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Importancia de las Galactomananasas en la Nutrición Porcina

Publicado: 23 de septiembre de 2015
Por: José Mauro Arrieta, Elanco Animal Health
INTRODUCCION. 
Es indudable que uno de los avances más notables en la nutrición animal durante las últimas décadas ha sido la utilización de enzimas exógenas. Las más exitosas de todas claramente han sido las fitasas, las cuales liberan fósforo a partir de complejos indigestibles presentes naturalmente en los vegetales. Además del beneficio económico que generan, las fitasas han permitido aminorar el impacto de la producción animal intensiva sobre el medio ambiente (al reducir la cantidad de fósforo en las deyecciones); mostrando que las enzimas pueden tener un beneficio adicional como consecuencia de su influencia en el proceso digestivo (Jones et al., 2010; Kim et al., 2012)
Una característica de las enzimas es que hidrolizan sustratos muy específicos, y que para desarrollar esta actividad requieren condiciones muy estrictas de pH, temperatura y humedad, principalmente (Ravindran, 2013). De acuerdo con el Dr. Nick Dale de la Universidad de Georgia, en nutrición animal la utilización de enzimas está enfocada originalmente a mejorar la digestibilidad de los componentes dietarios, pero si un sustrato es nocivo para el animal, su eliminación vía degradación enzimática,  puede ser de mayor importancia que la liberación de las moléculas (con valor nutricional en algunos casos) que contiene o que lo componen. En el futuro podríamos esperar que se desarrollaran  enzimas no vinculadas directamente con la digestibilidad y absorción de nutrientes, sino diseñadas para destruir compuestos como el gosipol, los inhibidores de tripsina o las diferentes micotoxinas. Un paso en esta dirección se dio hace más de 20 años con la disponibilidad industrial de  galactomananasas, un tipo de enzima que hidroliza un carbohidrato complejo con efectos anti-nutricionales, que está naturalmente presente en la soya y otros insumos vegetales (Hsiao et al., 2006; Ferrel et al., 2014).
 
¿POR QUÉ LOS GALACTOMANANOS ALTERAN LA RESPUESTA PRODUCTIVA?
Con el uso de algunos derivados vegetales muy ricos en β-galactomananos solubles, como la harina y la goma de guar, se ha podido evidenciar un incremento en la viscosidad del bolo alimenticio y varias alteraciones del metabolismo, lo cual interfiere con un buen aprovechamiento de la dieta (Rainbird et al., 1984). Sin embargo, en dietas prácticas maíz-soya, los niveles de estos carbohidratos indigestibles son menores, por lo que los problemas de viscosidad regularmente no son relevantes (Hsiao, et al., 2006; Choct et al., 2010).
Los galactomananos presentes en la soya y otros insumos vegetales alimenticios, son nocivos para el cerdo porque su estructura les permite interactuar con las células inmunitarias asociadas al tubo digestivo y activarlas, desencadenando un proceso inflamatorio totalmente innecesario (Dale et al., 2008).
El sistema inmunitario de mucosas está constituido por millones de células. Estas células son un componente fundamental de la barrera epitelial que se encarga de separar un medio aséptico de un medio donde millones de bacterias se reproducen continuamente. De esta forma y como resultado de la interacción entre microbios y animales a lo largo de la evolución, muchas células del sistema de mucosas cuentan con receptores denominados PRR (Pattern Recognition Receptors, o receptores que reconocen patrones) que son capaces de reconocer ciertos arreglos moleculares comunes a diversos microbios patógenos, mismos que son llamados PAMP (Pathogen-Associated Molecular Patterns, o patrones moleculares asociados a patógenos) (Gutiérrez, 2010).
Las cadenas de azúcares manosa con cierto arreglo estructural se encuentran dentro del tipo de moléculas que pueden ser reconocidos como PAMP por los PRR de diferentes células inmunitarias (sistema inmunitario innato). Los galactomananos de la soya y otros insumos vegetales no son un agente patógeno, pero los mecanismos de protección del cerdo (sistema inmunitario innato) hacen posible que un carbohidrato complejo no almidonoso como el galactomanano (al presenta un patrón molecular PAMP) pueda interactuar con receptores PRR de células inmunitarias asociadas al tubo digestivo, y activarlas (Kogut y Klasing, 2009).
Puesto que el tubo digestivo es altamente sensible a los efectos colaterales de la ejecución de la respuesta inmunitaria, y que en muchos casos es precisamente la activación de la respuesta inmunitaria la principal causa de daños a nivel intestinal en aves y mamíferos (infiltración de leucocitos a nivel de lámina propia, atrofia de vellosidades e hiperplasia de enterocitos a nivel de criptas de Lieberkuhn, etc.); esta activación innecesaria de la respuesta inmunitaria innata mediada por los galactomananos, llega a comprometer la estructura y funcionalidad del tubo digestivo, y desvía cantidades significativas de nutrientes hacia funciones de mantenimiento, lo cual frecuentemente se traduce en una menor eficiencia productiva de los animales (Gabler y Spurlock, 2007; Davidson et al., 2008).
 
