Данная статья является частью исследовательской темы «Применение противомикробных препаратов, устойчивость к противомикробным препаратам и микробиом сельскохозяйственных животных». Просмотреть все 13 статей
Органические кислоты по-прежнему пользуются высоким спросом в качестве добавок к кормам для животных. До настоящего времени основное внимание уделялось безопасности пищевых продуктов, в частности, снижению заболеваемости пищевыми патогенами у птицы и других животных. В настоящее время изучается или уже используется в коммерческих целях ряд органических кислот. Среди многих органических кислот, которые были тщательно изучены, муравьиная кислота является одной из них. Муравьиная кислота добавляется в рацион птицы для ограничения присутствия сальмонеллы и других пищевых патогенов в корме и в желудочно-кишечном тракте после приема пищи. По мере того, как растет понимание эффективности и воздействия муравьиной кислоты на организм хозяина и пищевые патогены, становится ясно, что присутствие муравьиной кислоты может запускать специфические метаболические пути у сальмонеллы. Эта реакция может стать более сложной, когда муравьиная кислота попадает в желудочно-кишечный тракт и взаимодействует не только с сальмонеллой, уже колонизирующей желудочно-кишечный тракт, но и с собственной микрофлорой кишечника. В обзоре будут рассмотрены текущие результаты и перспективы дальнейших исследований микробиома птицы и кормов, обработанных муравьиной кислотой.
В животноводстве и птицеводстве задача состоит в разработке стратегий управления, которые оптимизируют рост и продуктивность, одновременно ограничивая риски для безопасности пищевых продуктов. Исторически сложилось так, что применение антибиотиков в субтерапевтических концентрациях улучшало здоровье, благополучие и продуктивность животных (1–3). С точки зрения механизма действия было высказано предположение, что антибиотики, вводимые в субингибиторных концентрациях, опосредуют реакции организма путем модуляции желудочно-кишечной флоры и, в свою очередь, ее взаимодействия с организмом хозяина (3). Однако сохраняющиеся опасения по поводу потенциального распространения устойчивых к антибиотикам патогенов, передающихся через пищу, и их потенциальной связи с устойчивыми к антибиотикам инфекциями у людей привели к постепенному отказу от использования антибиотиков в животноводстве (4–8). Поэтому разработка кормовых добавок и улучшителей, отвечающих хотя бы некоторым из этих требований (улучшение здоровья, благополучия и продуктивности животных), представляет большой интерес как с точки зрения академических исследований, так и с точки зрения коммерческого развития (5, 9). На рынок кормов для животных поступило множество коммерческих кормовых добавок, включая пробиотики, пребиотики, эфирные масла и родственные соединения из различных растительных источников, а также химические вещества, такие как альдегиды (10–14). Другие коммерческие кормовые добавки, широко используемые в птицеводстве, включают бактериофаги, оксид цинка, экзогенные ферменты, продукты конкурентного исключения и кислые соединения (15, 16).
Среди существующих химических кормовых добавок альдегиды и органические кислоты исторически были наиболее широко изученными и используемыми соединениями (12, 17–21). Органические кислоты, особенно короткоцепочечные жирные кислоты (КЖК), хорошо известны как антагонисты патогенных бактерий. Эти органические кислоты используются в качестве кормовых добавок не только для ограничения присутствия патогенов в кормовой матрице, но и для оказания активного воздействия на функцию желудочно-кишечного тракта (17, 20–24). Кроме того, КЖК образуются в результате ферментации кишечной флорой в пищеварительном тракте и, как полагают, играют механистическую роль в способности некоторых пробиотиков и пребиотиков противодействовать патогенам, попадающим в желудочно-кишечный тракт (21, 23, 25).
На протяжении многих лет различные короткоцепочечные жирные кислоты (КЖК) привлекали большое внимание в качестве кормовых добавок. В частности, пропионат, бутират и формиат были предметом многочисленных исследований и коммерческого применения (17, 20, 21, 23, 24, 26). Если ранние исследования были сосредоточены на контроле патогенов, передающихся с пищей, в кормах для животных и птицы, то более поздние исследования сместили акцент на общее улучшение продуктивности животных и здоровья желудочно-кишечного тракта (20, 21, 24). Ацетат, пропионат и бутират привлекли большое внимание в качестве кормовых добавок на основе органических кислот, среди которых муравьиная кислота также является перспективным кандидатом (21, 23). Большое внимание уделялось аспектам безопасности пищевых продуктов с использованием муравьиной кислоты, в частности, снижению частоты встречаемости патогенов, передающихся с пищей, в кормах для скота. Однако рассматриваются и другие возможные варианты применения. Общая цель данного обзора — изучить историю и современное состояние муравьиной кислоты как улучшителя кормов для скота (Рисунок 1). В данном исследовании мы изучим антибактериальный механизм действия муравьиной кислоты. Кроме того, мы более подробно рассмотрим ее воздействие на сельскохозяйственных животных и птицу и обсудим возможные методы повышения ее эффективности.
Рис. 1. Интеллектуальная карта тем, рассмотренных в данном обзоре. В частности, были сосредоточены следующие общие цели: описание истории и современного состояния муравьиной кислоты как улучшителя кормов для скота, антимикробные механизмы действия муравьиной кислоты и влияние ее использования на здоровье животных и птицы, а также потенциальные методы повышения ее эффективности.
Производство кормов для скота и птицы — это сложный процесс, включающий множество этапов, в том числе физическую обработку зерна (например, помол для уменьшения размера частиц), термическую обработку для гранулирования и добавление в рацион различных питательных веществ в зависимости от конкретных потребностей животного в питании (27). Учитывая эту сложность, неудивительно, что обработка кормов подвергает зерно воздействию различных факторов окружающей среды до того, как оно попадет на комбикормовый завод, во время помола, а затем во время транспортировки и скармливания в составе комбикормовых рационов (9, 21, 28). Таким образом, за эти годы в кормах была обнаружена очень разнообразная группа микроорганизмов, включая не только бактерии, но и бактериофаги, грибы и дрожжи (9, 21, 28–31). Некоторые из этих загрязнителей, такие как определенные грибы, могут продуцировать микотоксины, представляющие опасность для здоровья животных (32–35).
Бактериальные популяции могут быть относительно разнообразными и в некоторой степени зависят от соответствующих методов, используемых для выделения и идентификации микроорганизмов, а также от источника образца. Например, профиль микробного состава может отличаться до термической обработки, связанной с гранулированием (36). Хотя классические методы культивирования и посева на чашки Петри дали некоторую информацию, недавнее применение метода секвенирования нового поколения (NGS) на основе гена 16S рРНК позволило провести более полную оценку микробиома кормовых культур (9). Когда Соланки и др. (37) исследовали бактериальный микробиом зерен пшеницы, хранившихся в течение определенного времени в присутствии фосфина, фумиганта для борьбы с насекомыми, они обнаружили, что микробиом был более разнообразным после сбора урожая и после 3 месяцев хранения. Кроме того, Соланки и др. (37) (37) продемонстрировали, что Proteobacteria, Firmicutes, Actinobacteria, Bacteroidetes и Planctomyces были доминирующими филами в зерне пшеницы, Bacillus, Erwinia и Pseudomonas были доминирующими родами, а Enterobacteriaceae составляли незначительную долю. На основе таксономических сравнений они пришли к выводу, что фумигация фосфином значительно изменила популяции бактерий, но не повлияла на разнообразие грибов.
