Uso de Exclusión competitiva en la reducción de E. coli patogénica en avicultura

Orion Corporation

Introducción

Hoy en día, la Exclusión Competitiva (EC) es cada vez más popular como método para mejorar la salud y el rendimiento en la producción avícola. La amenaza que representa el aumento de la resistencia a los antibióticos y una mejor comprensión de la importancia de una microbiota intestinal equilibrada para mejorar la salud son los principales factores de crecimiento de esta tendencia.¹

Muchas empresas de pollos de engorde utilizan Broilact como parte integral de sus programas de control de Salmonella u otras bacterias, mientras que otras utilizan el producto para mejorar el rendimiento, reducir la necesidad de antibióticos y reducir las lesiones en las almohadillas de las patas.

Escherichia coli se encuentran normalmente en la microbiota intestinal sana de las aves. La mayoría de las cepas de E. coli son inofensivas, pero también existen cepas patógenas. En la producción avícola, estas cepas patógenas tanto aviares como humanas pueden causar problemas.

Los productos de EC han mostrado buenos resultados en la reducción de E. coli patógenica tanto aviar como humana en las aves de corral. Esta revisión resume brevemente algunos artículos relacionados con el uso de productos de EC para reducir ciertas cepas de E. coli patogénicas. Además, se analiza brevemente la importancia de los “factores de virulencia” de E. coli para determinar la patogenicidad de las cepas.

Las cepas de E. coli no patogénicas pertenecen a la microbiota intestinal sana

La microbiota intestinal de las aves es el resultado de un proceso evolutivo a largo plazo. Los microorganismos presentes en el tracto intestinal se han seleccionado durante decenas de millones de años en función de los beneficios que han podido ofrecer a su huésped en diversas condiciones y entornos.

La microbiota intestinal es notablemente compleja, tal vez incluso el ecosistema de espacio limitado más denso de la tierra, con hasta 10¹² células por gramo de contenido intestinal. Las cepas de E. coli son parte integral de la microbiota intestinal de todas las aves, así como de su entorno inmediato. E. coli está comúnmente presente en el tracto intestinal, las superficies mucosas, la piel de las aves y las plumas. El ciego de los pollos alberga cerca de 10⁶ unidades formadoras de colonias de E. coli por gramo de heces.

Exclusión competitiva en la reducción de E. coli patogénica en aves

Hay varios estudios publicados que describen el uso de la Exclusión Competitiva o microbiota fecal como una forma potencial de controlar varias formas de E. coli patogénica aviar y humana y problemas relacionados con la producción avícola:

E. coli patogénica humana 0157: H7

Ya en 1992, se evaluó el efecto de los cultivos anaerobios de la micro ora fecal de aves adultas sobre la colonización con Escherichia coli O157: H7 en dos líneas de pollos de engorde y ponedoras jóvenes.

La protección contra este patógeno fue evidente en ambos tipos de pollitos..⁴

E. coli patogénica para aves de corral 020: K-:H8 y E. coli patogénica para humanos 0157:H7

Unos años más tarde, Hakkinen et al. estudiaron la prevención de la colonización cecal de pollitos por E. coli 020: K-:H8 patogénica para aves y E. coli 0157:H7 patogénica para humanos. Los pollitos se trataron con un producto EC el día de la eclosión y se desafiaron con E. coli patogénica un día después.

El serotipo patogénico avícola mostró niveles más altos de colonización cecal que el serotipo patogénico humano, pero la protección contra ambos patógenos fue muy significativa.³

E. coli patógena aviar O78:K80

En un ensayo, se les administró un producto de EC a pollos de engorde de un día de edad y luego se les desafió con E. coli patogénica aviar O78:K80.⁵

Una sola dosis oral del producto comercial de EC redujo significativamente la colonización del intestino delgado, el intestino grueso y el ciego por E. coli O78:K80 a los 7 y 14 días posteriores al desafío.

E. coli productora de ESBL o pAmpC

Las β-lactamasas de espectro extendido (ESBL) y las serina β-lactamasas de clase C (pAmpC) son capaces de hidrolizar las cefalosporinas de tercera generación, por lo que presentan una amenaza para la eficacia de estos fármacos.

Un estudio de Nuotio et al. se llevó a cabo para determinar la eficacia de un producto comercial de EC, Broilact, en la reducción de la colonización de ciegos de pollos de engorde por E. coli productora de ESBL o pAmpC.

