Nuevo enfoque para modular la fermentación de la fibra y optimizar el rendimiento del crecimiento

Introducción

Los antibióticos se utilizaron de manera amplia y eficiente como una práctica común en la producción animal a niveles subterapéuticos como promotores del crecimiento, principalmente para controlar la salud intestinal. De hecho, una encuesta reciente ha mencionado que los productores notaron un aumento de la coccidiosis (+ 53%), enteritis necrótica (+ 53%) y colibacilosis (+ 35%) desde que eliminaron o redujeron el uso de antibióticos en la producción de alimentos para aves [1]. Es cierto que la aparición de la resistencia a los antibióticos llevó a varios países a prohibir el uso de antibióticos como promotores del crecimiento y ejercer una gran presión a nivel mundial. Pero a medida que su uso ha disminuido en la producción avícola, ciertas enfermedades que antes estaban bajo control han aumentado, lo que significa que los productores deben encontrar alternativas relevantes; y por lo tanto, significa cambios importantes en la práctica. Por lo tanto, es más importante observar diferentes estrategias para mantener una producción saludable y reducir el uso de antibióticos para mantener el rendimiento del crecimiento. Entre la amplia gama de alternativas que se agregarán en la alimentación animal para mejorar la condición intestinal, se publicaron algunas investigaciones recientes que analizan el modo de acción de las enzimas y cómo optimizar la utilización de la fibra para influir en la funcionalidad intestinal y el rendimiento animal [2]. Cómo de hecho, la fibra dietética puede ayudar a optimizar la función intestinal y debido a que no es altamente digestible, representa el sustrato principal del microbioma del intestino posterior; y por lo tanto, influye en la fermentación. En este proceso, la alimentación de una xilanasa tiene mucha importancia, ya que las investigaciones publicadas han demostrado beneficios al aumentar la producción de ácidos grasos volátiles (VFA) [3], producción que conduce a un mejor rendimiento [4]. Este efecto "prebiótico" del uso de una xilanasa se discutió ya hace mucho tiempo, pero no se consideró realmente como un efecto principal, sin embargo, algunos datos recientes sugieren que los efectos beneficiosos de los AXOS y algunos xilo-oligosacáridos específicos (XOS) producidos in situ o suministrados en la alimentación, pueden explicar la estimulación directa de las bacterias productoras de butirato y lactato, fermentando el lactato a butirato en el intestino posterior, lo que mejora la función gastrointestinal y, en consecuencia, el rendimiento [5]. En este estudio, el objetivo fue comparar diferentes estrategias dietéticas para encontrar una combinación de una xilanasa (1) y butirato directamente de la alimentación, o una combinación de xilanasa (2) y XOS específicos, para proporcionar sustancias capaces de estimular y promover la producción benéfica de VFA a través de la modulación del microbioma del intestino posterior.

Materiales y Métodos

1) Desempeño
Pollos de engorda Ross 308 machos de un día de edad, provenientes de una incubadora comercial, se colocaron al azar en corrales, colocando 65 aves/corral y se llevaron a un peso de aproximadamente 2.800 kg. Se probaron tres tratamientos en 9 lotes por repetición, por tratamiento. Todas las dietas, con presentación física en harina, se complementaron con 1,500 FTU/kg de fitasa (Quantum Blue®, AB Vista; con una valorización matricial de minerales para las primeras 500 FTU/kg) y se ofrecieron en 4 fases alimenticias (Pre-Iniciador: 0-10 días, Iniciador: 11 a 21 días, Engorda: 22 a 32 días, y Finalizador: > 33 días). Las dietas descritas en la Cuadro 1 fueron sin coccidiostato y ofrecidas ad libitum. El resultado de la cuantificación mediante el análisis de la fitasa en el alimento y de la xilanasa se presentan en la Cuadro 1. Los tratamientos experimentales fueron: 1) tratamiento de control (CTRL); 2) y 3) se redujo la energía en 150 kcal / kg y se complementaron con xilanasa (1) y butirato microencapsulado hasta 30 días (XYL + BUT) o con xilanasa (2) + XOS específicos (XYL + XOS; Signis®, AB Vista) respectivamente.

Cuadro 1. Dietas Experimentales

Nuevo enfoque para modular la fermentación de la fibra y optimizar el rendimiento del crecimiento - Image 1

Click aquí para ampliar la imagen

Cuadro 2. Análisis de las Enzimas por Tratamiento

Nuevo enfoque para modular la fermentación de la fibra y optimizar el rendimiento del crecimiento - Image 3

*no analizado

Se registró el rendimiento para cada fase de crecimiento [peso corporal (BW), consumo de alimento (FI), % de Viabilidad] y se calculó, el índice de conversión alimenticia (FCR) y el factor de eficiencia de producción europea (EPEF). Los datos se analizaron mediante un ANDEVA o Ji-Cuadrada (viabilidad) y las diferencias se consideraron significativas cuando el valor P fue ≤0.05 y una tendencia cuando P < 0.10.

