir su žarnyno mikrobų flora. Apžvalgoje bus nagrinėjami dabartiniai rezultatai ir tolesnių tyrimų apie naminių paukščių ir pašarų, apdorotų skruzdžių rūgštimi, mikrobiomą perspektyvos.
Tiek gyvulininkystės, tiek paukštininkystės sektoriuose iššūkis yra sukurti valdymo strategijas, kurios optimizuotų augimą ir produktyvumą, kartu ribojant maisto saugos riziką. Istoriškai antibiotikų skyrimas subterapinėmis koncentracijomis pagerino gyvūnų sveikatą, gerovę ir produktyvumą (1–3). Veikimo mechanizmo požiūriu buvo teigiama, kad antibiotikai, skiriami subslopinančiomis koncentracijomis, tarpininkauja šeimininko atsakui moduliuodami virškinimo trakto (VT) florą ir, savo ruožtu, jo sąveiką su šeimininku (3). Tačiau nuolatinis susirūpinimas dėl galimo antibiotikams atsparių maistinių patogenų plitimo ir jų galimo ryšio su antibiotikams atspariomis infekcijomis žmonėms lėmė laipsnišką antibiotikų vartojimo nutraukimą maistiniams gyvūnams (4–8). Todėl pašarų priedų ir gerinimo priemonių, kurios atitiktų bent kai kuriuos iš šių reikalavimų (geresnė gyvūnų sveikata, gerovė ir produktyvumas), kūrimas yra labai svarbus tiek akademinių tyrimų, tiek komercinės plėtros požiūriu (5, 9). Į gyvūnų maisto rinką pateko įvairių komercinių pašarų priedų, įskaitant probiotikus, prebiotikus, eterinius aliejus ir susijusius junginius iš įvairių augalinių šaltinių, ir chemines medžiagas, tokias kaip aldehidai (10–14). Kiti komerciniai pašarų priedai, dažniausiai naudojami naminiams paukščiams, yra bakteriofagai, cinko oksidas, egzogeniniai fermentai, konkurencinės išskyrimo produktai ir rūgštiniai junginiai (15, 16).
Tarp esamų cheminių pašarų priedų aldehidai ir organinės rūgštys istoriškai buvo plačiausiai tiriami ir naudojami junginiai (12, 17–21). Organinės rūgštys, ypač trumpos grandinės riebalų rūgštys (SCFA), yra gerai žinomi patogeninių bakterijų antagonistai. Šios organinės rūgštys naudojamos kaip pašarų priedai ne tik siekiant apriboti patogenų buvimą pašarų matricoje, bet ir aktyviai paveikti virškinimo trakto funkciją (17, 20–24). Be to, SCFA gaminamos fermentacijos būdu žarnyno floros virškinamajame trakte ir manoma, kad jos atlieka mechanistinį vaidmenį kai kurių probiotikų ir prebiotikų gebėjime neutralizuoti patogenus, patekusius į virškinimo traktą (21, 23, 25).
Bėgant metams, įvairios trumpos grandinės riebalų rūgštys (SCFA) sulaukė daug dėmesio kaip pašarų priedai. Visų pirma, propionatas, butiratas ir formiatas buvo daugybės tyrimų ir komercinio pritaikymo objektas (17, 20, 21, 23, 24, 26). Nors ankstyvieji tyrimai buvo skirti maiste esančių patogenų kontrolei gyvūnų ir paukščių pašaruose, naujesni tyrimai perkėlė dėmesį į bendrą gyvūnų produktyvumo ir virškinimo trakto sveikatos gerinimą (20, 21, 24). Acetatas, propionatas ir butiratas sulaukė daug dėmesio kaip organinių rūgščių pašarų priedai, tarp kurių skruzdžių rūgštis taip pat yra perspektyvus kandidatas (21, 23). Daug dėmesio buvo skiriama skruzdžių rūgšties maisto saugos aspektams, ypač maiste esančių patogenų paplitimo gyvulių pašaruose mažinimui. Tačiau svarstomi ir kiti galimi panaudojimo būdai. Bendras šios apžvalgos tikslas – išnagrinėti skruzdžių rūgšties, kaip gyvulių pašarų gerinimo priemonės, istoriją ir dabartinę būklę (1 pav.). Šiame tyrime nagrinėsime skruzdžių rūgšties antibakterinį mechanizmą. Be to, atidžiau panagrinėsime jo poveikį gyvuliams ir naminiams paukščiams ir aptarsime galimus jo veiksmingumo gerinimo metodus.
1 pav. Šioje apžvalgoje nagrinėjamų temų minčių žemėlapis. Visų pirma, buvo siekiama šių bendrųjų tikslų: apibūdinti skruzdžių rūgšties, kaip gyvulių pašarų gerinimo priemonės, istoriją ir dabartinę būklę, skruzdžių rūgšties antimikrobinius mechanizmus ir jos naudojimo poveikį gyvūnų ir paukščių sveikatai bei galimus veiksmingumo gerinimo metodus.
Pašarų gyvuliams ir paukščiams gamyba yra sudėtinga operacija, apimanti kelis etapus, įskaitant fizinį grūdų apdorojimą (pvz., malimą siekiant sumažinti dalelių dydį), terminį apdorojimą granuliavimui ir įvairių maistinių medžiagų pridėjimą prie raciono, atsižvelgiant į konkrečius gyvūno mitybos poreikius (27). Atsižvelgiant į šį sudėtingumą, nenuostabu, kad pašarų apdorojimo metu grūdai yra veikiami įvairių aplinkos veiksnių, kol pasiekia pašarų malūną, malimo metu, o vėliau transportavimo ir šėrimo kombinuotaisiais pašarais metu (9, 21, 28). Taigi, per daugelį metų pašaruose buvo nustatyta labai įvairi mikroorganizmų grupė, įskaitant ne tik bakterijas, bet ir bakteriofagus, grybelius bei mieles (9, 21, 28–31). Kai kurie iš šių teršalų, pavyzdžiui, tam tikri grybeliai, gali gaminti mikotoksinus, kurie kelia pavojų gyvūnų sveikatai (32–35).
Bakterijų populiacijos gali būti gana įvairios ir tam tikru mastu priklausyti nuo atitinkamų mikroorganizmų išskyrimo ir identifikavimo metodų, taip pat nuo mėginio šaltinio. Pavyzdžiui, prieš terminį apdorojimą, susijusį su granuliavimu, mikrobų sudėties profilis gali skirtis (36). Nors klasikinės kultūros ir lėkštelių metodo taikymas suteikė tam tikros informacijos, neseniai pritaikytas 16S rRNR genu pagrįstas naujos kartos sekoskaitos (NGS) metodas suteikė išsamesnį pašarinių augalų mikrobiomo bendrijos įvertinimą (9). Kai Solanki ir kt. (37) ištyrė kviečių grūdų, tam tikrą laiką laikytų fosfino, vabzdžius kontroliuojančio fumiganto, akivaizdoje, bakterijų mikrobiomą, jie nustatė, kad mikrobiomas buvo įvairesnis po derliaus nuėmimo ir po 3 mėnesių laikymo. Be to, Solanki ir kt. (37) (37) parodė, kad kviečių grūduose dominuojančios filos buvo proteobakterijos, firmikutės, aktinobakterijos, bakteroidetai ir planktomyces, dominuojančios gentys buvo Bacillus, Erwinia ir Pseudomonas, o enterobakterijos sudarė nedidelę dalį. Remdamiesi taksonominiais palyginimais, jie padarė išvadą, kad fosfino fumigacija reikšmingai pakeitė bakterijų populiacijas, bet neturėjo įtakos grybų įvairovei.