Se observó una reducción sustancial y estadísticamente significativa o muy significativa en la colonización del ciego de los pollitos tratados con EC por las cepas de E. coli estudiadas, en comparación con la del control no tratado.¹¹

No hay ninguna cepa patógena de E. coli en Broilact

Las cepas de E. coli son una parte integral de la ora saludable comensal normal en las aves. Aunque algunas de las cepas son patógenas, la mayoría de las cepas son inofensivas.

El producto de exclusión competitiva Broilact de Orion Pharma Animal Health contiene solo una cepa de E. coli. Es una cepa no patógena que se origina en una sola ave sana y se ha utilizado en el producto continuamente desde 1988. Se ha probado que la cepa de E. coli en Broilact es sensible a todos los antibióticos.

La cepa de E. coli en Broilact está bien caracterizada. Todo su genoma ha sido secuenciado y ensamblado. En el genoma, solo se han identificado dos de los factores indicadores de virulencia que se analizan más adelante en este documento. Estos dos factores no plantean ningún problema de seguridad ya que ninguno de los otros factores indicadores de virulencia está presente.

Broilact tiene un excelente historial de seguridad con un uso a gran escala en la producción de pollos de engorde durante varias décadas sin que se hayan informado problemas relacionados con E. coli u otros patógenos.

“Factores de virulencia” y E. coli

Los factores de virulencia son factores genéticos que están asociados con la capacidad de los patógenos para causar enfermedades. Todas las cepas de E. coli tienen algunos factores de virulencia.

Muchos microorganismos gastrointestinales patógenos y no patógenos utilizan estrategias similares para superar los desafíos presentes en su nicho. Por lo tanto, el término “factor de virulencia” a veces puede ser un poco engañoso, cuando la misma estructura/mecanismo se encuentra en comensales inofensivos, donde representan una necesidad para la vida en el tracto gastrointestinal, en lugar de ser un verdadero indicador de patogenicidad.¹⁴

En el caso de algunos “factores de virulencia”, puede ser más apropiado hablar de “factores de nicho” que de “factores de virulencia”, cuando no se ha demostrado que los factores desempeñen un papel importante en ningún proceso patogénico particular.

Se han identificado cientos de “factores de virulencia” potenciales en las cepas de E. coli, lo que dificulta la identificación confiable de una E. coli patogénica de hecho, ya que a menudo estos genes también están presentes en las cepas comensales, y muchos de ellos no siempre están presentes en una cepa patógena.

Los investigadores han reducido el número de “factores de virulencia” a los más comunes para que sea más práctico identificar E. coli patogénica con fines de diagnóstico en mente. Para E. coli patogénica aviar (APEC), el indicador “factores de virulencia” se ha reducido a 5 – 9 factores al observar los factores más significativamente asociados con cepas APEC altamente patógenas.^{8, 10, 12} Este enfoque, aunque es muy práctico, tiene sus limitaciones.

Si una cepa de E. coli aviar tiene todos los “factores de virulencia” indicadores identificados, existe una probabilidad muy alta de que la cepa sea patógena. Sin embargo, también existe la posibilidad de que la cepa no sea patógena.

Por ejemplo, en los datos presentados por Johar et al., donde se aislaron 158 cepas de E. coli de pollos sanos y no sanos, los 8 indicadores de “factores de virulencia” (OmpT, hylF, IroN, tsh, iss y cvl/cva) se encontraron en la mayoría de las cepas de E. coli aisladas de aves sanas. De manera similar, hubo una gran proporción de aislamientos de aves enfermas que no tenían ninguno de los genes indicadores.

En el mismo estudio, cuatro (Ompt, hylF, iroN & tsh) de los ocho “factores de virulencia” fueron más comunes en cepas de E. coli de aves sanas que en aves enfermas.12 En un trabajo de Johnson et al., el número promedio de cinco genes indicadores de virulencia (iutA, hlyF, iss, iroN y ompT) en cepas de E. coli no patógenas fue de 3.9, en contraste con 4.6 para cepas APEC con alta patogenicidad.¹⁰

Resumen

La mayoría de las cepas de E. coli son inofensivas, pero también existen cepas patógenas. En la producción avícola, las cepas patógenas tanto aviares como humanas pueden causar problemas.