¿QUÉ TAN COMUN ES LA PRESENCIA DE GALACTOMANANOS EN LAS DIETAS PARA CERDOS?
Aunque varias materias primas de uso común en la alimentación animal contienen galactomananos (también conocidos como β-mananos), la soya es una de las que tiene niveles relevantes. Otro insumo rico en este componente es el palmiste, aunque su uso es más limitado, ocurriendo principalmente en los países tropicales.  Las diferentes formas en que se ofrece la soya a la industria de alimentos (con diferente nivel de cascarilla, integral, etc.) contienen distintos niveles de galactomananos (Hsiao et al., 2006; Ferrel et al., 2014).
Un aspecto práctico muy importante es que, al ser estos factores anti-nutricionales resistentes al procesamiento térmico que sufre el frijol soya para la obtención del aceite y la pasta; aún la mejor pasta de soya contiene niveles significativos de estos carbohidratos complejos. Lo mismo ocurre con la soya integral (Ferrel, et al., 2014)
Debido a que la pasta de soya es una excelente fuente de aminoácidos y otros nutrientes para virtualmente todas las especias animales, es común que las dietas para cerdos mayores de 49 días la incluyan en niveles suficientes para aportar cantidades biológicamente significativas de galactomananos solubles, y que por lo mismo, se justifique buscar una forma práctica de eliminarlos. En números redondos, se considera que dietas con un 15% o más de componentes derivados de la soya (entiéndase, pasta de soya y/o soya integral), tienen niveles de galactomananos que pueden afectar la estructura y funcionalidad del tubo digestivo (Newkirk 2010; Ferrel et al., 2014).
 
ELIMINACIÓN PRÁCTICA DE LOS GALACTOMANANOS DIETARIOS
Los β-galactomananos de la soya y otros insumos vegetales, son compuestos pro-inflamatorios, naturales y termoestables, que no sirven como fuente de energía al cerdo debido a su relativamente baja concentración en dietas prácticas (maíz-soya), y debido a que los cerdos no producen enzimas específicas para degradar este tipo de carbohidratos complejos. Afortunadamente en la naturaleza los microbios (bacterias, hongos y levaduras) tienen todo un arsenal de enzimas especialmente diseñadas para degradar los materiales fibrosos propios de los vegetales; en este caso β-mananasas para hidrolizar a los β-galactomananos (Moreira y Filho, 2008).
Puesto que el efecto biológico de los carbohidratos complejos está íntimamente ligado a su estructura (también a su concentración), el foco al utilizar una enzima β-mananasa microbiana, será básicamente generar cambios en el β-galactomanano, de tal forma que pierda su (estructura PAMP) capacidad para ser reconocida por el sistema inmunitario del cerdo y evitar la consecuente inflamación y perdida de la estructura y funcionalidad del tubo digestivo. Para una degradación completa de estos polisacáridos se necesita la participación de entre 3 y 5 diferentes tipos de enzimas, pero al no ser una fuente potencial importante de energía, ni generar problemas serios de viscosidad intestinal (por los contenidos regulares en dietas maíz-soya), el beneficio de suplementar las dietas prácticas para cerdos con una β-mananasa, derivará principalmente de eliminar sus propiedades pro-inflamatorias mediante una fragmentación parcial de las cadenas de manosa (Moreira y Filho, 2008; Dale et al., 2008; Choct et al., 2010).
 