Solanki ir kt. (37) parodė, kad pašarų šaltiniuose taip pat gali būti maiste plintančių patogenų, kurie gali sukelti visuomenės sveikatos problemų, remiantis enterobakterijų aptikimu mikrobiome. Maiste plintantys patogenai, tokie kaip Clostridium perfringens, Clostridium botulinum, Salmonella, Campylobacter, Escherichia coli O157:H7 ir Listeria monocytogenes, buvo siejami su gyvūnų pašarais ir silosu (9, 31, 38). Kitų maiste plintančių patogenų išlikimas gyvūnų ir paukščių pašaruose šiuo metu nežinomas. Ge ir kt. (39) ištyrė daugiau nei 200 gyvūnų pašarų ingredientų ir išskyrė Salmonella, E. coli ir enterokokus, tačiau neaptiko E. coli O157:H7 ar Campylobacter. Tačiau tokios matricos kaip sausi pašarai gali būti patogeninių E. coli šaltinis. Crowe ir kt., ieškodami 2016 m. Shiga toksiną gaminančių Escherichia coli (STEC) serologinių grupių O121 ir O26 protrūkio, susijusio su žmonių ligomis, šaltinio,... (40) naudojo viso genomo sekvenavimą, kad palygintų klinikinius izoliatus su izoliatais, gautais iš maisto produktų. Remdamiesi šiuo palyginimu, jie padarė išvadą, kad tikėtinas šaltinis buvo mažai drėgni žali kvietiniai miltai iš miltų malūnų. Mažas kvietinių miltų drėgmės kiekis rodo, kad STEC taip pat gali išgyventi mažai drėgnuose gyvūnų pašaruose. Tačiau, kaip pažymi Crowe ir kt. (40), STEC išskyrimas iš miltų mėginių yra sudėtingas ir reikalauja imunomagnetinio atskyrimo metodų, kad būtų galima atgauti pakankamą bakterijų ląstelių skaičių. Panašūs diagnostiniai procesai taip pat gali apsunkinti retų maistinių patogenų aptikimą ir išskyrimą gyvūnų pašaruose. Aptikimo sunkumai taip pat gali būti susiję su ilgu šių patogenų išsilaikymu mažai drėgnose matricose. Forghani ir kt. (41) parodė, kad kambario temperatūroje laikomi kvietiniai miltai, inokuliuoti enterohemoraginių Escherichia coli (EHEC) serologinių grupių O45, O121 ir O145 bei Salmonella (S. Typhimurium, S. Agona, S. Enteritidis ir S. Anatum) mišiniu, buvo kiekybiškai nustatomi po 84 ir 112 dienų ir vis dar aptinkami po 24 ir 52 savaičių.
Istoriškai Campylobacter niekada nebuvo išskirta iš gyvūnų ir paukščių pašarų tradiciniais kultivavimo metodais (38, 39), nors Campylobacter galima lengvai išskirti iš naminių paukščių ir paukštienos produktų virškinamojo trakto (42, 43). Tačiau pašarai vis dar turi pranašumų kaip potencialus šaltinis. Pavyzdžiui, Alves ir kt. (44) įrodė, kad C. jejuni inokuliavimas į penimų vištų pašarą ir vėlesnis pašaro laikymas dviejose skirtingose ​​temperatūrose 3 ar 5 dienas lėmė gyvybingų C. jejuni atsigavimą, o kai kuriais atvejais net jų dauginimąsi. Jie padarė išvadą, kad C. jejuni tikrai gali išgyventi paukščių pašaruose ir todėl gali būti potencialus infekcijos šaltinis vištoms.
Gyvūnų ir paukščių pašarų užterštumas salmonelėmis anksčiau sulaukė daug dėmesio ir tebėra nuolatinių pastangų, siekiant sukurti specialiai pašarams taikomus aptikimo metodus ir rasti veiksmingesnes kontrolės priemones, dėmesio centre (12, 26, 30, 45–53). Bėgant metams, atlikta daug tyrimų, siekiant ištirti salmonelių išskyrimą ir apibūdinimą įvairiose pašarų gamybos įmonėse ir pašarų gamyklose (38, 39, 54–61). Apskritai šie tyrimai rodo, kad salmoneles galima išskirti iš įvairių pašarų ingredientų, pašarų šaltinių, pašarų tipų ir pašarų gamybos operacijų. Paplitimo rodikliai ir vyraujantys izoliuoti salmonelių serotipai taip pat skyrėsi. Pavyzdžiui, Li ir kt. (57) patvirtino salmonelių (Salmonella spp.) buvimą. Jos buvo aptiktos 12,5 % iš 2058 mėginių, surinktų iš visaverčių gyvūnų pašarų, pašarų ingredientų, naminių gyvūnėlių ėdalo, naminių gyvūnėlių skanėstų ir naminių gyvūnėlių papildų 2002–2009 m. duomenų rinkimo laikotarpiu. Be to, dažniausiai aptikti 12,5 % teigiamų salmonelių mėginių buvo S. Senftenberg ir S. Montevideo (57). Teksase atliktame paruoštų valgyti maisto produktų ir gyvūninių pašarų šalutinių produktų tyrime Hsieh ir kt. (58) pranešė, kad didžiausias salmonelių paplitimas buvo žuvų miltuose, po to sekė gyvūniniai baltymai, o dažniausiai pasitaikantys serotipai buvo S. Mbanka ir S. Montevideo. Pašarų gamyklose taip pat yra keletas galimų pašarų užteršimo vietų maišant ir dedant ingredientus (9, 56, 61). Magossi ir kt. (61) sugebėjo įrodyti, kad Jungtinėse Valstijose pašarų gamybos metu gali pasitaikyti daug užteršimo vietų. Iš tiesų, Magossi ir kt. (61) rado bent vieną teigiamą salmonelių kultūros atvejį 11 pašarų gamyklų (iš viso 12 mėginių ėmimo vietų) aštuoniose JAV valstijose. Atsižvelgiant į galimą salmoneliozės užterštumą pašarų tvarkymo, transportavimo ir kasdienio šėrimo metu, nenuostabu, kad dedamos didelės pastangos kurti pašarų priedus, kurie galėtų sumažinti ir palaikyti žemą mikrobų užterštumo lygį visame gyvulininkystės cikle.
Apie specifinio Salmonella atsako į skruzdžių rūgštį mechanizmą žinoma mažai. Tačiau Huang ir kt. (62) nurodė, kad skruzdžių rūgšties yra žinduolių plonojoje žarnoje ir kad Salmonella spp. gali ją gaminti. Huang ir kt. (62) panaudojo pagrindinių takų delecijos mutantų seriją, kad aptiktų Salmonella virulentiškumo genų ekspresiją, ir nustatė, kad formiatas gali veikti kaip difuzinis signalas, skatinantis Salmonella invaziją į Hep-2 epitelio ląsteles. Neseniai Liu ir kt. (63) iš Salmonella typhimurium išskyrė formiato transporterį FocA, kuris veikia kaip specifinis formiato kanalas esant pH 7,0, bet taip pat gali veikti kaip pasyvus eksporto kanalas esant aukštam išoriniam pH arba kaip antrinis aktyvus formiato / vandenilio jonų importo kanalas esant žemam pH. Tačiau šis tyrimas buvo atliktas tik su vienu S. Typhimurium serotipu. Lieka klausimas, ar visi serotipai reaguoja į skruzdžių rūgštį panašiais mechanizmais. Tai išlieka svarbiu tyrimų klausimu, į kurį reikėtų atsakyti būsimuose tyrimuose. Nepaisant rezultatų, rengiant bendrąsias rekomendacijas dėl rūgščių papildų naudojimo siekiant sumažinti salmonelių kiekį pašaruose, atrankos eksperimentuose vis dar protinga naudoti kelis salmonelių serotipus arba net kelias kiekvieno serotipo padermes. Naujesni metodai, pavyzdžiui, genetinio brūkšninio kodavimo naudojimas padermėms koduoti, siekiant atskirti skirtingus to paties serotipo pogrupius (9, 64), suteikia galimybę nustatyti smulkesnius skirtumus, kurie gali turėti įtakos išvadoms ir skirtumų interpretavimui.