En varios estudios publicados, los productos de exclusión competitiva han demostrado una buena eficacia en la reducción de cepas de E. coli patogénicas para aves y humanos.
En consecuencia, es razonable esperar que los productos de EC puedan contribuir a reducir y prevenir los problemas causados por las cepas de E. coli patogénicas para aves y humanos, así como las cepas de E. coli que producen ESBL- o pAmpC.

Puntos clave

• A pesar de que algunas cepas de Escherichia coli son patogénicas, muchas otras son inofensivas.
• Broilact tiene un excelente historial de seguridad de uso en la producción de pollos de engorde por muchas décadas sin problemas reportados por E. coli ni otros patógenos.
• En muchos estudios publicados, los productos de exclusión competitiva muestran ser eficaces en la reducción de cepas patogénicas de E. coli de aves y humanos. Es razonable esperar que los productos de EC pueden contribuir a la reducción y prevención de problemas causados por las cepas patogénicas de E. coli de aves y humanos, así como cepas de E. coli productoras de ESBL o AmpC.
• Broilact, producto de exclusión competitiva, contiene solo una cepa de E. coli. Es una cepa no patogénica originaria de una sola ave adulta y saludable. La cepa es bien caracterizada y el genoma completo ha sido secuenciado y ensamblado.

Referencias bibliográficas

1. Rantajärvi, P . Competitive exclusion is increasing in popularity. Poultry World 2021, 7.12.2020. https://www.poultryworld. net/specials/competitive-exclusion-is-increasing-in-popularity/
2. Awad E, Najaa M, Zulaikha Z, Zulkifli I, Soleimani A Effects of heat stress on growth performance, selected physiological and inmunological parameters, caecal microflora and meat quality in two broiler strains Anim Biosci 2020;33(5):778787. DOI: https://doi.org/10.5713/ajas.19.0208
3. Hakkinen M., and C. Schneitz, 1996, Efficacy of a commercial competitive exclusion product against chicken pathogenic Escherichia coli and E. coli O157:H7. Vet. Rec. 139:139–141.
4. Stavric, S., B. Buchanan, and T. M. Gleeson. 1992. Competitive exclusion of Escherichia coli O157:H7 from chicken wiht anaerobic cultures of faecal microflora. Left. Appl. 14:191–193.
5. Hofacre, C. L., A. C. Johnson, B. J. Kelly, and R. Froyman. 2002. Effect of a commercial competitive exclusión culture on reduction of colonization of an antibioticresistant pathogenic Escherichia coli in day-old broiler chickens. Avian Dis. 46:198–202.
6. Certification by Orion Pharma Animal Health “Escherichia coli strain in Broilact”. 13.07.2018. Yannes Sclivagnotis.
7. Barnes H., J. et al. Colibacillosis. Diseases of Poultry, Blackwell Publishing, Ames, IA (2008), pp. 691-737.
8. Rodriguez-Siek K.E. et al. Characterizing the APEC pathotype Vet. Res. 36 (2005) 241 – 256 DOI: 10.1051/vetres:2004057
9. Dirgam, A. R. et. Differentiation of Avian Pathogenic Escherichia coli Strains from Broiler Chickens by Multiplex Polymarase Chain Reaction (PCR) and Roman Amplified Polymorphic (RAPD) DNA. Open Journal of Veterinary Medicine, Vol.4 No.10, October 20, 2014
10. Johnson, T., J. et al. Identification Of Minimal Predictors of Avian Pathogenic Escherichia coli Virulence for Use as a Rapid Diagnostic Tool. Journal of Clinical Microbiology Vol. 46, No. 12 DOI: https://doi.org/10.1128/JCM.00816-08
11. Nuotio, L., C. Schneitz, and O. Nilsson. 2013. Effect of competitive exclusion in reducing the occurrence of Escherichia coli producing extended-spectrum β-lactamases in the ceca of broiler chicks. Poult. Sci. 92:250–254.
12. Johar, A. et al. Antibiotic Resistance and Virulence Gene Patterns Associated with Avian Pathogenic Escherichia coli (APEC) from Broiler Chickens in Qatar. Antibiotics 2021, 10, 564. https://doi.org/10.3390/antibiotics10050564
13. De Carli, S. et al. Virulence gene content in Escherichia coli isolates from poultry flocks with clinical signs of colibacillosis in Brazil, Poultry Science, Volume 94, Issue 11, 2015, Pages 2635-2640, ISSN 0032-5791, https://doi.org/10.3382/ps/ pev256. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S0032579119322783