Actualmente, los probióticos están siendo utilizados como una alternativa eficaz a los promotores de crecimiento en animales de producción y su utilización tiene un efecto positivo en la resistencia a las enfermedades.
Escribe: Liliana Revolledo, DMV, MsC, PHD
Introducción
El sistema digestivo en los animales está constantemente expuesto al medioambiente externo y se encuentra en contacto directo con muchos agentes potencialmente patógenos. Las interacciones en el microambiente intestinal son extremadamente complejas, las cuales incluyen anatomía, fisiología, las poblaciones microbianas residentes, entre otros factores. Una comprensión adecuada de todos estos factores y sus interacciones propician condiciones para optimizar la salud de los animales, su rendimiento en el caso de animales de producción, así como la apropiada utilización de los nutrientes de la dieta. En la producción animal es muy importante mantener el equilibrio del microambiente gastrointestinal de tal manera que exista una adecuada utilización de nutrientes para un buen rendimiento del lote.
El ecosistema gastrointestinal en poligástricos y monogástricos comprende una alianza estable entre la microflora residente, la barrera epitelial, las células inmunes, los mediadores y las secreciones (Figura 1). Cada uno de estos componentes es capaz de tener cierto grado de desarrollo independiente, sin embargo, todos interactúan entre sí y son esenciales para el desarrollo completo y funcionalidad del sistema.
Si alguno de estos componentes cambia, el equilibrio se rompe, dejando una puerta abierta para la instalación de agentes patógenos. Uno de los elementos más importantes en el mantenimiento del equilibrio del sistema digestivo es la microflora residente que es una barrera eficiente en la prevención de colonización o proliferación de agentes potencialmente patógenos. Muchas veces, las alteraciones gastrointestinales, consecuencia del manejo inadecuado, producen un desequilibrio en el balance de las poblaciones bacterianas, que puede reflejarse en la proliferación o colonización de agentes potencialmente patógenos.
La microecología del tracto intestinal es similar a la ecología del mundo macrobiológico, donde presiones de selección ocurren por la característica de ser diverso y contener miles de especies aún no conocidas y poblaciones de 1010 por gramo de ingesta. Por lo tanto, la competencia por los nutrientes y los nichos es mucho más intensa que en otros ambientes conocidos. Esto significa que los cambios en las dietas, los ingredientes de las mismas y cualquier otro aditivo que se añada en ella puede resultar en un intercambio muy rápido de poblaciones o comunidades bacterianas.
Diferentes compuestos se han utilizado en los últimos 50 años para mantener ese equilibrio. Algunos de ellos preventivos y otros terapéuticos. La microflora puede ser modificada de varias maneras, utilizando estos compuestos siendo dos las más adecuadas:
A) Directa, por el aporte de un sustrato específico (prebiótico) para las bacterias benéficas, o administrando directamente estas bacterias (probióticos), o la mezcla de ambos (simbióticos o eubióticos).
B) Indirecta, utilizando algunos aditivos que crean condiciones favorables en el microambiente intestinal para la multiplicación de algunas bacterias benéficas (por ejemplo: ácidos orgánicos) o sustancias que estimulen la respuesta inmune innata (abióticos).
A continuación, se describen los grupos de productos que interactúan en el microambiente intestinal para favorecer a las poblaciones bacterianas benéficas, así como algunas de sus características, mecanismos de acción y aplicaciones en los animales.
Los probióticos
Los productos fermentados se utilizaban empíricamente antes de 1850 en el tratamiento de las diarreas. A finales del siglo XIX, Pasteur y Joubert observaron que diferentes muestras bacterianas podían competir entre sí, interfiriendo en su crecimiento. Se sugirió entonces que bacterias no patogénicas podían ser usadas para el control de bacterias patógenas. En 1878, Lister aisló el denominado Bacterium lactis en un cultivo puro de leche fermentada. En 1885, Escherich describió la microbiota y al año siguiente la colonización precoz del tracto gastrointestinal y se sugirió su efecto benéfico. En 1889 fue descubierto el Bifidobacterium en heces de niños alimentados con leche materna.
Döderlein puede ser considerado el primer científico que sugiere el efecto positivo de bacterias lácticas en la estabilización de la vagina, caracterizado por la producción de ácido láctico a partir de azúcares, previniendo o inhibiendo el crecimiento de bacterias patógenas. La primera cultura «comercial» se utilizó en algunos productos lácteos en Copenhague y Kiel. Más tarde, a principios del siglo XX, Metchnikoff sugirió que las bacterias lácticas podían ser usadas con el propósito de promover la salud humana.