Formiato cheminė prigimtis ir disociacijos forma taip pat gali būti svarbios. Beyer ir kt. (65–67) atliktoje serijoje tyrimų parodė, kad Enterococcus faecium, Campylobacter jejuni ir Campylobacter coli slopinimas koreliavo su disocijuotos skruzdžių rūgšties kiekiu ir nepriklausė nuo pH ar nedisocijuotos skruzdžių rūgšties. Taip pat svarbi atrodo ir cheminė formiato forma, kuria bakterijos yra veikiamos. Kovanda ir kt. (68) ištyrė kelis gramneigiamus ir gramteigiamus organizmus ir palygino natrio formiato (500–25 000 mg/l) ir natrio formiato bei laisvojo formiato mišinio (40/60 m/t; 10–10 000 mg/l) minimalias slopinančias koncentracijas (MSK). Remdamiesi minimalios slopinamosios koncentracijos (MSK) reikšmėmis, jie nustatė, kad natrio formiatas slopino tik Campylobacter jejuni, Clostridium perfringens, Streptococcus suis ir Streptococcus pneumoniae, bet ne Escherichia coli, Salmonella typhimurium ar Enterococcus faecalis. Priešingai, natrio formiato ir laisvojo natrio formiato mišinys slopino visus organizmus, todėl autoriai padarė išvadą, kad laisvoji skruzdžių rūgštis pasižymi dauguma antimikrobinių savybių. Būtų įdomu ištirti skirtingus šių dviejų cheminių formų santykius, siekiant nustatyti, ar MSK reikšmių diapazonas koreliuoja su skruzdžių rūgšties kiekiu mišinyje ir reakcija į 100 % skruzdžių rūgštį.
Gomez-Garcia ir kt. (69) išbandė eterinių aliejų ir organinių rūgščių (pvz., skruzdžių rūgšties) derinius prieš kelis Escherichia coli, Salmonella ir Clostridium perfringens izoliatus, gautus iš kiaulių. Jie išbandė šešių organinių rūgščių, įskaitant skruzdžių rūgštį, ir šešių eterinių aliejų veiksmingumą prieš kiaulių izoliatus, naudodami formaldehidą kaip teigiamą kontrolę. Gomez-García ir kt. (69) nustatė skruzdžių rūgšties MIC50, MBC50 ir MIC50/MBC50 prieš Escherichia coli (600 ir 2400 ppm, 4), Salmonella (600 ir 2400 ppm, 4) ir Clostridium perfringens (1200 ir 2400 ppm, 2), iš kurių skruzdžių rūgštis pasirodė esanti veiksmingesnė už visas organines rūgštis prieš E. coli ir Salmonella. (69) Skruzdžių rūgštis yra veiksminga prieš Escherichia coli ir Salmonella dėl mažo molekulinio dydžio ir ilgos grandinės (70).
Beyer ir kt. atliko iš kiaulių išskirtų Campylobacter padermių (66) ir iš naminių paukščių išskirtų Campylobacter jejuni padermių (67) tyrimus ir parodė, kad skruzdžių rūgštis disocijuoja esant koncentracijoms, atitinkančioms kitų organinių rūgščių minimalią slopinamąją koncentraciją (MSK). Tačiau šių rūgščių, įskaitant skruzdžių rūgštį, santykinis stiprumas buvo abejotinas, nes Campylobacter gali naudoti šias rūgštis kaip substratus (66, 67). C. jejuni rūgščių panaudojimas nestebina, nes įrodyta, kad ji metabolizuojama ne glikolizės būdu. Taigi, C. jejuni angliavandenių katabolizmo pajėgumas yra ribotas ir didžiąją dalį savo energijos metabolizmo ir biosintezės aktyvumo lemia gliukoneogenezė iš aminorūgščių ir organinių rūgščių (71, 72). Ankstyvame Line ir kt. tyrime (73) buvo panaudota fenotipinė matrica, turinti 190 anglies šaltinių, ir parodyta, kad C. jejuni 11168(GS) gali naudoti organines rūgštis kaip anglies šaltinius, kurių dauguma yra trikarboksirūgščių ciklo tarpiniai produktai. Tolesni Wagli ir kt. tyrimai. (74) atlikus fenotipinės anglies panaudojimo matricos tyrimą, nustatyta, kad jų tyrime tirtos C. jejuni ir E. coli padermės gali augti su organinėmis rūgštimis kaip anglies šaltiniu. Formiatas yra pagrindinis elektronų donoras C. jejuni kvėpavimo energijos metabolizme ir todėl yra pagrindinis C. jejuni energijos šaltinis (71, 75). C. jejuni gali panaudoti formiatą kaip vandenilio donorą per membranoje susijungusį formiato dehidrogenazės kompleksą, kuris oksiduoja formiatą į anglies dioksidą, protonus ir elektronus ir tarnauja kaip elektronų donoras kvėpavimui (72).
Skruzdžių rūgštis jau seniai naudojama kaip antimikrobinė pašarų gerinimo priemonė, tačiau kai kurie vabzdžiai taip pat gali gaminti skruzdžių rūgštį, kuri naudojama kaip antimikrobinė gynybos cheminė medžiaga. Rossini ir kt. (76) teigė, kad skruzdžių rūgštis gali būti rūgštinių skruzdžių sulčių, aprašytų Ray (77) beveik prieš 350 metų, sudedamoji dalis. Nuo to laiko mūsų supratimas apie skruzdžių rūgšties gamybą skruzdėlėse ir kituose vabzdžiuose gerokai išaugo, ir dabar žinoma, kad šis procesas yra sudėtingos vabzdžių gynybos nuo toksinų sistemos dalis (78). Yra žinoma, kad įvairios vabzdžių grupės, įskaitant begeluones bites, smailiąsias skruzdėles (Hymenoptera: Apidae), dirvinius vabalus (Galerita lecontei ir G. janus), begeluones skruzdėles (Formicinae) ir kai kurias kandžių lervas (Lepidoptera: Myrmecophaga), gamina skruzdžių rūgštį kaip gynybinę cheminę medžiagą (76, 78–82).
Skruzdėlės turbūt geriausiai apibūdinamos dėl to, kad jos turi acidocitus – specializuotas angas, leidžiančias joms purkšti nuodus, daugiausia sudarytus iš skruzdžių rūgšties (82). Skruzdėlės naudoja seriną kaip pirmtaką ir kaupia didelius kiekius formiato savo nuodų liaukose, kurios yra pakankamai izoliuotos, kad apsaugotų skruzdėles šeimininkes nuo formiato citotoksiškumo, kol jis nėra apipurškiamas (78, 83). Jų išskiriama skruzdžių rūgštis gali (1) tarnauti kaip signalizacijos feromonas, pritraukiantis kitas skruzdėles; (2) būti gynybine chemine medžiaga nuo konkurentų ir plėšrūnų; ir (3) veikti kaip priešgrybelinis ir antibakterinis agentas, kai ji derinama su derva kaip lizdo medžiagos dalimi (78, 82, 84–88). Skruzdžių gaminama skruzdžių rūgštis pasižymi antimikrobinėmis savybėmis, o tai rodo, kad ją galima naudoti kaip vietinį priedą. Tai parodė Bruch ir kt. (88), kurie į dervą pridėjo sintetinės skruzdžių rūgšties ir žymiai pagerino priešgrybelinį aktyvumą. Dar vienas skruzdžių rūgšties veiksmingumo ir biologinio naudingumo įrodymas yra tai, kad milžiniškos skruzdėdės, kurios negali gaminti skrandžio rūgšties, vartoja skruzdėles, kuriose yra skruzdžių rūgšties, kad apsirūpintų koncentruota skruzdžių rūgštimi kaip alternatyva virškinimo rūgštimi (89).
Skruzdžių rūgšties praktinis panaudojimas žemės ūkyje buvo svarstomas ir tiriamas jau daugelį metų. Visų pirma, skruzdžių rūgštis gali būti naudojama kaip priedas gyvūnų pašarams ir silosui. Natrio formiatas tiek kieta, tiek skysta forma laikomas saugiu visoms gyvūnų rūšims, vartotojams ir aplinkai (90). Remiantis jų vertinimu (90), maksimali 10 000 mg skruzdžių rūgšties ekvivalentų/kg pašaro koncentracija buvo laikoma saugia visoms gyvūnų rūšims, o maksimali 12 000 mg skruzdžių rūgšties ekvivalentų/kg pašaro koncentracija buvo laikoma saugia kiaulėms. Skruzdžių rūgšties naudojimas kaip gyvūnų pašarų gerinimo priemonės buvo tiriamas jau daugelį metų. Laikoma, kad ji turi komercinę vertę kaip siloso konservantas ir antimikrobinė medžiaga gyvūnų ir paukščių pašaruose.