Соланки и др. (37) показали, что кормовые источники также могут содержать патогены, передающиеся через пищу, которые могут вызывать проблемы со здоровьем населения, на основании обнаружения энтеробактерий в микробиоме. Патогены, передающиеся через пищу, такие как Clostridium perfringens, Clostridium botulinum, Salmonella, Campylobacter, Escherichia coli O157:H7 и Listeria monocytogenes, были связаны с кормами для животных и силосом (9, 31, 38). Стойкость других патогенов, передающихся через пищу, в кормах для животных и птицы в настоящее время неизвестна. Ге и др. (39) исследовали более 200 ингредиентов кормов для животных и выделили Salmonella, E. coli и энтерококки, но не обнаружили E. coli O157:H7 или Campylobacter. Однако такие матрицы, как сухие корма, могут служить источником патогенных E. coli. При отслеживании источника вспышки 2016 года, вызванной продуцирующими шига-токсин Escherichia coli (STEC) серогрупп O121 и O26, связанной с заболеванием человека, Crowe et al. (40) использовали полногеномное секвенирование для сравнения клинических изолятов с изолятами, полученными из пищевых продуктов. На основании этого сравнения они пришли к выводу, что вероятным источником была сырая пшеничная мука с низким содержанием влаги с мукомольных заводов. Низкое содержание влаги в пшеничной муке предполагает, что STEC также могут выживать в кормах для животных с низким содержанием влаги. Однако, как отмечают Crowe et al. (40), выделение STEC из образцов муки затруднено и требует применения методов иммуномагнитной сепарации для получения достаточного количества бактериальных клеток. Аналогичные диагностические процессы могут также осложнять обнаружение и выделение редких пищевых патогенов в кормах для животных. Трудности обнаружения могут быть также связаны с длительным сохранением этих патогенов в матрицах с низким содержанием влаги. Forghani et al. (41) продемонстрировали, что пшеничная мука, хранившаяся при комнатной температуре и инокулированная смесью энтерогеморрагических Escherichia coli (EHEC) серогрупп O45, O121 и O145 и Salmonella (S. Typhimurium, S. Agona, S. Enteritidis и S. Anatum), поддавалась количественной оценке через 84 и 112 дней и оставалась обнаруживаемой через 24 и 52 недели.
Исторически сложилось так, что Campylobacter никогда не выделяли из кормов для животных и птицы традиционными методами культивирования (38, 39), хотя Campylobacter легко выделяют из желудочно-кишечного тракта птицы и продуктов птицеводства (42, 43). Однако корма по-прежнему имеют свои преимущества как потенциальный источник. Например, Алвес и др. (44) продемонстрировали, что инокуляция откормленного куриного корма C. jejuni и последующее хранение корма при двух разных температурах в течение 3 или 5 дней приводило к обнаружению жизнеспособных C. jejuni и, в некоторых случаях, даже к их размножению. Они пришли к выводу, что C. jejuni, безусловно, может выживать в птичьем корме и, следовательно, может быть потенциальным источником инфекции для кур.
Загрязнение кормов для животных и птицы сальмонеллой в прошлом привлекало много внимания и остается предметом постоянных усилий по разработке методов обнаружения, специально применимых к кормам, и поиску более эффективных мер контроля (12, 26, 30, 45–53). За прошедшие годы было проведено множество исследований по выделению и характеристике сальмонеллы на различных кормовых предприятиях и комбикормовых заводах (38, 39, 54–61). В целом, эти исследования показывают, что сальмонеллу можно выделить из различных кормовых ингредиентов, источников кормов, типов кормов и операций по производству кормов. Показатели распространенности и преобладающие серотипы выделенной сальмонеллы также различались. Например, Ли и др. (57) подтвердили наличие Salmonella spp. Она была обнаружена в 12,5% из 2058 образцов, собранных из полнорационных кормов для животных, кормовых ингредиентов, кормов для домашних животных, лакомств для домашних животных и добавок для домашних животных в период сбора данных с 2002 по 2009 год. Кроме того, наиболее распространенными серотипами, обнаруженными в 12,5% положительных образцов сальмонеллы, были S. Senftenberg и S. Montevideo (57). В исследовании готовых к употреблению продуктов питания и побочных продуктов кормов для животных в Техасе Хсие и др. (58) сообщили, что наибольшая распространенность сальмонеллы наблюдалась в рыбной муке, за которой следовали животные белки, причем наиболее распространенными серотипами были S. Mbanka и S. Montevideo. На комбикормовых заводах также существует несколько потенциальных точек загрязнения корма во время смешивания и добавления ингредиентов (9, 56, 61). Магосси и др. (61) смогли продемонстрировать, что в процессе производства кормов в Соединенных Штатах может происходить множество точек загрязнения. Фактически, Магосси и др. (61) обнаружили по меньшей мере одну положительную культуру сальмонеллы на 11 комбикормовых заводах (всего 12 мест отбора проб) в восьми штатах США. Учитывая потенциальную возможность заражения сальмонеллой во время обработки кормов, транспортировки и ежедневного кормления, неудивительно, что предпринимаются значительные усилия по разработке кормовых добавок, способных снизить и поддерживать низкий уровень микробного загрязнения на протяжении всего цикла животноводства.
Механизм специфической реакции сальмонелл на муравьиную кислоту изучен недостаточно. Однако Хуанг и др. (62) указали, что муравьиная кислота присутствует в тонком кишечнике млекопитающих и что виды Salmonella способны продуцировать муравьиную кислоту. Хуанг и др. (62) использовали ряд делеционных мутантов ключевых путей для обнаружения экспрессии генов вирулентности сальмонелл и обнаружили, что формиат может действовать как диффузный сигнал, индуцирующий инвазию сальмонелл в эпителиальные клетки Hep-2. Недавно Лю и др. (63) выделили транспортер формиата, FocA, из Salmonella typhimurium, который функционирует как специфический канал формиата при pH 7,0, но также может функционировать как пассивный экспортный канал при высоком внешнем pH или как вторичный активный канал импорта формиата/ионов водорода при низком pH. Однако это исследование было проведено только на одном серотипе S. Typhimurium. Остается открытым вопрос, реагируют ли все серотипы на муравьиную кислоту по схожим механизмам. Это остается критически важным исследовательским вопросом, который следует рассмотреть в будущих исследованиях. Независимо от результатов, целесообразно использовать несколько серотипов сальмонеллы или даже несколько штаммов каждого серотипа в скрининговых экспериментах при разработке общих рекомендаций по использованию кислотных добавок для снижения уровня сальмонеллы в кормах. Новые подходы, такие как использование генетического баркодирования для кодирования штаммов с целью различения различных подгрупп одного и того же серотипа (9, 64), предоставляют возможность выявить более тонкие различия, которые могут повлиять на выводы и интерпретацию различий.