2) Recopilación y análisis del contenido del Ciego.

Se colectaron muestras del contenido del Ciego en aves con un peso de 2.800 kg (alrededor de los 42 días de edad). Se sacrificó un ave por corral individualmente y el contenido del ciego se recogió suavemente y se colocó directamente en viales de conservación (“Alimetrics Diagnostics”). En total se analizaron 9 muestras por tratamiento. Los tubos y todos los análisis sobre el contenido del ciego fueron realizados por “Allimetrics Diagnostics”, un laboratorio independiente con sede en Finlandia. Las muestras de digesta se sometieron primero a análisis de actividad SCFA y xilanasa. La extracción de ADN bacteriano se realizó luego con el protocolo interno de Alimetrics, que está optimizado y validado para la extracción de ADN bacteriano en muestras de pollos de engorde del contenido del intestino delgado. En consecuencia, un total de 27 muestras de ADN del ciego se sometieron a un perfil del % de G+C como se especifica a continuación:

El perfil porcentual de G+C fracciona los cromosomas de varias especies bacterianas en función de su contenido característico de guanina + citosina (G+C) lo que revela diferencias propias en la microbiota dominante del ciego entre muestras individuales. Para obtener un perfil de comunidades bacterianas del ciego, se fraccionó cada muestra de ADN que separa los cromosomas con diferentes contenidos de G+C. Esta separación se basa en la densidad diferencial impuesta por el tinte de unión del ADN dependiente de bisbencimidazol. Después de la ultracentrifugación, los gradientes formados se bombearon a través de un detector de absorbancia UV de flujo ajustado a 280 nm. Finalmente, el contenido del % de G+C representado por cada fracción de gradiente, se determinó mediante análisis de regresión lineal (r²> 0.99) de los datos obtenidos de los gradientes control, que contienen muestras de ADN estándar de composición conocida del % de G+C.

Resultados y Discusión

Con respecto al rendimiento en el crecimiento, sólo aparecieron diferencias significativas en la última fase del crecimiento, donde se complementó la dieta con xilanasa (2) y los oligosacáridos específicos (XYL + XOS), ellos fueron los únicos capaces de hacer frente a la reducción de la energía en 150 Kcal, permitiendo que las aves alcanzaran un desempeño similar al de la dieta de CTRL. De hecho, la reducción en 150kcal parece ser demasiado alta para hacer frente a la suplementación de XYL (1) + BUT reflejando una reducción del rendimiento de 6 y 5 puntos en comparación con las dietas CTRL y XYL + XOS respectivamente (Figura 2). Sin embargo, parece que la combinación con XYL + XOS fue capaz de extraer la reducción de la energía, probablemente al aprovechar la optimización de la fracción no digerida, que de otro modo no sería utilizada y sería excretada directamente por los animales. En la Figura 1 podemos observar, que incluso si las diferencias fueron significativas en la fase de finalización, aparecieron diferencias numéricas en la segunda fase entre 11 y 21 días, donde XYL + XOS estaba por debajo de 1 punto en comparación con el grupo CTRL, y el tratamiento XYL + BUT ya tenía 6 puntos por debajo. De hecho, algunos autores destacaron que el efecto prebiótico de la xilanasa para producir VFA benéficos [3] [4] podría llevar algún tiempo [6] lo que dificulta la mejora significativa en términos de rendimiento.

Figura 1. Evolución de la FCR por periodo y por tratamiento

Nuevo enfoque para modular la fermentación de la fibra y optimizar el rendimiento del crecimiento - Image 5

Click aquí para ampliar la imagen

Figura 2. Conversión alimenticia total corregida por mortalidad (BwcFCR) por tratamiento

Nuevo enfoque para modular la fermentación de la fibra y optimizar el rendimiento del crecimiento - Image 4

Click aquí para ampliar la imagen

De hecho, el microbioma puede necesitar más tiempo para establecerse después de ser estimulado por los AXOS producidos por la xilanasa. Además de eso, diferentes perfiles de AXOS producidos por diferentes xilanasas, también pueden explicar la variabilidad observada, ya que algunos de los AXOS cortos pueden tener un efecto perjudicial en el rendimiento [7]. Con el XYL + XOS, la acción del AXOS producido por la xilanasa, se ve reforzada por la combinación con un xilo-oligosacárido específico que parece acelerar el establecimiento de un microbioma benéfico, que luego se traduce en una mejora en el rendimiento. Debido a esto, durante el período general del estudio, las aves alimentadas con esta combinación pudieron alcanzar el rendimiento alcanzado por las aves alimentadas con la dieta CTRL.