Cheminiai priedai, tokie kaip rūgštys, visada buvo neatsiejama siloso gamybos ir pašarų tvarkymo dalis (91, 92). Borreani ir kt. (91) pažymėjo, kad norint pasiekti optimalią aukštos kokybės siloso gamybą, būtina išlaikyti pašaro kokybę, išsaugant kuo daugiau sausųjų medžiagų. Tokio optimizavimo rezultatas – nuostolių sumažinimas visuose silosavimo proceso etapuose: nuo pradinių aerobinių sąlygų siloso bokšte iki vėlesnės fermentacijos, sandėliavimo ir siloso atidarymo pakartotiniam šėrimui. Konkretūs lauko siloso gamybos ir vėlesnės siloso fermentacijos optimizavimo metodai buvo išsamiai aptarti kitur (91, 93–95) ir čia nebus išsamiai aptariami. Pagrindinė problema yra oksidacinis gedimas, kurį sukelia mielės ir pelėsiai, kai silose yra deguonies (91, 92). Todėl buvo pradėti naudoti biologiniai inokuliantai ir cheminiai priedai, siekiant neutralizuoti neigiamą gedimo poveikį (91, 92). Kiti siloso priedų aspektai yra silose esančių patogenų (pvz., patogeninių E. coli, Listeria ir Salmonella) ir mikotoksinus gaminančių grybų plitimo ribojimas (96–98).
Mack ir kt. (92) rūgštinius priedus suskirstė į dvi kategorijas. Tokios rūgštys kaip propiono, acto, sorbo ir benzenkarboksirūgštys palaiko siloso aerobinį stabilumą, kai jos šeriamos atrajojantiems gyvuliams, ribodamos mielių ir pelėsių augimą (92). Mack ir kt. (92) atskyrė skruzdžių rūgštį nuo kitų rūgščių ir laikė ją tiesioginiu rūgštikliu, kuris slopina klostridijas ir gedimą sukeliančius mikroorganizmus, kartu išsaugant siloso baltymų vientisumą. Praktiškai jų druskos formos yra dažniausiai naudojamos cheminės formos, siekiant išvengti rūgščių korozinių savybių ne druskos formoje (91). Daugelis tyrimų grupių taip pat tyrė skruzdžių rūgštį kaip rūgštinį siloso priedą. Skruzdžių rūgštis yra žinoma dėl savo greito rūgštinimo potencialo ir slopinamojo poveikio žalingų siloso mikroorganizmų, kurie mažina siloso baltymų ir vandenyje tirpių angliavandenių kiekį, augimui (99). Todėl He ir kt. (92) palygino skruzdžių rūgštį su rūgštiniais priedais silose. (100) įrodė, kad skruzdžių rūgštis gali slopinti Escherichia coli ir sumažinti siloso pH. Į silosą taip pat buvo dedamos bakterijų kultūros, gaminančios skruzdžių ir pieno rūgštis, siekiant paskatinti rūgštėjimą ir organinių rūgščių gamybą (101). Iš tiesų, Cooley ir kt. (101) nustatė, kad kai silosas buvo parūgštintas 3 % (m/t) skruzdžių rūgštimi, pieno ir skruzdžių rūgščių gamyba viršijo atitinkamai 800 ir 1000 mg organinės rūgšties/100 g mėginio. Mack ir kt. (92) išsamiai peržiūrėjo siloso priedų tyrimų literatūrą, įskaitant nuo 2000 m. paskelbtus tyrimus, kuriuose daugiausia dėmesio skirta skruzdžių rūgščiai ir (arba) buvo įtrauktos skruzdžių ir kitos rūgštys. Todėl šioje apžvalgoje nebus išsamiai aptariami atskiri tyrimai, o tiesiog apibendrinami keli pagrindiniai punktai, susiję su skruzdžių rūgšties, kaip cheminio siloso priedo, veiksmingumu. Buvo tirta tiek nebuferinė, tiek buferinė skruzdžių rūgštis, ir daugeliu atvejų Clostridium spp. Jos santykinis aktyvumas (angliavandenių, baltymų ir laktato įsisavinimas bei butirato išsiskyrimas) linkęs mažėti, o amoniako ir butirato gamyba mažėja, o sausųjų medžiagų išlaikymas didėja (92). Skruzdžių rūgšties veiksmingumas yra ribotas, tačiau jos naudojimas kaip siloso priedas kartu su kitomis rūgštimis, atrodo, išsprendžia kai kurias iš šių problemų (92).
Skruzdžių rūgštis gali slopinti patogenines bakterijas, keliančias pavojų žmonių sveikatai. Pavyzdžiui, Pauly ir Tam (102) inokuliavo mažus laboratorinius silosus L. monocytogenes bakterijomis, kuriose buvo trys skirtingi sausosios medžiagos kiekiai (200, 430 ir 540 g/kg) svidrių, o vėliau papildė jas skruzdžių rūgštimi (3 ml/kg) arba pieno rūgšties bakterijomis (8 × 105/g) ir celiuliolitiniais fermentais. Jie pranešė, kad abu apdorojimo būdai sumažino L. monocytogenes kiekį iki neaptinkamo lygio mažo sausosios medžiagos kiekio silose (200 g/kg). Tačiau vidutinio sausosios medžiagos kiekio silose (430 g/kg) L. monocytogenes vis dar buvo aptinkama po 30 dienų skruzdžių rūgštimi apdorotame silose. Atrodo, kad L. monocytogenes sumažėjimas buvo susijęs su žemesniu pH, pieno rūgštimi ir sujungtomis nedisocijuotomis rūgštimis. Pavyzdžiui, Pauly ir Tam (102) pažymėjo, kad pieno rūgšties ir kombinuotų nedisocijuotų rūgščių kiekiai buvo ypač svarbūs, ir tai gali būti priežastis, kodėl skruzdžių rūgštimi apdorotose terpėse iš siloso, kuriame yra didesnis sausųjų medžiagų kiekis, nebuvo pastebėtas L. monocytogenes sumažėjimas. Panašūs tyrimai ateityje turėtų būti atlikti su kitais įprastais siloso patogenais, tokiais kaip Salmonella ir patogeninė E. coli. Išsamesnė visos siloso mikrobų bendruomenės 16S rDNR sekos analizė taip pat gali padėti nustatyti bendros siloso mikrobų populiacijos pokyčius, kurie vyksta skirtinguose siloso fermentacijos etapuose, esant skruzdžių rūgščiai (103). Mikrobiomo duomenų gavimas gali suteikti analitinę paramą, siekiant geriau prognozuoti siloso fermentacijos eigą ir sukurti optimalius priedų derinius, siekiant išlaikyti aukštą siloso kokybę.
Grūdiniuose gyvūnų pašaruose skruzdžių rūgštis naudojama kaip antimikrobinė medžiaga, siekiant apriboti patogenų kiekį įvairiose iš grūdų gautose pašarų matricose, taip pat tam tikruose pašarų ingredientuose, tokiuose kaip gyvūninės kilmės šalutiniai produktai. Poveikį naminių paukščių ir kitų gyvūnų patogenų populiacijoms galima suskirstyti į dvi kategorijas: tiesioginį poveikį paties pašaro patogenų populiacijai ir netiesioginį poveikį patogenams, kurie kolonizuoja gyvūnų virškinamąjį traktą, suvartoję apdorotą pašarą (20, 21, 104). Akivaizdu, kad šios dvi kategorijos yra tarpusavyje susijusios, nes patogenų sumažinimas pašaruose turėtų sumažinti kolonizaciją, kai gyvūnas jį suėda. Tačiau konkrečios rūgšties, dedamos į pašaro matricą, antimikrobines savybes gali paveikti keli veiksniai, pavyzdžiui, pašaro sudėtis ir rūgšties įdėjimo forma (21, 105).