Химическая природа и форма диссоциации формиата также могут иметь важное значение. В серии исследований Бейер и др. (65–67) продемонстрировали, что ингибирование Enterococcus faecium, Campylobacter jejuni и Campylobacter coli коррелировало с количеством диссоциированной муравьиной кислоты и не зависело от pH или недиссоциированной муравьиной кислоты. Химическая форма формиата, воздействию которого подвергаются бактерии, также, по-видимому, имеет важное значение. Кованда и др. (68) исследовали несколько грамотрицательных и грамположительных организмов и сравнили минимальные ингибирующие концентрации (МИК) формиата натрия (500–25 000 мг/л) и смеси формиата натрия и свободного формиата (40/60 м/об; 10–10 000 мг/л). На основании значений МИК исследователи обнаружили, что формиат натрия оказывает ингибирующее действие только на Campylobacter jejuni, Clostridium perfringens, Streptococcus suis и Streptococcus pneumoniae, но не на Escherichia coli, Salmonella typhimurium или Enterococcus faecalis. В отличие от этого, смесь формиата натрия и свободного формиата натрия оказывала ингибирующее действие на все микроорганизмы, что позволило авторам сделать вывод о том, что большинство антимикробных свойств обладает свободной муравьиной кислотой. Было бы интересно изучить различные соотношения этих двух химических форм, чтобы определить, коррелирует ли диапазон значений МИК с уровнем муравьиной кислоты, присутствующей в смешанной формуле, и реакцией на 100% муравьиную кислоту.
Гомес-Гарсия и др. (69) протестировали комбинации эфирных масел и органических кислот (таких как муравьиная кислота) против множества изолятов Escherichia coli, Salmonella и Clostridium perfringens, полученных от свиней. Они проверили эффективность шести органических кислот, включая муравьиную кислоту, и шести эфирных масел против изолятов свиней, используя формальдегид в качестве положительного контроля. Гомес-Гарсия и др. (69) определили MIC50, MBC50 и MIC50/MBC50 муравьиной кислоты против Escherichia coli (600 и 2400 ppm, 4), Salmonella (600 и 2400 ppm, 4) и Clostridium perfringens (1200 и 2400 ppm, 2), среди которых муравьиная кислота оказалась более эффективной, чем все органические кислоты, против E. coli и Salmonella. (69) Муравьиная кислота эффективна против Escherichia coli и Salmonella благодаря своему небольшому молекулярному размеру и длинной цепи (70).
Бейер и др. исследовали штаммы Campylobacter, выделенные от свиней (66), и штаммы Campylobacter jejuni, выделенные от домашней птицы (67), и показали, что муравьиная кислота диссоциирует при концентрациях, соответствующих МИК, измеренным для других органических кислот. Однако относительная эффективность этих кислот, включая муравьиную, подвергается сомнению, поскольку Campylobacter может использовать эти кислоты в качестве субстратов (66, 67). Использование кислот C. jejuni не вызывает удивления, поскольку было показано, что у него негликолитический метаболизм. Таким образом, C. jejuni обладает ограниченной способностью к катаболизму углеводов и полагается на глюконеогенез из аминокислот и органических кислот для большей части своего энергетического метаболизма и биосинтетической активности (71, 72). Раннее исследование Лине и др. (73) использовали фенотипический массив, содержащий 190 источников углерода, и показали, что C. jejuni 11168(GS) может использовать органические кислоты в качестве источников углерода, большинство из которых являются промежуточными продуктами цикла трикарбоновых кислот. Дальнейшие исследования Вагли и др. (74) с использованием фенотипического массива утилизации углерода показали, что исследованные в их исследовании штаммы C. jejuni и E. coli способны расти на органических кислотах в качестве источника углерода. Формат является основным донором электронов для энергетического метаболизма дыхания C. jejuni и, следовательно, основным источником энергии для C. jejuni (71, 75). C. jejuni способен использовать формиат в качестве донора водорода через мембранно-связанный комплекс формиатдегидрогеназы, который окисляет формиат до диоксида углерода, протонов и электронов и служит донором электронов для дыхания (72).
Муравьиная кислота издавна используется в качестве антимикробного улучшителя кормов, но некоторые насекомые также могут производить муравьиную кислоту для использования в качестве антимикробного защитного химического вещества. Россини и др. (76) предположили, что муравьиная кислота может быть компонентом кислого сока муравьев, описанного Рэем (77) почти 350 лет назад. С тех пор наше понимание производства муравьиной кислоты у муравьев и других насекомых значительно расширилось, и теперь известно, что этот процесс является частью сложной системы токсической защиты у насекомых (78). Известно, что различные группы насекомых, включая безжальных пчел, остроконечных муравьев (Hymenoptera: Apidae), жуков-землероев (Galerita lecontei и G. janus), безжальных муравьев (Formicinae) и некоторых личинок моли (Lepidoptera: Myrmecophaga), производят муравьиную кислоту в качестве защитного химического вещества (76, 78–82).
Муравьи, пожалуй, лучше всего изучены, поскольку у них есть ацидоциты — специализированные отверстия, позволяющие им распылять яд, состоящий преимущественно из муравьиной кислоты (82). Муравьи используют серин в качестве предшественника и хранят большое количество формиата в своих ядовитых железах, которые достаточно изолированы, чтобы защитить муравьев-хозяев от цитотоксичности формиата до момента его распыления (78, 83). Выделяемая ими муравьиная кислота может (1) служить феромоном тревоги для привлечения других муравьев; (2) быть защитным химическим веществом против конкурентов и хищников; и (3) действовать как противогрибковое и антибактериальное средство при сочетании со смолой, входящей в состав гнездового материала (78, 82, 84–88). Муравьиная кислота, вырабатываемая муравьями, обладает антимикробными свойствами, что позволяет предположить возможность ее использования в качестве местной добавки. Это было продемонстрировано Брухом и др. (88), которые добавили синтетическую муравьиную кислоту к смоле и значительно улучшили противогрибковую активность. Дополнительным доказательством эффективности муравьиной кислоты и ее биологической полезности является то, что гигантские муравьеды, которые не способны вырабатывать желудочную кислоту, потребляют муравьев, содержащих муравьиную кислоту, чтобы обеспечить себя концентрированной муравьиной кислотой в качестве альтернативной пищеварительной кислоты (89).
