Beta-glucanos y el sistema Inmmune de las aves

Las infecciones bacterianas de las aves son un asunto extremadamente  importante en lo que concierne a dos factores, la salud y la productividad de las aves, además de  la importancia de la transmisión de infecciones vía  alimento como es el caso de Salmonella spp  y Campylobacter spp. El uso sub- terapéutico de antibióticos ha reducido el impacto sobre las infecciones bacterianas, pero también ha llevado a la industria a generar resistencias bacterianas. El resultado ha sido el retiro de varios antibióticos promotores de crecimiento. Los productores trabajan  varias alternativas para reducir el uso de antimicrobianos. Se ha presentado un fuerte  interés en los “aditivos naturales” que estimulen el sistema inmune de las aves. Hay algunas investigaciones que demuestran que los Beta-glucanos (ß-glucanos), juegan un papel importante en la sustitución de los antibióticos y en el estímulo del sistema inmune. Rathgeberet al. (2008), Reporta que el uso de los ß-glucanos provenientes de la pared de la levadura fueron efectivos como promotores de crecimiento en los pollos comparados con la Virinamicina, un antibiótico usado en los pollos a dosis su terapéuticas, similarmente Zhang et al. (2008)  reporta que la suplementación de las dietas en pollos de engorde con ß-glucanos puede mejora el crecimiento en dos términos de promedio de peso de ganancia diaria y conversión alimenticia.

El efecto inmuno modulador de los ß-glucanos en los mamíferos está bien documentado,  pero, aunque el sistema inmune de los mamíferos y las aves son similares no es posible extrapolar esas investigaciones de mamíferos a las aves.

Los ß-glucanos son polímeros de glucosa muy complejos, que estructuralmente hacen parte de las paredes celulares de muchos organismos, de bacterias, levaduras, hongos y algas. Se encuentran en la avena y la cebada, están conformados por seis anillos de glucosa unidos en forma lineal, con enlaces glicosidicos, la naturaleza de estos enlaces glicosidicos puede alterar la funcionalidad de las moléculas. Los β-glucanos tienen una estructura de  moléculas de glucosa el cual se le vinculan en la región 1→ 3, los átomos de carbono, los β-glucanos provenientes de paredes bacterianas son estructuras simples de glucosa, los provenientes de levaduras tienen una cadena 1 →3 y 1→6 donde se unen los átomos de carbono, la estructura de los glucanos provenientes de los hongos, tiene un lado más corto que la proveniente de las levaduras, los glucanos provenientes de la cebada tiene los átomos de carbono unidos en la posición 1 →4, y en algunos en la posición 1→ 3, la uniones 1→3 le confieren una naturaleza semi-flexible de los átomos de carbono a diferencia de la posison 1→4 que le da la forma de pliegue.

Tabla #1. Tipos de uniones de los átomos de carbono en los β-glucanos, de diferentes orígenes.

Efecto sobre el sistema inmune de las aves  suplementadas con β-Glucanos

El revestimiento del intestino provee un mecanismo de defensa natural contra la mayoría de los patógenos gastrointestinales, desafíos con Salmonella thyphimurium muestran un efecto negativo sobre la mucosa gastrointestinal (Shao et al., 2013), hay una diferencia significativa en la disminución de la altura de las vellosidades entéricas y el radio que hay entre la profundidad de la criptas y las vellosidades a favor de las aves que fueron tratada con ß-glucanos y desafiadas con Salmonella Thyphimurium, sin embargo no hay diferencia en la altura de las vellosidades en las aves no suplementadas (Shao et al., 2013), Las Celulas Globet son las encargadas de secretar mucus cuya función  es servir de primera línea  de defensa contra cualquier agresor, en aves desafiadas con Salmonella Thyphimurium el número de estas células disminuyo , sin embargo en las aves desafiadas y suplementadas con ß-glucanos, el número de células globet aumento en el yeyuno (Shao et al., 2013),Lo anterior sugiere que los ß-glucanos juegan un papel importante en mejorar el desempeño de la salud gastrointestinal de las aves desafiadas con bacterias.