Para comparar los resultados de los pollos de engorda de los diferentes tratamientos, se calculó el Factor de Eficiencia de Producción Europea (EPEF) dando una visión global de los 3 tratamientos dietéticos teniendo en cuenta el rendimiento, la mortalidad (Cuadro 3) y debido al menor rendimiento del XYL + BUT el EPEF tendió a ser menor en 16 y 14 puntos en comparación con CTRL y XYL + XOS respectivamente (p= 0.088).

Cuadro 3. Resultados del rendimiento del crecimiento por tratamiento

Nuevo enfoque para modular la fermentación de la fibra y optimizar el rendimiento del crecimiento - Image 6

Click aquí para ampliar la imagen

Nuevo enfoque para modular la fermentación de la fibra y optimizar el rendimiento del crecimiento - Image 8

Click aquí para ampliar la imagen

Paralelamente al rendimiento, se recogieron muestras de ciego al final de la prueba y se enviaron al laboratorio para análisis del perfil de SCFA, actividad de xilanasa y del % de G+C (Cuadro 4 y Figura 3). No se observaron diferencias significativas con respecto al análisis SCFA o la actividad de xilanasa en el ciego. Sin embargo, se notó una disminución de los Ácidos Grasos de Cadena Ramificada (BCFA) con el XYL + XOS en comparación con el XYL + BUT y; en menor medida, en comparación con el CTRL. Sin embargo, como los animales se alimentaron con butirato microencapsulado en XYL + BUT, esperábamos un aumento de la concentración de butirato después de este tratamiento. También esperábamos un aumento de la concentración de butirato cuando se suplementaba con XYL + XOS ya que el producto de xilanasa y XOS deberían haber estimulado las comunidades de bacterias benéficas [8] [9] involucradas en la producción de butirato [5]. Sin embargo, el análisis SCFA del ciego puede no ser el criterio más relevante, ya que es un análisis en un punto en el tiempo de un flujo dinámico de producción y absorción. Los resultados del perfil del % de G+C, resaltaron que incluso si la concentración en este momento no aumentó claramente, sí hubo algunos cambios en la composición del microbioma dependiendo de los diferentes tratamientos (Figura 3).

Cuadro 4. Ácidos grasos de cadena corta (SCFA) en el ciego y análisis de actividad de xilanasa

Nuevo enfoque para modular la fermentación de la fibra y optimizar el rendimiento del crecimiento - Image 10

Click aquí para ampliar la imagen

De hecho, parece claro que la comunidad de bacterias es diferente entre los tratamientos; lo que confirma, que dependiendo de la dieta y el sustrato que llega al ciego, el microbioma se verá influenciado. La dieta CTRL es significativamente diferente de las otras 2, donde XYL + XOS y XYL + BUT han aumentado significativamente la población que contiene microorganismos productores de butirato (45-54%). En general, el perfil de XYL + XOS y XYL + BUT parecía muy similar y no estadísticamente diferente. Sin embargo, los resultados mostraron que el pico medio dominante de XYL + BUT se desplazó ligeramente hacia un mayor porcentaje de G+C y más variable; lo que destaca una microbiota menos uniforme (datos no mostrados).

Figura 3. Porcentaje de G+C en el contenido del ciego recolectado de aves alimentadas con diferentes tratamientos (CTRL; XYL + XOS; XYL + BUT)

Nuevo enfoque para modular la fermentación de la fibra y optimizar el rendimiento del crecimiento - Image 12

Click aquí para ampliar la imagen

* La línea naranja es el valor p comparando CTRL vs XYL + BUT, la línea azul es el valor p comparando CTRL vs XYL + XOS, la línea gris es el valor p

comparando XYL + BUT a XYL + XOS, la línea negra es la línea de referencia a 0.05

Conclusión

Existe un gran potencial en la exploración de la fibra para estimular el microbioma del ciego para optimizar la función intestinal y mejorar el rendimiento del crecimiento. Más que un prebiótico, la combinación de xilanasa y estos xilo- oligosacáridos específicos, tienen la capacidad de estimular la degradación de la fibra por el microbioma, para aumentar la fermentación de la fibra, sin convertir el sustrato para el crecimiento de este microbioma y esto fue clasificado recientemente como un "estimulante" por Gonzales-Ortiz et al. al., (2019) [2]. Este nuevo tipo de producto puede representar una alternativa relevante para ayudar en el desafío asociado con la eliminación del promotor de crecimiento de antibióticos como también lo señaló recientemente Gomes et al., 2019 [10].

Nuevo enfoque para modular la fermentación de la fibra y optimizar el rendimiento del crecimiento

Adyuvante de metionina en gallinas ponedoras

Evonik Animal Nutrition