Практическое применение муравьиной кислоты в сельском хозяйстве рассматривается и изучается уже много лет. В частности, муравьиная кислота может использоваться в качестве добавки к кормам для животных и силосу. Формиат натрия как в твердой, так и в жидкой форме считается безопасным для всех видов животных, потребителей и окружающей среды (90). На основании их оценки (90) максимальная концентрация 10 000 мг эквивалентов муравьиной кислоты/кг корма была признана безопасной для всех видов животных, в то время как максимальная концентрация 12 000 мг эквивалентов муравьиной кислоты/кг корма была признана безопасной для свиней. Использование муравьиной кислоты в качестве улучшителя кормов для животных изучается уже много лет. Считается, что она имеет коммерческую ценность в качестве консерванта силоса и антимикробного агента в кормах для животных и птицы.
Химические добавки, такие как кислоты, всегда были неотъемлемым элементом в производстве силоса и управлении кормами (91, 92). Борреани и др. (91) отметили, что для достижения оптимального производства высококачественного силоса необходимо поддерживать качество корма, сохраняя при этом как можно больше сухого вещества. Результатом такой оптимизации является минимизация потерь на всех этапах процесса силосования: от начальных аэробных условий в силосе до последующей ферментации, хранения и повторного открытия силоса для кормления. Конкретные методы оптимизации производства силоса в полевых условиях и последующей ферментации силоса подробно обсуждались в других источниках (91, 93-95) и здесь подробно рассматриваться не будут. Основная проблема заключается в окислительном разложении, вызванном дрожжами и плесенью при наличии кислорода в силосе (91, 92). Поэтому для противодействия неблагоприятным последствиям порчи были введены биологические инокулянты и химические добавки (91, 92). К другим аспектам, которые следует учитывать при добавлении в силос, относятся ограничение распространения патогенов, которые могут присутствовать в силосе (например, патогенных кишечной палочки, листерии и сальмонеллы), а также грибов, продуцирующих микотоксины (96–98).
Мак и др. (92) разделили кислые добавки на две категории. Кислоты, такие как пропионовая, уксусная, сорбиновая и бензойная, поддерживают аэробную стабильность силоса при скармливании жвачным животным, ограничивая рост дрожжей и плесени (92). Мак и др. (92) отделили муравьиную кислоту от других кислот и рассматривали ее как прямой подкислитель, который подавляет клостридии и микроорганизмы, вызывающие порчу, сохраняя при этом целостность белка силоса. На практике наиболее распространенными химическими формами являются их солевые формы, чтобы избежать коррозионных свойств кислот в несолевой форме (91). Многие исследовательские группы также изучали муравьиную кислоту в качестве кислой добавки для силоса. Муравьиная кислота известна своим быстрым подкисляющим потенциалом и ингибирующим действием на рост вредных микроорганизмов силоса, которые снижают содержание белка и водорастворимых углеводов в силосе (99). Поэтому Хе и др. (92) сравнили муравьиную кислоту с кислыми добавками в силосе. (100) продемонстрировали, что муравьиная кислота может ингибировать Escherichia coli и снижать pH силоса. Бактериальные культуры, продуцирующие муравьиную и молочную кислоты, также добавляли в силос для стимуляции подкисления и производства органических кислот (101). Фактически, Кули и др. (101) обнаружили, что при подкислении силоса 3% (вес/объем) муравьиной кислотой производство молочной и муравьиной кислот превышало 800 и 1000 мг органических кислот/100 г образца соответственно. Мак и др. (92) подробно рассмотрели литературу по исследованиям добавок для силоса, включая исследования, опубликованные с 2000 года, которые были посвящены муравьиной кислоте и другим кислотам и/или включали их. Поэтому в данном обзоре не будут подробно обсуждаться отдельные исследования, а будет лишь кратко изложена краткая информация об эффективности муравьиной кислоты в качестве химической добавки к силосу. Были изучены как небуферизованная, так и буферизованная муравьиная кислота, и в большинстве случаев она использовалась для Clostridium spp. Ее относительная активность (поглощение углеводов, белков и лактата, а также выделение бутирата) имеет тенденцию к снижению, в то время как производство аммиака и бутирата уменьшается, а удержание сухого вещества увеличивается (92). Существуют ограничения в эффективности муравьиной кислоты, но ее использование в качестве добавки к силосу в сочетании с другими кислотами, по-видимому, позволяет преодолеть некоторые из этих проблем (92).
Муравьиная кислота может подавлять патогенные бактерии, представляющие опасность для здоровья человека. Например, Паули и Там (102) инокулировали небольшие лабораторные силосы L. monocytogenes, содержащие три разных уровня сухого вещества (200, 430 и 540 г/кг) райграса, а затем добавляли муравьиную кислоту (3 мл/кг) или молочнокислые бактерии (8 × 10⁵/г) и целлюлолитические ферменты. Они сообщили, что оба метода снизили количество L. monocytogenes до неопределяемого уровня в силосе с низким содержанием сухого вещества (200 г/кг). Однако в силосе со средним содержанием сухого вещества (430 г/кг) L. monocytogenes все еще обнаруживалась через 30 дней после обработки муравьиной кислотой. Снижение количества L. monocytogenes, по-видимому, было связано с более низким pH, молочной кислотой и связанными недиссоциированными кислотами. Например, Паули и Там (102) отметили, что уровни молочной кислоты и суммарной недиссоциированной кислоты имеют особое значение, что может быть причиной отсутствия снижения количества L. monocytogenes в обработанных муравьиной кислотой средах из силоса с более высоким содержанием сухого вещества. Аналогичные исследования следует провести в будущем для других распространенных патогенов силоса, таких как сальмонелла и патогенная кишечная палочка. Более полный анализ последовательности 16S рДНК всего микробного сообщества силоса также может помочь выявить изменения в общей микробной популяции силоса, происходящие на разных стадиях ферментации силоса в присутствии муравьиной кислоты (103). Получение данных о микробиоме может обеспечить аналитическую поддержку для лучшего прогнозирования хода ферментации силоса и разработки оптимальных комбинаций добавок для поддержания высокого качества силоса.
В кормах для животных на основе зерна муравьиная кислота используется в качестве антимикробного агента для ограничения уровня патогенов в различных зерновых кормовых матрицах, а также в некоторых кормовых ингредиентах, таких как побочные продукты животного происхождения. Воздействие на популяции патогенов у птицы и других животных можно условно разделить на две категории: прямое воздействие на популяцию патогенов в самом корме и косвенное воздействие на патогены, которые колонизируют желудочно-кишечный тракт животных после потребления обработанного корма (20, 21, 104). Очевидно, что эти две категории взаимосвязаны, поскольку снижение количества патогенов в корме должно привести к снижению колонизации при употреблении животным этого корма. Однако на антимикробные свойства конкретной кислоты, добавленной в кормовую матрицу, могут влиять несколько факторов, таких как состав корма и форма добавления кислоты (21, 105).