Todas las células relacionadas con las reacciones inmunes, se originan de un precursor común, Los ß-glucanos estimulan la producción de esos precursores en la medula ósea, dando como resultado un aumento en el flujo de nuevos  inmunocitos (heterofilos), en varios órganos linfoides en el cuerpo (Patravic-Tomenac et al., 2010) este incremento en la protección se da contra potenciales invasores.

Los Macrófagos representan células de la línea blanca que fagocitan los invasores (Querashi, 2003), en una respuesta inmune típica los macrófagos reconocen a los patógenos por marcadores específicos que están en su superficie y que se describen como Proteínas Marcadoras Asociadas a Microbios (MAMPs, por sus siglas en ingles), los MAMPs se unen sobre los receptores de las células fagociticas o receptores Toll-Like (TLRs) (Medzhitov, et al., 1997). Las aves poseen 10 TLRs conocidos (Temperley, et al., 2008). Los TLRs en las aves son: TLR-2 que reconocen peptidoglicanos, TLR-4 que se unen a los lipopolisacaridos (LPS) de las bacterias gram negativas. TLR-5 que reconocen flagelos. Los TLR-21 que reconocen aminoácidos CpG  DNA no metilados comúnmente hallados en bacterias (Keestra, et al., 2010).Cuando un patógeno invade a un hospedero el macrófago se una al por medio del MAMPs que lo atrae por su receptor TLRs de su superficie, luego lo lleva a su citoplasma formando un fagosoma, entonces el fagosoma se fusiona con el lisosoma y destruyen el organismo engolfado. La función fagocitada de los macrófagos ha sido demostrada cuando son inmunomodulados con ß-glucanos. La suplementación de la dieta con ß-glucanos provenientes de la levadura Saccharomices cerevisiae ha demostrado un aumento en la actividad fagocitica de los macrófagos (Gou et al., 2003).

Lowry et al., (2005). Reporto que luego de alimentar pollos de un día de edad, suplementando el alimento con ß-glucanos, disminuyo significativamente los niveles de Salmonella Enteritidis (SE), en el hígado y en el bazo, un potencial patógeno en humanos. Los ß-glucanos actúan incrementado la fagocitosis para eliminar las bacterias, a causa del aumento de un flujo oxidativo por los heterofilos, esto fue confirmado por Chen et al., (2008) donde reporto que la suplementación con ß-glucanos provenientes de las levaduras mejoran sus defensas contra Salmonella enteritidis aumentando la fagocitosis  y la actividad bactericida de los macrófagos abdominales.

Los macrófagos también producen una enzima la iNOS (Óxido Nítrico Sintetasa), esta enzima resulta de la reacción del óxido nítrico con aniones de super óxidos que generan derivados tóxicos los cuales permiten a los macrófagos matar varios tipos de patógenos. Cox et al., (2010), Reporta que un aumento del iNOs responde al aumento en la suplementación con ß-glucanos que aumenta la capacidad destructiva de los macrófagos.

Las aves tienen la capacidad de reconocer lo propio de lo extraño, en lo que se refiere a sus células, este hecho se debe a que en su superficie tiene marcadores de reconocimiento denominado el Complejo Mayor de Histocompatibilidad (MCH), Los TLRs no son proteínas propias de los organismos invasores, se definen como parte del proceso para producir anticuerpos, Cuando el macrófago digiere el patógeno y no es destruido  se presenta como antígeno, en su lugar es movido a la superficie del macrófago creando una relación con el CMH, creando una célula presentadora de antígenos, desencadenando un sistema inmune adaptativo.

Al igual que en los mamíferos, en las aves la inmunidad adaptativa está dividida en dos grandes segmentos: Inmunidad humoral e inmunidad celular, La inmunidad humoral está estrechamente relacionada con la producción de anticuerpos por los linfocitos B, los cuales son producidos en la bolsa de Fabricio.