La expresión «probiótico» fue probablemente definida por Kollath en 1953 que sugirió el término para describir complejos alimentos orgánicos e inorgánicos. Un año después Vergio comparó los efectos deletéreos de los antimicrobianos con factores favorables en la microbiología del intestino. Lilly y Stillwell (1965) introdujeron el término probiótico para describir sustancias producidas por microorganismos que estimulaban o promovían el crecimiento de otras bacterias. En 1989, posteriormente Fuller denominó los probióticos de suplemento alimenticio constituido de microorganismos vivos que beneficiaban la salud del hospedero, mejorando el balance microbiano intestinal y llevando a la protección contra las infecciones gastrointestinales. A finales de la década de los noventa los probióticos fueron definidos como microorganismos vivos que después de la ingestión exhibían efectos benéficos sobre la función inmune y el tracto gastrointestinal, quedando incluidos en la categoría de alimentos funcionales. En 2003 se introduce el concepto de inmunobiótico, que incluye probióticos que estimulan la respuesta del tejido linfoide asociado a las mucosas (MALT-Mucosal Associated Lymphoid Tissue) y que son capaces de modular la respuesta inmune en el intestino mediada por IgA secretora y estimular el sistema inmune sistémico a través de las células productoras de IgA.
Actualmente, los probióticos están constituidos principalmente por cepas de microorganismos que producen un efecto benéfico para las bacterias intestinales del hospedero, e incluyen bacterias de los géneros Bifidobacterium, Lactobacillus, Enterococcus y algunas levaduras. Algunas especies de Saccharomyces también se utilizan como probióticos, y su resistencia a los antibióticos es una considerable ventaja sobre los probióticos bacterianos. Estos productos se utilizan en el alimento, por período prolongado, con el objetivo de incrementar el desempeño zootécnico o prevenir desórdenes digestivos. Los probióticos contienen una o más cepas de microorganismos de identidad conocida, que generalmente son lactobacilos o algunas bifidobacterias que han sido reconocidas como seguras (GRAS-Generally Recognised As Safe). Para que un producto sea considerado viable para producción a escala comercial debe tener las siguientes obedecer características como:
A) Permanecer viable por largos períodos largos durante el almacenamiento y uso en campo.
B) Ser capaz de sobrevivir, pero no necesariamente multiplicar, en el intestino del hospedero.
C) Mostrar un efecto benéfico en el huésped.
Los probióticos no deben confundirse con los productos que promueven la exclusión competitiva en aves. Estos son una asociación de bacterias anaerobias no patógenas que se administran solo en el primer día de vida del pollito, con el fin de prevenir la colonización intestinal por Salmonella sp. y Campylobacter sp. Hay estudios también mostrando los efectos de la exclusión competitiva en cerdos.
Se ha sugerido que los probióticos tienen las siguientes propiedades y funciones:
A) Adherencia al tejido epitelial del hospedero.
B) Ácidos resistentes y tolerantes a la bilis.
C) Eliminación de patógenos o reducción de la adherencia de los patógenos a la microbiota.
D) Producción de ácidos, peróxido de hidrógeno y bacteriocinas antagonistas del crecimiento de patógenos.
E) Deben ser seguros o inocuos, por lo que no son patógenos y no carcinogénicos.
F) Ayudan a la mejora de la microbiota intestinal.
Los probióticos aumentan la proporción de especies de lactobacilos y de otras bacterias ácido-lácticas en el intestino delgado, y producen modificaciones en las células de Goblet y en la dinámica de la mucina, que influyen en la salud y la función intestinal.
Actualmente los probióticos están siendo utilizados como una alternativa eficaz a los promotores de crecimiento en animales de producción y su utilización tiene un efecto positivo en la resistencia a las enfermedades.
Modo de acción
Se han propuesto diferentes mecanismos de acción de los probióticos. Algunos efectos han sido probados in vivo e in vitro, entre los cuales pueden mencionarse como más importantes los siguientes:
Efectos en la barrera intestinal
El intestino forma una barrera epitelial, impidiendo la contaminación bacteriana en tejidos intersticiales y permitiendo el transporte de agua y nutrientes. La microbiota autóctona, es decir, la microbiota residente desempeña un papel importante en el mantenimiento de la integridad del hospedador, pues impiden el establecimiento de bacterias patógenas en el tracto gastrointestinal, degradan productos tóxicos y participan en la modulación del sistema inmune de los huéspedes. Este conjunto de factores fue denominado «efecto barrera».