Исторически сложилось так, что использование муравьиной кислоты и других родственных кислот было в основном сосредоточено на непосредственном контроле сальмонеллы в кормах для животных и птицы (21). Результаты этих исследований были подробно обобщены в нескольких обзорах, опубликованных в разное время (18, 21, 26, 47, 104–106), поэтому в данном обзоре обсуждаются лишь некоторые из ключевых выводов этих исследований. Несколько исследований показали, что антимикробная активность муравьиной кислоты в кормовых матрицах зависит от дозы и времени воздействия муравьиной кислоты, содержания влаги в кормовой матрице, а также концентрации бактерий в корме и желудочно-кишечном тракте животного (19, 21, 107–109). Тип кормовой матрицы и источник ингредиентов корма для животных также являются влияющими факторами. Таким образом, ряд исследований показал, что уровни бактериальных токсинов сальмонеллы, выделенных из побочных продуктов животного происхождения, могут отличаться от уровней токсинов, выделенных из побочных продуктов растительного происхождения (39, 45, 58, 59, 110–112). Однако различия в реакции на кислоты, такие как муравьиная кислота, могут быть связаны с различиями в выживаемости сероваров в рационе и температурой обработки рациона (19, 113, 114). Различия в реакции сероваров на обработку кислотой также могут быть фактором загрязнения птицы зараженным кормом (113, 115), и различия в экспрессии генов вирулентности (116) также могут играть роль. Различия в кислотоустойчивости, в свою очередь, могут влиять на обнаружение сальмонеллы в культуральных средах, если кислоты, содержащиеся в корме, недостаточно буферизованы (21, 105, 117–122). Физическая форма пищи (с точки зрения размера частиц) также может влиять на относительную доступность муравьиной кислоты в желудочно-кишечном тракте (123).
Стратегии оптимизации антимикробной активности муравьиной кислоты, добавляемой в корм, также имеют решающее значение. Более высокие концентрации кислоты были предложены для сильно загрязненных ингредиентов корма перед смешиванием корма, чтобы минимизировать потенциальное повреждение оборудования комбикормового завода и проблемы с вкусовыми качествами корма для животных (105). Джонс (51) пришел к выводу, что сальмонеллу, присутствующую в корме до химической очистки, сложнее контролировать, чем сальмонеллу, контактирующую с кормом после химической обработки. Термическая обработка корма во время переработки на комбикормовом заводе была предложена в качестве меры по ограничению загрязнения корма сальмонеллой, но это зависит от состава корма, размера частиц и других факторов, связанных с процессом измельчения (51). Антимикробная активность кислот также зависит от температуры, и повышенные температуры в присутствии органических кислот могут оказывать синергетический ингибирующий эффект на сальмонеллу, как это наблюдалось в жидких культурах сальмонеллы (124, 125). Несколько исследований кормов, загрязненных сальмонеллой, подтверждают предположение о том, что повышенные температуры увеличивают эффективность кислот в матрице корма (106, 113, 126). Амадо и др. (127) использовали центрально-композиционный план для изучения взаимодействия температуры и кислоты (муравьиной или молочной) в 10 штаммах Salmonella enterica и Escherichia coli, выделенных из различных кормов для крупного рогатого скота и инокулированных в подкисленные гранулы корма. Они пришли к выводу, что тепло является доминирующим фактором, влияющим на снижение микробной активности, наряду с кислотой и типом бактериального изолята. Синергетический эффект с кислотой по-прежнему преобладает, поэтому можно использовать более низкие температуры и концентрации кислоты. Однако они также отметили, что синергетический эффект не всегда наблюдался при использовании муравьиной кислоты, что заставило их предположить, что фактором является испарение муравьиной кислоты при более высоких температурах или буферное действие компонентов матрицы корма.
Ограничение срока хранения корма перед скармливанием животным является одним из способов контроля попадания пищевых патогенов в организм животного во время кормления. Однако, как только кислота из корма попадает в желудочно-кишечный тракт, она может продолжать оказывать свое антимикробное действие. Антимикробная активность экзогенно вводимых кислых веществ в желудочно-кишечный тракт может зависеть от множества факторов, включая концентрацию желудочной кислоты, активный участок желудочно-кишечного тракта, pH и содержание кислорода в желудочно-кишечном тракте, возраст животного и относительный состав микробной популяции желудочно-кишечного тракта (который зависит от расположения желудочно-кишечного тракта и зрелости животного) (21, 24, 128–132). Кроме того, обитающая в желудочно-кишечном тракте популяция анаэробных микроорганизмов (которая становится доминирующей в нижнем отделе пищеварительного тракта одножелудочных животных по мере их созревания) активно производит органические кислоты посредством ферментации, которые, в свою очередь, также могут оказывать антагонистическое воздействие на транзитные патогены, попадающие в желудочно-кишечный тракт (17, 19–21).
Большая часть ранних исследований была посвящена использованию органических кислот, включая формиат, для ограничения распространения сальмонеллы в желудочно-кишечном тракте птицы, что подробно обсуждалось в нескольких обзорах (12, 20, 21). При совместном рассмотрении этих исследований можно сделать несколько ключевых наблюдений. МакХан и Шоттс (133) сообщили, что кормление муравьиной и пропионовой кислотами снизило уровни Salmonella Typhimurium в слепой кишке цыплят, инокулированных этими бактериями, и количественно оценили их в возрасте 7, 14 и 21 дня. Однако, когда Хьюм и др. (128) отслеживали меченый C-14 пропионат, они пришли к выводу, что очень небольшое количество пропионата в рационе может достигать слепой кишки. Остается выяснить, верно ли это также для муравьиной кислоты. Однако недавно Бурасса и др. (134) сообщили, что добавление муравьиной и пропионовой кислот снижает уровень Salmonella Typhimurium в слепой кишке цыплят, инокулированных этими бактериями, которые были количественно определены в возрасте 7, 14 и 21 дня. (132) отметили, что добавление муравьиной кислоты в дозе 4 г/т бройлерным цыплятам в течение 6-недельного периода роста снижает концентрацию S. Typhimurium в слепой кишке до уровня ниже уровня обнаружения.
Присутствие муравьиной кислоты в рационе может оказывать влияние на другие части желудочно-кишечного тракта птицы. Аль-Тарази и Альшавабке (134) продемонстрировали, что смесь муравьиной и пропионовой кислот может снизить загрязнение зоба и слепой кишки бактериями Salmonella pullorum (S. PRlorum). Томпсон и Хинтон (129) наблюдали, что коммерчески доступная смесь муравьиной и пропионовой кислот увеличивала концентрацию обеих кислот в зобе и желудке и оказывала бактерицидное действие против Salmonella Enteritidis PT4 в модели in vitro в условиях, типичных для выращивания птиц. Это предположение подтверждается данными in vivo, полученными Бердом и др. (135), которые добавляли муравьиную кислоту в питьевую воду бройлерных цыплят во время имитированного периода голодания перед отправкой, аналогичного голоданию, которому подвергаются бройлерные цыплята перед транспортировкой на птицеперерабатывающий завод. Добавление муравьиной кислоты в питьевую воду привело к снижению количества S. Typhimurium в зобе и эпидидимисе, а также к снижению частоты обнаружения S. Typhimurium в зобе, но не к снижению количества положительных эпидидимисов (135). Разработка систем доставки, способных защищать органические кислоты во время их активности в нижнем отделе желудочно-кишечного тракта, может способствовать повышению эффективности. Например, было показано, что микрокапсулирование муравьиной кислоты и ее добавление в корм снижает количество Salmonella Enteritidis в содержимом слепой кишки (136). Однако это может варьироваться в зависимости от вида животного. Например, Walia et al. (137) не наблюдали снижения количества сальмонелл в слепой кишке или лимфатических узлах 28-дневных поросят, получавших смесь капсул с муравьиной кислотой, лимонной кислотой и эфирным маслом, и хотя выделение сальмонелл с фекалиями снизилось на 14-й день, оно не снизилось на 28-й день. Они показали, что горизонтальная передача сальмонелл между свиньями была предотвращена.