Las células que tienen relación con la inmunidad celular son los linfocitos T, los cuales están asociados al timo, después de que las células extrañas son degradadas, los macrófagos presentan  péptidos bacterianos o determinantes antigénicos de las células T y B (Querashi, 2003; Genoveseet al., 2013).

Existen diferentes tipos de células T, células T citotoxicas (Tc), que se unen al complejo antígeno-CMH, sobre los macrófagos, los macrófagos secretan Interleukina-1(IL-1), en respuesta se activan las células T ayudadoras (Th1), unidas a otro complejo antígeno –CMH donde los macrófagos liberan IL-2, que activan los Tc, creando después de varias divisiones una gran población de dichas células, luego estas células se dividen en dos grandes subpoblaciones de células unas que van a el exterior a destruir células infectadas y otras que se convierten en células de memoria, las cuales son retenidas para una futura exposición a e patógeno, las células efectoras se pueden unir el  cuerpo a células infectadas y secretar perforinas las cuales causan perforaciones en las células infectadas, las cuales derraman su contenido.

Los Macrófagos también producen IL-1ß, Interferón gamma (INF-ϒ), IL-2, Factor de Necrosis Tumoral (FNT), y IL-4, la producción de IL-4, resulta en el desarrollo de las células ayudadoras (Th2),  estas estimulan la producción Il-5, IL-6, Il-10, Il-13, las cuales están relacionadas con la respuesta inmune humoral. También pueden producir Il-8 (también la liberación de la  CXCLI2), es una quinaquina muy importante en la respuesta inmune innata, cuya primera función es inducir las migración de las células a el sitio de inflamación (Cox et al., 2010), la IL-8 es una potente quiomiquina pro inflamatoria producida por los macrófagos, luego de la exposición a un patógeno la IL-8  trabaja con la IL-12 para inducir una respuesta inmune mediada por células, y el objetivo primario de las células es secretar INF-ϒ, que juega un papel esencial en la activación de los macrófagos(Cox et al., 2010) .

La suplementación con ß-glucanos, ha mostrado que altera el perfil de citoquinas de las aves no desafiadas de un día de edad (Cox et al., 2010), comparados con pollos no suplementados como controles, las aves que recibieron ß-glucanos provenientes de Saccharomices cerevisiae disminuyeron la expresión de la IL-8, esta suplementación del alimento sugiere que los ß-glucanos tiene una actividad anti-inflamatoria e inmuno moduladora (Cox et al., 2010).

Cox et al., 2010, fue el primero en reportar el efecto de la dieta con ß-glucanos sobre la IL-18, y que la expresión de esta interleuquina pro inflamatoria, puede ser regulada en el jejuno 7 días después de ser consumido el ß-glucano y para el día 14 disminuye la IL-18 en el duodeno. El INF-ϒ el cual juega un papel importante en la diferenciación de las células Th1 y en la activación de los macrófagos, reporta que se regularon en comparación con los controles, la suplementación con ß-glucanos, 7 días post incubación, aumenta la expresión

De la IL-4 en el duodeno, yeyuno e íleon, a le día 14, la función de la IL-13 es similar a la IL-4 la suplementación con los betaglucanos no soporta el estímulo de los Th2 (Cox et al., 2010).

Se ha argumentado que los ß-glucanos unen la respuesta del CMH y la subsecuente activación de monocitos y macrófagos (Zhanget al ,2008), esto resulta en un incremento de la respuesta inmune incluyendo células t citotoxicas (Tc), macrófagos, Natural Killers (NK) esto es conocido porque se da la proliferación de IL-1, IL-2, INF-ϒ, y FNTα, que actúan regulando la señal de estos componentes del sistema inmune.