Las disbiosis (Figura 1), después de la antibioticoterapia, por ejemplo, pueden favorecer la colonización por bacterias patógenas. Los probióticos, a su vez, son capaces de influenciar muchos componentes de la barrera intestinal, fortaleciendo las uniones del epitelio intestinal, induciendo la producción de mucina, HSP (Heat shock protein), IgA y producción de β defensina. La inmunomodulación mediada por probióticos ocurre a través de la estimulación de las células dendríticas. Las células dendríticas, células presentadoras de antígenos, se comportan como el eje central en las propiedades protectoras de los probióticos. Estas células expresan los receptores «Toll como receptores» (TLRs) y los «nucleotide-binding oligomerisation domain» (NOD), donde el fenotipo y la producción de citocinas están regulados por las bacterias.
Uno de los más importantes efectos de los TLR en las células epiteliales intestinales es la inducción de la producción de algunas citocinas. La secreción de citocinas es responsable de la participación de la regeneración celular, inhibición de la apoptosis celular e interferencia en la proliferación y diferenciación de las células del sistema inmune, como las células T o las células epiteliales. Las células T estimulan la producción de anticuerpos como IgA. La inmunoglobulina A se considera la primera clase de anticuerpos secretados en los mamíferos y las aves. La IgA previene la adherencia y la colonización por bacterias patógenas, neutraliza toxinas de virus, bacterias y hongos, y promueve la inmunidad de la mucosa.
Uno de los más importantes efectos y su capacidad de actuar a través de los TLR en las células epiteliales intestinales induciendo la producción de algunas citocinas que participan en la regeneración celular e inhiben la apoptosis celular; y otros mecanismos también se han descrito. Otro efecto en la función de la barrera epitelial es su capacidad de actuar contra los efectos de las citocinas inflamatorias, siendo la hipótesis más aceptada que los probióticos actúan previamente en el intestino del hospedero para que la acción contra las citocinas inflamatorias pueda ocurrir.
Efectos antimicrobianos
Las evidencias científicas de los últimos años demuestran que la utilización de probióticos puede conducir a la inhibición del crecimiento de microorganismos autóctonos o de potenciales agentes patógenos por varios mecanismos, entre ellos podemos citar: la capacidad de las bacterias probióticas de disminuir el pH de la luz intestinal, la secreción secreta de proteínas bactericidas (bacteriocinas), y la inhibición de la adhesión a las células epiteliales intestinales (CEI).
Los probióticos también interfieren con la producción de producción de defensinas, e influencian la influencia en la producción de criptidinas, unas sustancias antibacterianas una sustancia antibacteriana de bajo peso molecular producida producida por las CEI.
Los productos de metabolismo producidos por bacterias probióticas bacterianas o fúngicas son capaces de inhibir el crecimiento de otras otras especies de microorganismos. La producción de estas sustancias inhibitorias, denominadas bacteriocinas, contribuye al mantenimiento del equilibrio microbiano, no permitiendo la súper colonización de determinada supremacía de la población de microorganismos. Muchas de estas sustancias, denominadas bacteriocinas, Las bacteriocinas son péptidos, proteínas o glicoproteínas producidas en los ribosomos por muchas especies bacterianas. Otro compuesto producido por los microorganismos probióticos es el peróxido de hidrógeno que también tiene actividad antimicrobiana. Las bacteriocinas generalmente son solubles en agua, actúan en bajas concentraciones, y actúan en las diferentes especies de bacterias potencialmente patógenas al huésped. Estas sustancias inhiben bacterias Gram-positivas y tienen una acción deletérea en bacterias Gramnegativas penetrando la membrana externa e induciendo la inactivación. Las bacterias patógenas, en presencia de bacteriocinas, son inhibidas, permitiendo mayor eficiencia en la asimilación de nutrientes y favoreciendo la ganancia de peso; hay también producción de ácidos grasos volátiles por la microbiota anaerobia responsable del control de la colonización del intestino por bacterias como Escherichia coli patogénicas, Salmonella spp., Campylobacter sp., y otras. Un ejemplo de una bacteriocina ampliamente estudiada, bajo el aspecto bioquímico y genético, es la lactacina F producida por el Lactobacillus johnsonii.