Хотя исследования муравьиной кислоты в качестве противомикробного средства в животноводстве в основном были сосредоточены на пищевых сальмонеллах, существуют также исследования, направленные на другие желудочно-кишечные патогены. Исследования in vitro, проведенные Ковандой и др. (68), предполагают, что муравьиная кислота может быть эффективна и против других желудочно-кишечных патогенов, передающихся через пищу, включая Escherichia coli и Campylobacter jejuni. Более ранние исследования показали, что органические кислоты (например, молочная кислота) и коммерческие смеси, содержащие муравьиную кислоту в качестве ингредиента, могут снижать уровень Campylobacter у птицы (135, 138). Однако, как ранее отмечали Бейер и др. (67), использование муравьиной кислоты в качестве противомикробного средства против Campylobacter может потребовать осторожности. Этот вывод особенно проблематичен для пищевых добавок у птицы, поскольку муравьиная кислота является основным источником энергии дыхания для C. jejuni. Кроме того, считается, что часть его желудочно-кишечной ниши обусловлена ​​метаболическим перекрестным питанием с продуктами смешанного кислотного брожения, продуцируемыми желудочно-кишечными бактериями, такими как формиат (139). Эта точка зрения имеет под собой основания. Поскольку формиат является хемоаттрактантом для C. jejuni, у двойных мутантов с дефектами как формиатдегидрогеназы, так и гидрогеназы наблюдается снижение скорости колонизации слепой кишки у бройлерных цыплят по сравнению с дикими штаммами C. jejuni (140, 141). До сих пор неясно, в какой степени добавление муравьиной кислоты извне влияет на колонизацию желудочно-кишечного тракта C. jejuni у цыплят. Фактические концентрации формиата в желудочно-кишечном тракте могут быть ниже из-за катаболизма формиата другими желудочно-кишечными бактериями или абсорбции формиата в верхних отделах желудочно-кишечного тракта, поэтому на это могут влиять несколько переменных. Кроме того, формиат является потенциальным продуктом брожения, продуцируемым некоторыми желудочно-кишечными бактериями, что может влиять на общий уровень формиата в желудочно-кишечном тракте. Количественное определение формиата в содержимом желудочно-кишечного тракта и идентификация генов формиатдегидрогеназы с использованием метагеномики могут пролить свет на некоторые аспекты экологии микроорганизмов, продуцирующих формиат.
Рот и др. (142) сравнили влияние кормления бройлерных цыплят антибиотиком энрофлоксацином или смесью муравьиной, уксусной и пропионовой кислот на распространенность антибиотикоустойчивых штаммов Escherichia coli. Общее количество и количество антибиотикоустойчивых изолятов E. coli подсчитывали в объединенных образцах фекалий от 1-дневных бройлерных цыплят и в образцах содержимого слепой кишки от 14- и 38-дневных бройлерных цыплят. Изоляты E. coli тестировали на устойчивость к ампициллину, цефотаксиму, ципрофлоксацину, стрептомицину, сульфаметоксазолу и тетрациклину в соответствии с ранее определенными пороговыми значениями для каждого антибиотика. При количественной оценке и характеристике соответствующих популяций E. coli ни энрофлоксацин, ни добавление кислотного коктейля не изменили общее количество E. coli, выделенных из слепой кишки 17- и 28-дневных бройлерных цыплят. У птиц, получавших рацион с добавлением энрофлоксацина, наблюдалось повышение уровня устойчивых к ципрофлоксацину, стрептомицину, сульфаметоксазолу и тетрациклину E. coli и снижение уровня устойчивых к цефотаксиму E. coli в слепой кишке. У птиц, получавших коктейль, наблюдалось снижение количества устойчивых к ампициллину и тетрациклину E. coli в слепой кишке по сравнению с контрольной группой и птицами, получавшими энрофлоксацин. У птиц, получавших смесь кислот, также наблюдалось снижение количества устойчивых к ципрофлоксацину и сульфаметоксазолу E. coli в слепой кишке по сравнению с птицами, получавшими энрофлоксацин. Механизм, посредством которого кислоты снижают количество устойчивых к антибиотикам штаммов E. coli, не уменьшая при этом общее количество E. coli, до сих пор неясен. Однако результаты исследования Рота и др. согласуются с результатами группы, изучавшей энрофлоксацин. (142) Это может указывать на снижение распространения генов устойчивости к антибиотикам в E. coli, таких как плазмидные ингибиторы, описанные Кабезоном и др. (143). Было бы интересно провести более углубленный анализ плазмидной устойчивости к антибиотикам в желудочно-кишечной популяции птицы в присутствии кормовых добавок, таких как муравьиная кислота, и дополнительно уточнить этот анализ путем оценки резистома желудочно-кишечного тракта.
Разработка оптимальных антимикробных кормовых добавок против патогенов в идеале должна оказывать минимальное воздействие на общую микрофлору желудочно-кишечного тракта, особенно на ту микробиоту, которая считается полезной для хозяина. Однако экзогенно вводимые органические кислоты могут оказывать пагубное воздействие на резидентную микробиоту желудочно-кишечного тракта и в некоторой степени нивелировать ее защитные свойства против патогенов. Например, Томпсон и Хинтон (129) наблюдали снижение уровня молочной кислоты в зобе у кур-несушек, получавших смесь муравьиной и пропионовой кислот, предполагая, что присутствие этих экзогенных органических кислот в зобе привело к уменьшению количества лактобацилл в зобе. Лактобациллы в зобе считаются барьером для сальмонеллы, и поэтому нарушение этой резидентной микробиоты зоба может быть вредным для успешного снижения колонизации желудочно-кишечного тракта сальмонеллой (144). Ачикгёз и др. обнаружили, что воздействие на нижний отдел желудочно-кишечного тракта у птиц может быть менее выраженным. (145) Не было обнаружено различий в общей кишечной флоре или количестве Escherichia coli у 42-дневных бройлерных цыплят, пьющих воду, подкисленную муравьиной кислотой. Авторы предположили, что это может быть связано с метаболизмом формиата в верхних отделах желудочно-кишечного тракта, как это наблюдалось другими исследователями при экзогенном введении короткоцепочечных жирных кислот (КЖК) (128, 129).