Istoriškai skruzdžių rūgšties ir kitų susijusių rūgščių naudojimas daugiausia buvo skirtas tiesioginei salmonelių kontrolei gyvūnų ir paukščių pašaruose (21). Šių tyrimų rezultatai buvo išsamiai apibendrinti keliose skirtingu metu paskelbtose apžvalgose (18, 21, 26, 47, 104–106), todėl šioje apžvalgoje aptariami tik kai kurie pagrindiniai šių tyrimų rezultatai. Keletas tyrimų parodė, kad skruzdžių rūgšties antimikrobinis aktyvumas pašarų matricose priklauso nuo skruzdžių rūgšties dozės ir sąlyčio laiko, pašarų matricos drėgmės kiekio ir bakterijų koncentracijos pašaruose bei gyvūno virškinamajame trakte (19, 21, 107–109). Pašarų matricos tipas ir gyvūnų pašarų ingredientų šaltinis taip pat yra įtakos veiksniai. Taigi, nemažai tyrimų parodė, kad iš gyvūninės kilmės šalutinių produktų išskirti salmonelių kiekis gali skirtis nuo iš augalinės kilmės šalutinių produktų išskirtiems bakteriniams toksinams (39, 45, 58, 59, 110–112). Tačiau skirtingi atsakai į rūgštis, tokias kaip skruzdžių rūgštis, gali būti susiję su serovaro išgyvenamumo skirtumais pašaruose ir temperatūra, kurioje pašaras apdorojamas (19, 113, 114). Serovaro atsako į rūgšties apdorojimą skirtumai taip pat gali būti naminių paukščių užteršimo užterštais pašarais veiksnys (113, 115), o virulentiškumo genų raiškos skirtumai (116) taip pat gali turėti įtakos. Rūgščių tolerancijos skirtumai savo ruožtu gali turėti įtakos salmonelių aptikimui kultūros terpėse, jei pašaruose esančios rūgštys nėra tinkamai buferuotos (21, 105, 117–122). Pašaro fizinė forma (dalelių dydžio atžvilgiu) taip pat gali turėti įtakos santykiniam skruzdžių rūgšties prieinamumui virškinimo trakte (123).
Taip pat labai svarbios strategijos, skirtos optimizuoti į pašarus dedamos skruzdžių rūgšties antimikrobinį aktyvumą. Siekiant sumažinti galimą pašarų malūno įrangos pažeidimą ir problemas, susijusias su gyvūnų pašarų skoniu, prieš maišant pašarus buvo pasiūlyta didesnė rūgšties koncentracija, siekiant sumažinti galimą pašarų malūno įrangos pažeidimą ir problemas, susijusias su gyvūnų pašarų skoniu (105). Jones (51) padarė išvadą, kad salmonelės, esančios pašaruose prieš cheminį valymą, yra sunkiau kontroliuojamos nei salmonelės, kurios liečiasi su pašarais po cheminio apdorojimo. Buvo pasiūlytas terminis pašarų apdorojimas perdirbimo pašarų malūne metu kaip intervencija, siekiant apriboti pašarų užterštumą salmonelėmis, tačiau tai priklauso nuo pašaro sudėties, dalelių dydžio ir kitų su malimo procesu susijusių veiksnių (51). Rūgščių antimikrobinis aktyvumas taip pat priklauso nuo temperatūros, o padidėjusi temperatūra, esant organinėms rūgštims, gali turėti sinergetinį slopinamąjį poveikį salmonelėms, kaip pastebėta skystose salmonelių kultūrose (124, 125). Keletas salmonelėmis užterštų pašarų tyrimų patvirtina nuomonę, kad padidėjusi temperatūra padidina rūgščių veiksmingumą pašarų matricoje (106, 113, 126). Amado ir kt. (127) naudojo centrinį sudėtinį modelį, kad ištirtų temperatūros ir rūgšties (skruzdžių arba pieno rūgšties) sąveiką 10 Salmonella enterica ir Escherichia coli padermių, išskirtų iš įvairių galvijų pašarų ir inokuliuotų į parūgštintas galvijų granules. Jie padarė išvadą, kad šiluma buvo pagrindinis veiksnys, turintis įtakos mikrobų mažinimui, kartu su rūgštimi ir bakterijų izoliato tipu. Sinergetinis poveikis su rūgštimi vis dar vyrauja, todėl galima naudoti žemesnę temperatūrą ir rūgšties koncentraciją. Tačiau jie taip pat pažymėjo, kad sinergetinis poveikis ne visada buvo pastebėtas naudojant skruzdžių rūgštį, todėl jie įtarė, kad veiksnys buvo skruzdžių rūgšties lakumas esant aukštesnei temperatūrai arba pašaro matricos komponentų buferinis poveikis.
Pašarų galiojimo laiko ribojimas prieš duojant gyvūnams yra vienas iš būdų kontroliuoti maiste esančių patogenų patekimą į gyvūno organizmą šėrimo metu. Tačiau, kai pašaruose esanti rūgštis patenka į virškinamąjį traktą, ji gali toliau vykdyti savo antimikrobinį aktyvumą. Eksogeniškai įvedamų rūgštinių medžiagų antimikrobinis aktyvumas virškinimo trakte gali priklausyti nuo įvairių veiksnių, įskaitant skrandžio rūgšties koncentraciją, aktyviąją virškinamojo trakto vietą, virškinamojo trakto pH ir deguonies kiekį, gyvūno amžių ir santykinę virškinamojo trakto mikrobų populiacijos sudėtį (kuri priklauso nuo virškinamojo trakto vietos ir gyvūno brandos) (21, 24, 128–132). Be to, virškinimo trakte esanti anaerobinių mikroorganizmų populiacija (kuri tampa dominuojančia monogastrinių gyvūnų apatiniame virškinamajame trakte jiems subrendus) aktyviai gamina organines rūgštis fermentacijos būdu, kurios savo ruožtu taip pat gali turėti antagonistinį poveikį trumpalaikiams patogenams, patenkantiems į virškinimo traktą (17, 19–21).
Ankstyvieji tyrimai daugiausia buvo skirti organinių rūgščių, įskaitant formiatą, naudojimui salmonelių kiekiui naminių paukščių virškinimo trakte apriboti, kas buvo išsamiai aptarta keliose apžvalgose (12, 20, 21). Apibendrinant šiuos tyrimus, galima padaryti keletą svarbių pastebėjimų. McHan ir Shotts (133) pranešė, kad skruzdžių ir propiono rūgšties šėrimas sumažino Salmonella Typhimurium kiekį viščiukų, inokuliuotų šiomis bakterijomis, aklojoje žarnoje, ir kiekybiškai įvertino jį 7, 14 ir 21 dienos amžiaus. Tačiau, kai Hume ir kt. (128) stebėjo C-14 žymėtą propionatą, jie padarė išvadą, kad labai mažai propionato pašare gali pasiekti akląją žarną. Dar reikia išsiaiškinti, ar tai pasakytina ir apie skruzdžių rūgštį. Tačiau neseniai Bourassa ir kt. (134) pranešė, kad skruzdžių ir propiono rūgšties šėrimas sumažino Salmonella Typhimurium kiekį viščiukų, inokuliuotų šiomis bakterijomis, aklojoje žarnoje, ir kiekybiškai įvertino jį 7, 14 ir 21 dienos amžiaus. (132) pažymėjo, kad 6 savaičių augimo laikotarpiu broileriams duodant 4 g/t skruzdžių rūgšties, S. Typhimurium koncentracija aklojoje žarnoje sumažėjo žemiau aptikimo ribos.
Skruzdžių rūgšties buvimas pašaruose gali turėti įtakos kitoms paukščių virškinamojo trakto dalims. Al-Tarazi ir Alshavabkeh (134) įrodė, kad skruzdžių rūgšties ir propiono rūgšties mišinys gali sumažinti Salmonella pullorum (S. PRlorum) užterštumą pasėliuose ir aklojoje žarnoje. Thompson ir Hinton (129) pastebėjo, kad komerciškai prieinamas skruzdžių rūgšties ir propiono rūgšties mišinys padidino abiejų rūgščių koncentraciją pasėliuose ir skrandžiuose bei buvo baktericidinis prieš Salmonella Enteritidis PT4 in vitro modelyje, esant reprezentatyvioms auginimo sąlygoms. Šią nuomonę patvirtina Bird ir kt. (135) in vivo duomenys, kuriuose skruzdžių rūgštis buvo įdėta į broilerinių viščiukų geriamąjį vandenį imituojamo badavimo laikotarpiu prieš išvežimą, panašiai kaip badaujantys broileriniai viščiukai prieš juos transportuojant į paukštienos perdirbimo įmonę. Į geriamąjį vandenį įpylus skruzdžių rūgšties, sumažėjo S. Typhimurium skaičius pasėliuose ir prielipyje, taip pat sumažėjo S. Typhimurium teigiamų pasėlių dažnis, bet ne teigiamų prielipų skaičius (135). Sukūrus tiekimo sistemas, kurios gali apsaugoti organines rūgštis, kol jos yra aktyvios apatinėje virškinimo trakto dalyje, galima pagerinti veiksmingumą. Pavyzdžiui, įrodyta, kad skruzdžių rūgšties mikrokapsuliavimas ir jos įdėjimas į pašarą sumažina Salmonella Enteritidis skaičių aklosios žarnos turinyje (136). Tačiau tai gali skirtis priklausomai nuo gyvūnų rūšies. Pavyzdžiui, Walia ir kt. (137) nepastebėjo salmonelių skaičiaus sumažėjimo 28 dienų amžiaus kiaulių, šeriamų skruzdžių rūgšties, citrinų rūgšties ir eterinio aliejaus mišinio kapsulėmis, aklojoje žarnoje ar limfmazgiuose, ir nors salmonelių išsiskyrimas su išmatomis sumažėjo 14 dieną, jis nesumažėjo 28 dieną. Jie parodė, kad buvo išvengta horizontalaus salmonelių perdavimo tarp kiaulių.