Las células tipo B, son linfocitos con anticuerpos ligados a su superficie, los anticuerpos reconocen a sus antígenos especifico en este lugar, cunado las células B reconocen un antígeno, pueden suceder dos cosas que priman en los linfocitos: la IL-2 desde las células tipo Tc actúa como un señalizador para crear una gran población de linfocitos B. los linfocitos B se subdividen en dos subpoblaciones de células efectoras de memoria, las células efectoras están relacionadas con la producción de anticuerpos mientras que las células están preparadas para una futura infección por patógenos. Las células efectoras pueden transportarse por vía sanguínea y atacar a los patógenos, los anticuerpos también marcan patógenos para su destrucción, dicha destrucción es llevada a cabo por los macrófagos, las asesinas naturales (NK)y los heterofilos, un papel similar juegan las células T cito toxicas (Tc). Los heterofilos son granulocitos  fagocitos y su función equivalente es la de los neutrófilos, los gránulos citoplasmáticos de los granulocitos contienen lisozimas y proteínas necesarias para su actividad bactericida, la inclusión de β-glucanos en la dieta provenientes de la levaduras, da como resultado un aumento significativo de los títulos, contra la enfermedad de New Castle, Bronquitis Infecciosa, comparados con los controles no suplementados (An et al., 2008).

El Tracto gastrointestinal de las aves, es una importante interface entre el medio ambiente externo y la parte interna de su cuerpo, la inmunidad gastrointestinal es la primera línea de defensa contra varios patógenos, en las aves el (GAL), o sistema inmune asociado a el intestino, que incluye Tonsilas Cecales y Placas de Peyer, y son conocidos como lugares de agregados linfocitarios. Las estructuras del GAL inducen una respuesta inmune, incluyendo la producción de Inmunoglobulina A (IgA), desde los linfocitos B. La IgA se encuentra en la bilis, en las mucosas (Intestino), en las lágrimas, la función es neutralizar virus y toxinas bacterianas y  evita la COLONIZACION bacteriana de dichas mucosas.

Muchas de las investigaciones en las aves se han hecho con β-glucanos provenientes de la pared de levadura. Cheng et al., (2004), demostró que el β-glucano 1,3 glucan, proveniente del hongo Schizophylun Commune, incrementa significativamente la quimiotaxis de los macrófagos, pero no tiene efecto sobre la blastogénesis de los linfocitos después de una exposison a mitogenos y no presenta efecto positivo en el título de anticuerpos contra la enfermedad de New Castle luego de una vacunación, la diferencia se puede ser por el nivel de β-glucanos usados en la dieta Cheng et al., (2004) a bajos niveles de inclusión.

Los betaglucanos provenientes de los hongos promueven la proliferación de esplenocitos y la IL-2 (Cheng et al., 2008), los β-glucanos purificados del hongo Pleuratusflorida  provee a los pollos alguna protección contra New Castle (Poul et al., 2012).

Zhanget al., (2012) suplemento aves con β-glucanos comerciales, los productos derivados de las bacterias Agrobacterium, garantizo que tenía el 86.1% de 1,3 β-glucanos, no se observaron cambios significativos en los perfile sanguíneos, se incrementó del 3.9% el tamaño del bazo, esto puede de igual manera aumentar la expresión de IL-4.

Un impacto adicional del efecto de los β-glucanos tiene que ver con la respuesta a los mico toxinas, tales como la aflatoxina B1, el consumo continuado de AFB1, demuestra un deterioro en la salud gastrointestinal, baja la productividad y genera disfunción en el sistema inmune, esto es causado por el daño en el DNA celular (Zimmerman et al., 2014), Los ß-glucanos provenientes de la pared de levadura Saccharomices cerevisiae and demostrado que son citoprotectivos y genoprotectivos de los linfocitos aviares (Zimmerman et al., 2015),Los investigadores especulan que la citoproteccion es el resultados del bloqueo de la mutación celular, esto puede ser debido a que los ß-glucanos tiene la capacidad de absorver las aflatoxinas.

Let et al., 2011, reporta que los ß-glucanos pueden potenciar la respuesta inmune a la vacunación contra influenza H5 para las vacunas de influenza con vehículos en aceite.