Otro compuesto con acción antimicrobiana producida por los microorganismos probióticos es el peróxido de hidrógeno (H2O2). El peróxido de hidrógeno es producido por las bacterias probióticas en presencia de oxígeno, como resultado de la acción de la flavoproteína de aminoácido oxidasa o de la dinucleótida adenina nicotinamida (NADH).
El efecto antimicrobiano del H2O2 es el resultado de la oxidación de grupos sulfhidrilo que causan la desnaturalización de las enzimas, y por lo tanto, a partir de la peroxidación de lípidos de la membrana, aumenta la permeabilidad de la membrana (Kong y Davison 1980). El H2O2 es también un precursor de la producción de radicales libres bactericidas como los radicales superóxido (O2-) e hidroxilo (OH-), los cuales pueden dañar el ADN bacteriano.
El dióxido de carbono (CO2), producido principalmente por bacterias ácido lácticas heterofermentativas, es otro compuesto con acción antimicrobiana. El CO2 produce un ambiente anaeróbico en el que inhibe las descarboxilaciones enzimáticas y el acumulo de CO2 en la membrana lipídica causa disfunción de la permeabilidad. El CO2 tiene la capacidad de inhibir el crecimiento principalmente de bacterias Gram-negativas psicotrópicas.
Efectos en la respuesta inflamatoria de las células epiteliales
Los probióticos pueden influir en la producción de citocinas por las CEI. Se ha demostrado que grupos de bacterias probióticas pueden modular la expresión de genes asociados a la producción de ciertas citocinas, inhibir la actividad proinflamatoria aumentando la expresión de algunos genes que regulan la respuesta inflamatoria y aún la activación transitoria de algunos genes que inhiben la inflamación en el tracto intestinal.
Efectos en la inmunoestimulación de las células residentes en el tracto intestinal
El sistema inmune intestinal constituye la mayor y más compleja parte del sistema inmune tanto de los animales y del hombre. El principal componente se denomina tejido linfoide asociado al intestino (GALT), el cual en los animales puede ser caracterizado de las siguientes formas: organizado, constituido por folículos linfoides asociados o Placas de Peyer y ganglios linfáticos mesentéricos, y/o difuso, compuesto por poblaciones dispersas de linfocitos en el epitelio y en la lámina propia. La pared intestinal contiene macrófagos, células presentadoras de antígeno (células dendríticas) y linfocitos T y B. Los tejidos linfoides asociados a la mucosa intestinal desempeñan un papel importante como primera línea de defensa contra patógenos ingeridos, influenciando en la respuesta inmunológica sistémica, representada por los ganglios linfáticos dispersos por el organismo y por el bazo. De esta forma, la administración oral de probióticos resulta en una respuesta inmune sistémica no sólo del tracto gastrointestinal, sino también de otros tratos, como por ejemplo, el reproductivo y el respiratorio.
Los probióticos tienen la capacidad de interactuar con las células epiteliales intestinales de la mucosa y actúan en la inmunidad intestinal inespecífica. Los estudios han demostrado que algunos lactobacilos pueden estimular el sistema inmune intestinal, produciendo IgA o activando las células Natural Killer (NK). Otros efectos inmunomoduladores están relacionados con el aumento de la actividad fagocítica, promoción de la proliferación de células B y consecuentemente de IgA e IgG. Los probióticos también pueden estimular la producción de citocinas, como por ejemplo las citocinas antiinflamatorias (IL-10, TNF-β) y reducir al mismo tiempo las citocinas pro-inflamatorias (TNF-α, IFN-γ, IL-8). También poseen la capacidad de estimular las células linfoides de forma directa e indirecta, regulando la producción de células T y células dendríticas, que estas a su vez son responsables de la presentación de antígenos y la respuesta inmune específica. La respuesta inmunológica de los probióticos está directamente relacionada con las especies bacterianas e incluso con las diferentes cepas pertenecientes a la misma especie bacteriana. Por ejemplo, mientras que el Lactobacillus acidophilus aumenta la proliferación de linfocitos en el bazo de los ratones, el Lactobacillus casei y el Lactobacillus rhamnosus la inhibe. Por lo tanto, los efectos benéficos de una cepa probiótica no pueden ser extrapolados a otras cepas de la misma especie.
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