Nors skruzdžių rūgšties, kaip antimikrobinės medžiagos, gyvulininkystėje tyrimai daugiausia buvo skirti maistui būdingoms salmonelėms, atlikti ir kiti virškinimo trakto patogenai. Kovanda ir kt. (68) atlikti in vitro tyrimai rodo, kad skruzdžių rūgštis taip pat gali būti veiksminga prieš kitus virškinimo trakto maistui būdingus patogenus, įskaitant Escherichia coli ir Campylobacter jejuni. Ankstesni tyrimai parodė, kad organinės rūgštys (pvz., pieno rūgštis) ir komerciniai mišiniai, kurių sudėtyje yra skruzdžių rūgšties kaip ingrediento, gali sumažinti Campylobacter kiekį naminiuose paukščiuose (135, 138). Tačiau, kaip anksčiau pažymėjo Beyer ir kt. (67), skruzdžių rūgšties, kaip antimikrobinės medžiagos, naudojimo prieš Campylobacter reikia imtis atsargumo priemonių. Šis atradimas yra ypač problemiškas paukščių maisto papildams, nes skruzdžių rūgštis yra pagrindinis C. jejuni kvėpavimo energijos šaltinis. Be to, manoma, kad dalis jos virškinimo trakto nišos atsiranda dėl metabolinio kryžminio maitinimosi su mišriais rūgšties fermentacijos produktais, kuriuos gamina virškinimo trakto bakterijos, pavyzdžiui, formiatu (139). Šis požiūris yra tam tikru pagrindu. Kadangi formiatas yra chemoatraktorius C. jejuni, dvigubi mutantai, turintys formiato dehidrogenazės ir hidrogenazės defektų, viščiukų broileriuose kolonizuoja akląją žarną rečiau, palyginti su laukinio tipo C. jejuni padermėmis (140, 141). Vis dar neaišku, kiek išorinis skruzdžių rūgšties papildas veikia C. jejuni kolonizaciją vištų virškinamajame trakte. Faktinė virškinamojo trakto formiato koncentracija gali būti mažesnė dėl formiato katabolizmo, kurį atlieka kitos virškinamojo trakto bakterijos, arba dėl formiato absorbcijos viršutiniame virškinamajame trakte, todėl tam gali turėti įtakos keli kintamieji. Be to, formiatas yra potencialus fermentacijos produktas, kurį gamina kai kurios virškinamojo trakto bakterijos, o tai gali turėti įtakos bendram virškinamojo trakto formiato kiekiui. Formiato kiekio virškinamojo trakto turinyje kiekybinis nustatymas ir formiato dehidrogenazės genų identifikavimas naudojant metagenomiką gali padėti suprasti kai kuriuos formiatus gaminančių mikroorganizmų ekologijos aspektus.
Roth ir kt. (142) palygino broilerinių viščiukų šėrimo antibiotiku enrofloksacinu arba skruzdžių, acto ir propiono rūgščių mišiniu poveikį atsparių antibiotikams Escherichia coli paplitimui. Bendras ir antibiotikams atsparių E. coli izoliatų skaičius buvo suskaičiuotas jungtiniuose 1 dienos broilerinių viščiukų išmatų mėginiuose ir 14 bei 38 dienų broilerinių viščiukų aklosios žarnos turinio mėginiuose. E. coli izoliatų atsparumas ampicilinui, cefotaksimui, ciprofloksacinui, streptomicinui, sulfametoksazolui ir tetraciklinui buvo tiriamas pagal anksčiau nustatytas kiekvieno antibiotiko ribines vertes. Kai atitinkamos E. coli populiacijos buvo kiekybiškai įvertintos ir apibūdintos, nei enrofloksacinas, nei rūgščių kokteilio papildas nepakeitė bendro E. coli, išskirtų iš 17 ir 28 dienų broilerinių viščiukų aklosios žarnos, skaičiaus. Paukščių, šeriamų enrofloksacinu papildytu pašaru, aklojoje žarnoje padidėjo ciprofloksacinui, streptomicinui, sulfametoksazoliui ir tetraciklinui atsparių E. coli bakterijų kiekis ir sumažėjo cefotaksimui atsparių E. coli bakterijų kiekis. Paukščių, šeriamų kokteiliu, aklojoje žarnoje sumažėjo ampicilinui ir tetraciklinui atsparių E. coli bakterijų kiekis, palyginti su kontroliniais ir enrofloksacinu papildytais paukščiais. Paukščių, šeriamų mišriąja rūgštimi, aklojoje žarnoje taip pat sumažėjo ciprofloksacinui ir sulfametoksazoliui atsparių E. coli bakterijų kiekis, palyginti su paukščiais, šeriamais enrofloksacinu. Mechanizmas, kuriuo rūgštys sumažina antibiotikams atsparių E. coli bakterijų skaičių nesumažindamos bendro E. coli bakterijų skaičiaus, vis dar neaiškus. Tačiau Roth ir kt. tyrimo rezultatai atitinka enrofloksacino grupės rezultatus. (142) Tai gali rodyti sumažėjusį antibiotikų atsparumo genų, tokių kaip Cabezon ir kt. aprašyti plazmidėmis susieti inhibitoriai (143), plitimą E. coli bakterijose. Būtų įdomu atlikti išsamesnę plazmidžių sukelto atsparumo antibiotikams analizę naminių paukščių virškinimo trakto populiacijoje, esant pašarų priedams, tokiems kaip skruzdžių rūgštis, ir dar labiau patobulinti šią analizę įvertinant virškinimo trakto rezistomą.
Optimalių antimikrobinių pašarų priedų, skirtų nuo patogenų, kūrimas idealiu atveju turėtų turėti minimalų poveikį bendrai virškinamojo trakto florai, ypač tai mikrobiotai, kuri laikoma naudinga šeimininkui. Tačiau išoriškai vartojamos organinės rūgštys gali turėti žalingą poveikį nuolatinei virškinamojo trakto mikrobiotai ir tam tikru mastu panaikinti jų apsaugines savybes nuo patogenų. Pavyzdžiui, Thompson ir Hinton (129) pastebėjo sumažėjusį pieno rūgšties kiekį dedeklėms vištoms, šeriamoms skruzdžių ir propiono rūgščių mišiniu, o tai rodo, kad šių egzogeninių organinių rūgščių buvimas pasėliuose lėmė laktobacilų kiekio sumažėjimą pasėlių sudėtyje. Pasėlių laktobacilos laikomos barjeru salmonelėms, todėl šios nuolatinės pasėlių mikrobiotos sutrikdymas gali pakenkti sėkmingam salmonelių kolonizacijos virškinamajame trakte mažinimui (144). Açıkgöz ir kt. nustatė, kad poveikis paukščių apatiniam virškinamajam traktui gali būti mažesnis. (145) 42 dienų amžiaus broilerinių viščiukų, geriančių skruzdžių rūgštimi parūgštintą vandenį, bendros žarnyno floros ar Escherichia coli skaičiaus skirtumų nerasta. Autoriai teigė, kad tai gali būti dėl to, jog formiatas metabolizuojamas viršutinėje virškinimo trakto dalyje, kaip pastebėjo kiti tyrėjai, vartoję išoriškai trumpos grandinės riebalų rūgštis (SCFA) (128, 129).