RELEVANCIA PRODUCTIVA DEL USO DE GALACTOMANANASA EN CERDOS.
El beneficio de intervenir sobre los galactomananos dietarios, está asociado a las reducciones del gasto de mantenimiento en el cerdo, y por lo tanto al ahorro de nutrientes que podrán ser destinados por el animal hacia funciones productivas (Gabler y Spurlock, 2007).
En forma práctica se han podido documentar beneficios en términos de viabilidad,  y de conversión alimenticia (alrededor de un 4% de mejora en conversión), en cerdos de diferentes edades recibiendo dietas maíz-soya suplementadas con  β-mananasas microbianas (Pettey et al., 2002).
Actualmente se está ensayado el uso de niveles mayores de pasta de soya en dietas para lechones al destete, suplementadas con β-mananasas; entendiendo que una formulación para animales jóvenes debe cuidar muchos más aspectos que sólo la inclusión de derivados de soya (pasta de soya y soya integral), y que las β-mananasas microbianas solo actúan sobre uno de los diferentes factores anti-nutricionales que pueden estar presentes en dietas vegetales para cerdos. No obstante, los resultados preliminares que se han generado al reemplazar fuentes costosas de proteína, con soya + β-mananasas, son muy alentadores.
Como las enzimas son muy específicas para degradar a sus sustratos, en la práctica es posible utilizar de forma simultánea β-mananasas con enzimas como fitasas, proteasas, xilanasas, etc., dependiendo de los insumos que compongan las dietas (Kim et al., 2012; Ravindran, 2013)
No todas las enzimas tienen el mismo origen, control de calidad y tecnología, esto también aplica para las β-mananasas. Es importante que la enzima seleccionada tenga todas las características tecnológicas que le permitan ser compatible con  los componentes comunes de las dietas para cerdos, resistir un eventual procesamiento térmico de los alimentos (peletizado), y  ser estable al propio ambiente del tubo digestivo, donde los cambios de pH y la presencia de proteasas endógenas representa un reto para la efectividad real de una  enzima exógena.  
Las enzimas β-mananasas (galactomananasas) son herramientas muy útiles para incrementar la productividad de los cerdos de todas las edades, al optimizar el aprovechamiento de insumos de alto valor nutricional, como los derivados de la soya (pasta de soya y soya integral), y al promover un menor estado inflamatorio en el tubo digestivo.
 
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.
  1. Choct, M.,Dersjant-Li, Y., McLeish, J., Peisker, M. 2010. Soy oligosaccharides and soluble non-starch polysaccharides: A review of digestion, nutritive and anti-nutritive effect in pigs and poultry. Asian-Aust. J. Anim. Sci. 23(10):1386-1398.
  1. Dale, N., Anderson, D., Hsiao, H. 2008. Identification of an inflammatory compound for chicks in soybean meal. Abstract M83, Int. Poultry Scientific Forum, The Southern Poultry Science Society 29th Annual Meeting, The Southern Conference on Avian Diseases 49th Annual Meeting, Jan. 21-22., World Congress Center, Atlanta GA, USA. 
  1. Davidson, F., Kaspers, B., and  Schat, K.A. Editors. 2010. Avian Immunology. First Edition. Academic Press. 
  1. Ferrel, J., Anderson, D., Hsiao, H-Y. 2014. Content of soluble non-starch polysaccharides β-mannan and Xylan, in legume meals, non legume meals, and cereal grains or cereal by-products. J. Anim. Sci. 92: Abstract # 328. 
  1. Gabler, N.K., Spurlock, M.E. 2007. Integrating the immune system with the regulation of growth and efficiency. J. Anim. Sci. 86: E64-E74. 
  1. Gutiérrez, P.J.A. 2010. Inmunología Veterinaria. 1ª Ed. El Manuel Moderno. México. 
  1. Hsiao, H.Y., Anderson, D.M., Dale, N.M. 2006. Levels of β-mannan in soybean meal. Poult. Sci. 85:1430-1432. 
  1. Jones, C.K., Tokach, M.D., Dritz, S.S., Ratliff, B.W., Horn, N.J., Goodband, R.D., De Rouchey, J.M., Sulabo, R.C., Nelssen, J.L. 2010. Efficacy of different commercial phytases enzymes and development of an available phosphorus release curve for Echerchia coli-derived phytases in nursery pigs. 88: 3632-3644. 
  1. Kim, S.W., Adsos, A.D.P. 2012. Overview on existing scientific data and search for opportunities by the successful use of enzymes in swine diets. Memorias del V Congreso del Colegio Latinoamericano de Nutrición Animal, CLANA, Puerto Vallarta, México; Octubre 23-26; pp. 131-136
  1. Kogut, M.H., Klasing, K. 2009. An immunologist´s perspective on nutrition, immunity, and infectious diseases: Introduction and overview. J. Appl. Poult. Res. 18:103-110. 
  1. Moreira, L.R.S., Filho, E.X.F. 2008. An overview of mannan structure and mannan-degrading enzyme systems. Appl. Microbiol. Biotechnol. 79:165-178. 
  1. Newkirk, R. 2010. Soybean Feed Industry Guide. 1st Edition. Canadian International Grains Institute. 
  1. Pettey, L.A., Carter, S.D., Senne, B.W., Shriver, J.A. 2002. Effects of β-mannanase addition to corn-soybean meal diets on growth performance, carcass traits, and nutrient digestibility on weanling and growing-finishing pigs. 80:1012-1019. 
  1. Rainbird, A.L., Low, A.G., Zebrowska, T. 1984. Effect of guar gum on glucose and water absorption from isolated loops of jejunum in conscious growing pigs. Br. J. Nutr. 52:489-498. 
  1. Ravindran, V. 2013. Feed Enzymes: The science, practice, and metabolic realities. J. Appl. Poult Res. 22: 628-636.
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Autores:
Jose Mauro Arrieta Acevedo
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