Защита муравьиной кислоты посредством какой-либо формы инкапсуляции может помочь ей достичь нижних отделов желудочно-кишечного тракта. (146) отметили, что микроинкапсулированная муравьиная кислота значительно увеличила общее содержание короткоцепочечных жирных кислот (КЖК) в слепой кишке свиней по сравнению со свиньями, получавшими незащищенную муравьиную кислоту. Этот результат позволил авторам предположить, что муравьиная кислота может эффективно достигать нижних отделов желудочно-кишечного тракта, если она должным образом защищена. Однако несколько других параметров, таких как концентрации формиата и лактата, хотя и были выше, чем у свиней, получавших контрольный рацион, статистически не отличались от таковых у свиней, получавших рацион с незащищенным формиатом. Хотя у свиней, получавших как незащищенную, так и защищенную муравьиную кислоту, наблюдалось почти трехкратное увеличение молочной кислоты, количество лактобацилл не изменилось ни при одном из вариантов обработки. Различия могут быть более выраженными для других продуцирующих молочную кислоту микроорганизмов в слепой кишке (1), которые не обнаруживаются этими методами и/или (2) чья метаболическая активность изменяется, тем самым изменяя характер ферментации таким образом, что резидентные лактобациллы производят больше молочной кислоты.
Для более точного изучения влияния кормовых добавок на желудочно-кишечный тракт сельскохозяйственных животных необходимы методы идентификации микроорганизмов с более высоким разрешением. В последние несколько лет секвенирование следующего поколения (NGS) гена 16S РНК используется для идентификации таксонов микробиома и сравнения разнообразия микробных сообществ (147), что позволило лучше понять взаимодействие между кормовыми добавками и желудочно-кишечной микробиотой сельскохозяйственных животных, таких как птица.
В нескольких исследованиях использовалось секвенирование микробиома для оценки реакции желудочно-кишечного микробиома цыплят на добавление формиата. Окли и др. (148) провели исследование на 42-дневных бройлерных цыплятах, получавших различные комбинации муравьиной кислоты, пропионовой кислоты и среднецепочечных жирных кислот в питьевую воду или корм. Иммунизированных цыплят заражали устойчивым к налидиксовой кислоте штаммом Salmonella typhimurium, а их слепые кишки удаляли в возрасте 0, 7, 21 и 42 дней. Образцы слепой кишки готовили для пиросеквенирования 454, а результаты секвенирования оценивали для классификации и сравнения сходства. В целом, обработка не оказала существенного влияния на микробиом слепой кишки или уровни S. Typhimurium. Однако общие показатели обнаружения сальмонеллы снижались с возрастом птиц, что подтверждается таксономическим анализом микробиома, а относительная численность последовательностей сальмонеллы также уменьшалась с течением времени. Авторы отмечают, что по мере старения бройлеров разнообразие микробной популяции слепой кишки увеличивалось, при этом наиболее значительные изменения в желудочно-кишечной флоре наблюдались во всех группах лечения. В недавнем исследовании Ху и др. (149) сравнили влияние питьевой воды и кормления рационом, дополненным смесью органических кислот (муравьиной, уксусной, пропионовой кислот и формиата аммония) и виргиниамицином, на образцы микробиома слепой кишки бройлерных цыплят, собранные на двух этапах (1–21 день и 22–42 дня). Хотя некоторые различия в разнообразии микробиома слепой кишки наблюдались между группами лечения в возрасте 21 дня, различий в разнообразии α- или β-бактерий в возрасте 42 дней обнаружено не было. Учитывая отсутствие различий в возрасте 42 дней, авторы предположили, что преимущество в росте может быть связано с более ранним формированием оптимально разнообразного микробиома.
Анализ микробиома, сфокусированный только на микробном сообществе слепой кишки, может не отражать, в какой части желудочно-кишечного тракта происходит большая часть воздействия пищевых органических кислот. Микробиом верхних отделов желудочно-кишечного тракта бройлерных цыплят может быть более восприимчив к воздействию пищевых органических кислот, как показывают результаты исследования Хьюма и др. (128). Хьюм и др. (128) продемонстрировали, что большая часть экзогенно добавленного пропионата абсорбировалась в верхних отделах желудочно-кишечного тракта птиц. Недавние исследования по характеристике желудочно-кишечных микроорганизмов также подтверждают эту точку зрения. Нава и др. (150) продемонстрировали, что комбинация смеси органических кислот [DL-2-гидрокси-4(метилтио)масляная кислота], муравьиная кислота и пропионовая кислота (HFP) влияла на кишечную микробиоту и увеличивала колонизацию лактобактериями в подвздошной кишке цыплят. Недавно Гударзи Борожени и др. (150) продемонстрировали, что комбинация смеси органических кислот [DL-2-гидрокси-4(метилтио)масляной кислоты], муравьиной кислоты и пропионовой кислоты (HFP) влияла на кишечную микробиоту и увеличивала колонизацию лактобактерий в подвздошной кишке цыплят. (151) изучали кормление бройлерных цыплят смесью муравьиной и пропионовой кислот в двух концентрациях (0,75% и 1,50%) в течение 35 дней. В конце эксперимента были удалены зоб, желудок, дистальные две трети подвздошной кишки и слепая кишка, и взяты образцы для количественного анализа специфической желудочно-кишечной флоры и метаболитов с использованием ОТ-ПЦР. В культуре концентрация органических кислот не влияла на численность лактобактерий или бифидобактерий, но увеличивала популяцию клостридий. В подвздошной кишке единственными изменениями было уменьшение численности лактобактерий и энтеробактерий, тогда как в слепой кишке эта флора оставалась неизменной (151). При самой высокой концентрации органических кислот в рационе наблюдалось снижение общей концентрации молочной кислоты (D и L) в зобе, снижение концентрации обеих органических кислот в желудке, а также снижение концентрации органических кислот в слепой кишке. В подвздошной кишке изменений не наблюдалось. Что касается короткоцепочечных жирных кислот (КЖК), единственное изменение в зобе и желудке птиц, получавших органические кислоты, касалось уровня пропионата. У птиц, получавших органические кислоты в более низкой концентрации, наблюдалось почти десятикратное увеличение пропионата в зобе, тогда как у птиц, получавших органические кислоты в двух концентрациях, наблюдалось восьми- и пятнадцатикратное увеличение пропионата в желудке соответственно. Увеличение ацетата в подвздошной кишке было менее чем двукратным. В целом, эти данные подтверждают мнение о том, что большинство эффектов внешнего применения органических кислот проявлялись в увеличении выхода продукта, тогда как органические кислоты оказывали минимальное воздействие на микробное сообщество нижних отделов желудочно-кишечного тракта, что предполагает возможное изменение характера ферментации резидентной флоры верхних отделов желудочно-кишечного тракта.