Skruzdžių rūgšties apsauga tam tikra kapsulės forma gali padėti jai pasiekti apatinį virškinamąjį traktą. (146) pažymėjo, kad mikrokapsuliuota skruzdžių rūgštis žymiai padidino bendrą trumpųjų grandinių riebalų rūgščių (SCFA) kiekį kiaulių aklojoje žarnoje, palyginti su kiaulėmis, šeriamomis neapsaugota skruzdžių rūgštimi. Šis rezultatas paskatino autorius teigti, kad skruzdžių rūgštis gali veiksmingai pasiekti apatinį virškinamąjį traktą, jei ji tinkamai apsaugota. Tačiau keli kiti parametrai, pavyzdžiui, formiatų ir laktato koncentracijos, nors ir didesnės nei kiaulių, šeriamų kontroliniu pašaru, statistiškai nesiskyrė nuo kiaulių, šeriamų neapsaugotu formiatų pašaru, parametrų. Nors kiaulių, šeriamų tiek neapsaugota, tiek apsaugota skruzdžių rūgštimi, pieno rūgšties kiekis padidėjo beveik tris kartus, laktobacilų skaičius nepakito nė vienu būdu. Skirtumai gali būti ryškesni kitiems pieno rūgštį gaminantiems mikroorganizmams aklojoje žarnoje (1), kurių šie metodai neaptinka ir (arba) (2) kurių metabolinis aktyvumas yra paveiktas, todėl fermentacijos modelis pasikeičia taip, kad reziduojančios laktobacilos gamina daugiau pieno rūgšties.
Norint tiksliau ištirti pašarų priedų poveikį ūkinių gyvūnų virškinamajam traktui, reikalingi didesnės skiriamosios gebos mikrobų identifikavimo metodai. Pastaraisiais metais 16S RNR geno naujos kartos sekvenavimas (NGS) buvo naudojamas mikrobiomo taksonams identifikuoti ir mikrobų bendrijų įvairovei palyginti (147), o tai leido geriau suprasti pašarų priedų ir maistinių gyvūnų, tokių kaip naminiai paukščiai, virškinamojo trakto mikrobiotos sąveiką.
Keliuose tyrimuose buvo naudojama mikrobiomo sekvenavimas, siekiant įvertinti vištų virškinamojo trakto mikrobiomo atsaką į formiatų papildymą. Oakley ir kt. (148) atliko tyrimą su 42 dienų amžiaus broileriniais viščiukais, kuriems geriamajame vandenyje ar pašare buvo įmaišyta įvairių skruzdžių rūgšties, propiono rūgšties ir vidutinės grandinės riebalų rūgščių derinių. Imunizuotos vištos buvo užkrėstos nalidikso rūgščiai atsparia Salmonella typhimurium paderme, o jų akloji žarna buvo pašalinta 0, 7, 21 ir 42 dienų amžiaus. Aklosios žarnos mėginiai buvo paruošti 454 pirosekvenavimui, o sekvenavimo rezultatai buvo įvertinti klasifikavimui ir panašumo palyginimui. Apskritai gydymas reikšmingos įtakos aklosios žarnos mikrobiomui ar S. Typhimurium kiekiui neturėjo. Tačiau bendras salmonelių aptikimo dažnis mažėjo paukščiams senstant, ką patvirtino mikrobiomo taksonominė analizė, o santykinė salmonelių sekų gausa taip pat mažėjo laikui bėgant. Autoriai pažymi, kad broileriams senstant didėjo aklosios žarnos mikrobų populiacijos įvairovė, o reikšmingiausi pokyčiai pastebėti visose gydymo grupėse virškinamojo trakto floroje. Neseniai atliktame tyrime Hu ir kt. (149) palygino geriamojo vandens ir šėrimo pašaru, papildytu organinių rūgščių (skruzdžių rūgšties, acto rūgšties, propiono rūgšties ir amonio formiato) ir virginiamicino mišiniu, poveikį broilerinių viščiukų aklosios žarnos mikrobiomo mėginiams, surinktiems dviem etapais (1–21 dienos ir 22–42 dienos). Nors 21 dienos amžiuje tarp gydymo grupių buvo pastebėti tam tikri aklosios žarnos mikrobiomo įvairovės skirtumai, 42 dieną α ar β bakterijų įvairovės skirtumų nenustatyta. Atsižvelgiant į tai, kad 42 dienų amžiuje skirtumų nebuvo, autoriai iškėlė hipotezę, kad augimo pranašumas gali būti susijęs su ankstesniu optimaliai įvairios mikrobiomos susiformavimu.
Mikrobiomo analizė, sutelkta tik į aklosios žarnos mikrobų bendruomenę, gali neatspindėti, kurioje virškinamojo trakto vietoje pasireiškia didžiausias maistinių organinių rūgščių poveikis. Broilerių viščiukų viršutinio virškinamojo trakto mikrobiomas gali būti jautresnis maistinių organinių rūgščių poveikiui, kaip rodo Hume ir kt. (128) rezultatai. Hume ir kt. (128) parodė, kad didžioji dalis egzogeniškai pridėto propionato buvo absorbuota paukščių viršutiniame virškinamajame trakte. Naujausi virškinimo trakto mikroorganizmų apibūdinimo tyrimai taip pat patvirtina šį požiūrį. Nava ir kt. (150) parodė, kad organinių rūgščių [DL-2-hidroksi-4(metiltio)sviesto rūgšties], skruzdžių rūgšties ir propiono rūgšties (HFP) mišinio derinys paveikė žarnyno mikrobiotą ir padidino Lactobacillus kolonizaciją vištų klubinėje žarnoje. Neseniai Goodarzi Borojeni ir kt. (150) parodė, kad organinių rūgščių mišinio [DL-2-hidroksi-4(metiltio)sviesto rūgšties], skruzdžių rūgšties ir propiono rūgšties (HFP) derinys paveikė žarnyno mikrobiotą ir padidino Lactobacillus kolonizaciją viščiukų klubinėje žarnoje. (151) tyrė broilerinių viščiukų šėrimą skruzdžių rūgšties ir propiono rūgšties mišiniu dviem koncentracijomis (0,75 % ir 1,50 %) 35 dienas. Eksperimento pabaigoje buvo pašalintas pasėlis, skrandis, du trečdaliai klubinės žarnos ir akloji žarna, o mėginiai paimti kiekybinei specifinės virškinimo trakto floros ir metabolitų analizei naudojant RT-PGR. Kultūroje organinių rūgščių koncentracija neturėjo įtakos Lactobacillus ar Bifidobacterium gausumui, tačiau padidino Clostridium populiaciją. Klubinėje žarnoje vieninteliai pokyčiai buvo Lactobacillus ir Enterobacter sumažėjimas, o aklojoje žarnoje ši flora nepakito (151). Esant didžiausiai organinių rūgščių papildymo koncentracijai, bendra pieno rūgšties (D ir L) koncentracija pasėlyje sumažėjo, abiejų organinių rūgščių koncentracija sumažėjo skrandyje, o organinių rūgščių koncentracija aklojoje žarnoje buvo mažesnė. Klubinėje žarnoje pokyčių nebuvo. Kalbant apie trumpos grandinės riebalų rūgštis (SCFA), vienintelis pokytis paukščių, šeriamų organinėmis rūgštimis, pasėlyje ir skrandyje buvo propionato kiekis. Paukščių, šeriamų mažesne organinių rūgščių koncentracija, propionato kiekis pasėlyje padidėjo beveik dešimt kartų, o paukščių, šeriamų dviem organinių rūgščių koncentracijomis, propionato kiekis skrandyje padidėjo atitinkamai aštuonis ir penkiolika kartų. Acetato kiekis klubinėje žarnoje padidėjo mažiau nei dvigubai. Apskritai šie duomenys patvirtina požiūrį, kad didžioji dalis išorinio organinių rūgščių naudojimo poveikio buvo akivaizdus derliui, o organinės rūgštys turėjo minimalų poveikį apatinės virškinimo trakto mikrobų bendrijai, o tai rodo, kad viršutinės virškinimo trakto dalies rezidentinės floros fermentacijos modeliai galėjo pakisti.
Akivaizdu, kad norint visapusiškai išaiškinti mikrobų reakcijas į formiatus visame virškinamajame trakte, reikia išsamiau apibūdinti mikrobiomą. Išsamesnė konkrečių virškinamojo trakto skyrių, ypač viršutinių skyrių, tokių kaip pasėliai, mikrobų taksonomijos analizė gali suteikti daugiau informacijos apie tam tikrų mikroorganizmų grupių atranką. Jų metabolinis ir fermentinis aktyvumas taip pat gali nulemti, ar jie turi antagonistinį ryšį su patogenais, patenkančiais į virškinamąjį traktą. Taip pat būtų įdomu atlikti metagenomines analizes, siekiant nustatyti, ar rūgštinių cheminių priedų poveikis paukščių gyvenimo metu skatina labiau „rūgštims atsparių“ rezidentinių bakterijų atranką ir ar šių bakterijų buvimas ir (arba) metabolinis aktyvumas būtų papildomas barjeras patogenų kolonizacijai.
Skruzdžių rūgštis daugelį metų buvo naudojama kaip cheminis priedas gyvūnų pašaruose ir kaip siloso rūgštinimo priemonė. Vienas iš pagrindinių jos panaudojimo būdų yra antimikrobinis poveikis, siekiant sumažinti patogenų skaičių pašaruose ir jų vėlesnę kolonizaciją paukščių virškinamajame trakte. In vitro tyrimai parodė, kad skruzdžių rūgštis yra gana veiksminga antimikrobinė medžiaga prieš salmoneles ir kitus patogenus. Tačiau skruzdžių rūgšties naudojimą pašarų matricose gali riboti didelis organinių medžiagų kiekis pašarų ingredientuose ir jų galimas buferinis pajėgumas. Skruzdžių rūgštis, atrodo, turi antagonistinį poveikį salmonelėms ir kitiems patogenams, kai ji patenka su pašarais arba geriamuoju vandeniu. Tačiau šis antagonizmas pirmiausia pasireiškia viršutiniame virškinamajame trakte, nes skruzdžių rūgšties koncentracija gali sumažėti apatiniame virškinamajame trakte, kaip yra propioninės rūgšties atveju. Skruzdžių rūgšties apsaugos kapsulėmis koncepcija siūlo galimą būdą, kaip į apatinį virškinamąjį traktą tiekti daugiau rūgšties. Be to, tyrimai parodė, kad organinių rūgščių mišinys yra veiksmingesnis gerinant paukščių produktyvumą nei vienos rūgšties vartojimas (152). Virškinimo trakte esančios Campylobacter bakterijos gali skirtingai reaguoti į formiatą, nes jos gali naudoti formiatą kaip elektronų donorą, o formiatas yra pagrindinis jų energijos šaltinis. Neaišku, ar padidėjusi formiato koncentracija virškinimo trakte būtų naudinga Campylobacter bakterijoms, ir tai gali neįvykti, priklausomai nuo kitos virškinimo trakto floros, kuri gali naudoti formiatą kaip substratą.
Reikia atlikti papildomus tyrimus, siekiant ištirti virškinamojo trakto skruzdžių rūgšties poveikį nepatogeniniams rezidentiniams virškinamojo trakto mikrobams. Mes pageidaujame selektyviai nukreipti patogenus, nesutrikdydami virškinamojo trakto mikrobiomo narių, kurie yra naudingi šeimininkui. Tačiau tam reikia išsamesnės šių rezidentinių virškinamojo trakto mikrobų bendrijų mikrobiomo sekos analizės. Nors buvo paskelbta keletas tyrimų apie skruzdžių rūgštimi gydytų paukščių aklosios žarnos mikrobiomą, daugiau dėmesio reikia skirti viršutinės virškinamojo trakto dalies mikrobų bendrijai. Mikroorganizmų identifikavimas ir virškinamojo trakto mikrobų bendrijų panašumų palyginimas esant skruzdžių rūgščiai arba be jos gali būti nepilnas aprašymas. Norint apibūdinti funkcinius skirtumus tarp panašios sudėties grupių, reikalingos papildomos analizės, įskaitant metabolomiką ir metagenomiką. Toks apibūdinimas yra labai svarbus norint nustatyti ryšį tarp virškinamojo trakto mikrobų bendrijos ir paukščių produktyvumo reakcijų į skruzdžių rūgšties pagrindu pagamintus gerinimo priemones. Kelių metodų derinimas, siekiant tiksliau apibūdinti virškinamojo trakto funkciją, turėtų sudaryti sąlygas sukurti veiksmingesnes organinių rūgščių papildymo strategijas ir galiausiai pagerinti optimalios paukščių sveikatos ir produktyvumo prognozes, kartu ribojant maisto saugos riziką.
Šią apžvalgą SR parašė padedamas DD ir KR. Visi autoriai svariai prisidėjo prie šioje apžvalgoje pristatyto darbo.
Autoriai pareiškia, kad šią apžvalgą finansavo „Anitox Corporation“, kad būtų galima pradėti rašyti ir publikuoti šią apžvalgą. Finansuotojai neturėjo jokios įtakos šiame apžvalginiame straipsnyje išreikštoms nuomonėms ir išvadoms ar sprendimui jį publikuoti.
Likę autoriai pareiškia, kad tyrimas buvo atliktas nesant jokių komercinių ar finansinių santykių, kurie galėtų būti interpretuojami kaip potencialus interesų konfliktas.
Dr. DD norėtų padėkoti Arkanzaso universiteto Magistrantūros mokyklai, suteikusiai išskirtinę dėstymo stipendiją, taip pat už nuolatinę Arkanzaso universiteto Ląstelių ir molekulinės biologijos programos bei Maisto mokslų katedros paramą. Be to, autoriai norėtų padėkoti „Anitox“ už pradinę paramą rašant šią apžvalgą.
1. Dibner JJ, Richards JD. Antibiotikų augimo stimuliatorių naudojimas žemės ūkyje: istorija ir veikimo mechanizmai. Poultry Science (2005) 84:634–43. doi: 10.1093/ps/84.4.634
2. Jones FT, Rick SC. Antimikrobinių preparatų kūrimo ir stebėjimo paukščių pašaruose istorija. Poultry Science (2003) 82:613–7. doi: 10.1093/ps/82.4.613
3. Broom LJ. Antibiotikų augimo stimuliatorių subinhibitorinė teorija. Poultry Science (2017) 96:3104–5. doi: 10.3382/ps/pex114
4. Sorum H, L'Abe-Lund TM. Maistu plintančių bakterijų atsparumas antibiotikams – pasaulinių bakterijų genetinių tinklų sutrikimų pasekmės. Tarptautinis maisto mikrobiologijos žurnalas (2002) 78:43–56. doi: 10.1016/S0168-1605(02)00241-6
5. Van Immerseel F, Cauwaerts K, Devriese LA, Heesebroek F, Ducatel R. Pašarų priedai salmonelių kontrolei pašaruose. Pasaulinis paukštininkystės mokslo žurnalas (2002) 58:501–13. doi: 10.1079/WPS20020036
6. Angulo FJ, Baker NL, Olsen SJ, Anderson A, Barrett TJ. Antimikrobinių medžiagų naudojimas žemės ūkyje: atsparumo antimikrobinėms medžiagoms perdavimo žmonėms kontrolė. Seminarai vaikų infekcinių ligų srityje (2004) 15:78–85. doi: 10.1053/j.spid.2004.01.010
7. Lekshmi M., Ammini P., Kumar S., Varela MF. Maisto gamybos aplinka ir gyvūninės kilmės žmonių patogenų atsparumo antimikrobinėms medžiagoms evoliucija. Mikrobiologija (2017) 5:11. doi: 10.3390/microorganisms5010011
8. Lourenço JM, Seidel DS, Callaway TR. 9 skyrius: Antibiotikai ir žarnyno funkcija: istorija ir dabartinė būklė. Leidinyje: Ricke SC, red. Paukštienos žarnyno sveikatos gerinimas. Kembridžas: ​​Burley Dodd (2020). 189–204 psl. DOI: 10.19103/AS2019.0059.10
9. Rickas SC. Nr. 8: Pašarų higiena. In: Dewulf J, van Immerzeel F, eds. Biologinis saugumas gyvulininkystės ir veterinarijos medicinoje. Leuvenas: ACCO (2017). 144–76 psl.