Очевидно, что для полного понимания реакции микроорганизмов на формиат в желудочно-кишечном тракте необходима более углубленная характеристика микробиома. Более детальный анализ микробной таксономии конкретных отделов желудочно-кишечного тракта, особенно верхних отделов, таких как зоб, может дать дополнительное представление о выборе определенных групп микроорганизмов. Их метаболическая и ферментативная активность также может определять, существуют ли у них антагонистические отношения с патогенами, попадающими в желудочно-кишечный тракт. Было бы также интересно провести метагеномный анализ, чтобы определить, приводит ли воздействие кислых химических добавок в течение жизни птиц к отбору более «кислотоустойчивых» бактерий-резидентов, и представляет ли присутствие и/или метаболическая активность этих бактерий дополнительный барьер для колонизации патогенами.
Муравьиная кислота уже много лет используется в качестве химической добавки в кормах для животных и в качестве подкислителя силоса. Одно из ее основных применений — антимикробное действие, ограничивающее количество патогенов в корме и их последующую колонизацию в желудочно-кишечном тракте птиц. Исследования in vitro показали, что муравьиная кислота является относительно эффективным антимикробным средством против сальмонеллы и других патогенов. Однако использование муравьиной кислоты в кормовых матрицах может быть ограничено высоким содержанием органических веществ в кормовых ингредиентах и ​​их потенциальной буферной способностью. Муравьиная кислота, по-видимому, оказывает антагонистическое действие на сальмонеллу и другие патогены при попадании в организм через корм или питьевую воду. Однако это антагонизм проявляется преимущественно в верхних отделах желудочно-кишечного тракта, поскольку концентрация муравьиной кислоты может быть снижена в нижних отделах желудочно-кишечного тракта, как это происходит с пропионовой кислотой. Концепция защиты муравьиной кислоты путем инкапсуляции предлагает потенциальный подход к доставке большего количества кислоты в нижние отделы желудочно-кишечного тракта. Кроме того, исследования показали, что смесь органических кислот более эффективна в улучшении продуктивности птицы, чем введение одной кислоты (152). Кампилобактер в желудочно-кишечном тракте может по-разному реагировать на формиат, поскольку он может использовать формиат в качестве донора электронов, а формиат является его основным источником энергии. Неясно, будет ли увеличение концентрации формиата в желудочно-кишечном тракте полезным для кампилобактера, и это может не произойти в зависимости от другой микрофлоры желудочно-кишечного тракта, которая может использовать формиат в качестве субстрата.
Необходимы дополнительные исследования для изучения влияния желудочно-кишечной муравьиной кислоты на непатогенные резидентные микроорганизмы желудочно-кишечного тракта. Мы предпочитаем избирательно воздействовать на патогены, не нарушая при этом состав желудочно-кишечного микробиома, полезного для хозяина. Однако это требует более глубокого анализа последовательности микробиома этих резидентных желудочно-кишечных микробных сообществ. Хотя были опубликованы некоторые исследования микробиома слепой кишки птиц, обработанных муравьиной кислотой, больше внимания следует уделить микробному сообществу верхних отделов желудочно-кишечного тракта. Идентификация микроорганизмов и сравнение сходств между желудочно-кишечными микробными сообществами в присутствии или отсутствии муравьиной кислоты могут быть неполным описанием. Для характеристики функциональных различий между группами со схожим составом необходимы дополнительные анализы, включая метаболомику и метагеномику. Такая характеристика имеет решающее значение для установления связи между желудочно-кишечным микробным сообществом и реакцией птиц на улучшители на основе муравьиной кислоты. Сочетание нескольких подходов для более точной характеристики функций желудочно-кишечного тракта должно позволить разработать более эффективные стратегии добавления органических кислот и в конечном итоге улучшить прогнозы оптимального здоровья и продуктивности птиц, одновременно ограничивая риски для безопасности пищевых продуктов.
SR подготовила этот обзор при содействии DD и KR. Все авторы внесли существенный вклад в работу, представленную в этом обзоре.
Авторы заявляют, что написание и публикация данного обзора были профинансированы корпорацией Anitox. Финансирующие организации не оказывали влияния на взгляды и выводы, выраженные в данной обзорной статье, а также на решение о ее публикации.
Остальные авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых связей, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Доктор ДД выражает благодарность аспирантуре Университета Арканзаса за поддержку в рамках стипендии для выдающихся преподавателей, а также за постоянную поддержку со стороны программы клеточной и молекулярной биологии Университета Арканзаса и кафедры пищевых наук. Кроме того, авторы хотели бы поблагодарить компанию Anitox за первоначальную помощь в написании этого обзора.
1. Дибнер Дж. Дж., Ричардс Дж. Д. Использование антибиотических стимуляторов роста в сельском хозяйстве: история и механизмы действия. Птицеводство (2005) 84:634–43. doi: 10.1093/ps/84.4.634
2. Джонс Ф.Т., Рик С.К. История разработки и мониторинга антимикробных препаратов в кормах для птицы. Птицеводство (2003) 82:613–7. doi: 10.1093/ps/82.4.613
3. Брум Л.Дж. Субингибиторная теория антибиотических стимуляторов роста. Птицеводство (2017) 96:3104–5. doi: 10.3382/ps/pex114
4. Сорум Х., Л'Абе-Лунд Т.М. Антибиотикорезистентность пищевых бактерий — последствия нарушений в глобальных бактериальных генетических сетях. Международный журнал пищевой микробиологии (2002) 78:43–56. doi: 10.1016/S0168-1605(02)00241-6
5. Van Immerseel F, Cauwaerts K, Devriese LA, Heesebroek F, Ducatel R. Кормовые добавки для борьбы с сальмонеллой в кормах. World Journal of Poultry Science (2002) 58:501–13. doi: 10.1079/WPS20020036
6. Angulo FJ, Baker NL, Olsen SJ, Anderson A, Barrett TJ. Использование противомикробных препаратов в сельском хозяйстве: контроль передачи устойчивости к противомикробным препаратам человеку. Семинары по детским инфекционным заболеваниям (2004) 15:78–85. doi: 10.1053/j.spid.2004.01.010
7. Лекшми М., Аммини П., Кумар С., Варела М.Ф. Условия производства пищевых продуктов и эволюция антимикробной резистентности у патогенных для человека микроорганизмов животного происхождения. Микробиология (2017) 5:11. doi: 10.3390/microorganisms5010011
8. Лоуренсо Ж.М., Зейдель Д.С., Каллауэй Т.Р. Глава 9: Антибиотики и функция кишечника: история и современное состояние. В: Рике С.К., ред. Улучшение здоровья кишечника у домашней птицы. Кембридж: Берли Додд (2020). Страницы 189–204. DOI: 10.19103/AS2019.0059.10
9. Рик СК. № 8: Гигиена кормления. В: Девульф Дж., ван Иммерзил Ф., ред. Биобезопасность в животноводстве и ветеринарии. Левен: АККО (2017). Страницы 144–76.