Сучасний стан та перспективи застосування органічних кислот та їх композицій в кормах для птиці: Огляд літератури
Анотація
Застосування антибіотиків в птахівництві є критично обмеженим, що обумовлює пошук і дослідження альтернативних сполук для заміни антибіотиків. Органічні кислоти розглядаються як одна з таких альтернатив, однак антимікробні та метаболічні ефекти сумішей жирних кислот залишаються суперечливими та не повністю зрозумілими. Все це разом обумовлює актуальність системного аналізу сучасних даних стосовно ефективних стратегій заміни антибіотиків. Метою роботи було провести аналіз та узагальнення сучасних уявлень щодо застосування сумішей органічних кислот в якості альтернативної стратегії забезпечення сталого птахівництва. Аналіз сучасних літературних джерел показав, що однією з перспективних альтернатив використанню антибіотиків у птахівництві є суміші органічних кислот та їх похідні, які мають антибактеріальну дію, знижують рН, включаються в енергетичний метаболізм і все це разом сприяє інтестинальній функції. Органічні кислоти позитивно впливають на фізіологічні функції, зокрема, травлення та імунну систему, є основним джерелом енергії колоноцитів та знижують патогенне бактеріальне навантаження на травний тракт. Показано, що суміші органічних кислот виявляють вищу ефективність, ніж їх окреме застосування, зокрема, показана висока ефективність застосування сумішей коротко- та середньоланцюгових жирних кислот для підтримки інтестинального бар’єру, мікробіому та імунітету, при цьому перші краще діють як стимулятори росту, а другі мають вищі антибактеріальні властивості. Ефективність застосування як органічних кислот окремо, так і їх сумішей залежить від багатьох факторів, залежно від типу молекули, форми та дози задавання. Обґрунтовано доцільність проведення подальших досліджень ефектів органічних кислот, що буде корисним для розробки антибіотик-фрі стратегії використовуючи синергічні ефекти їх сумішей та багато спрямовану цитопротекторну дію. Робота стане в нагоді науковцям та ветеринарним лікарям для ознайомлення з перспективами застосування композиції органічних кислот як замінників антибіотиків, зокрема для формування технологічних прийомів з мінімізацією їх використання
Ключові слова
суміші короктоланцюгових та середньоланцюгових жирних кислот; птахівництво; антибіотики; підтримка інтестинальної функції
[1] Ali, Q., Ma, S., La, S., Guo, Z., Liu, B., Gao, Z., Farooq, U., Wang, Z., Zhu, X., Cui, Y., Li, D., & Shi, Y. (2022). Microbial short-chain fatty acids: A bridge between dietary fibers and poultry gut health – A review. Animal Bioscience, 35(10), 1461-1478. doi: 10.5713/AB.21.0562.
[2] Aljumaah, M.R., Alkhulaifi, M.M., Abudabos, A.M., Alabdullatifb, A., El-Mubarak, A.H., Al Suliman, A.R., & Stanley, D. (2020). Organic acid blend supplementation increases butyrate and acetate production in Salmonella enterica serovar Typhimurium challenged broilers. PLoS One, 15(6), article number e0232831. doi: 10.1371/ journal.pone.0232831.
[3] Cuccato, M., Rubiola, S., Giannuzzi, D., Grego, E., Pregel, P., Divari, S., & Cannizzo, F.T. (2021). 16S rRNA sequencing analysis of the gut microbiota in broiler chickens prophylactically administered with antimicrobial agents. Antibiotics, 10(2), article number 146. doi: 10.3390/ANTIBIOTICS10020146.
[4] Dauksiene, A., Ruzauskas, M., Gruzauskas, R., Zavistanaviciute, P., Starkute, V., Lele, V., Klupsaite, D., Klementaviciute, J., & Bartkiene, E. (2021). A comparison study of the caecum microbial profiles, productivity and production quality of broiler chickens fed supplements based on medium chain fatty and organic acids. Animals, 11(3), article number 610. doi: 10.3390/ani11030610.
[5] Deleu, S., Machiels, K., Raes, J., Verbeke, K., & Vermeire, S. (2021). Short chain fatty acids and its producing organisms: An overlooked therapy for IBD? EBioMedicine, 66, article number 103293. doi: 10.1016/j. ebiom.2021.103293.
[6] Dierick, N.A., Decuypere, J.A., Molly, K., Van Beek, E., & Vanderbeke, E. (2002). The combined use of triacylglycerols containing medium-chain fatty acids (MCFAs) and exogenous lipolytic enzymes as an alternative for nutritional antibiotics in piglet nutrition: I. In vitro screening of the release of MCFAs from selected fat sources by selected exogenous lipolytic enzymes under simulated pig gastric conditions and their effects on the gut flora of piglets. Livestock Production Science, 75(2), 129-142. doi: 10.1016/S03016226(01)00303-7.
[7] Elnesr, S.S., Alagawany, M., Elwan, H.A.M., Fathi, M.A., & Farag, M.R. (2020). Effect of sodium butyrate on intestinal health of poultry – a review. Annals of Animal Science, 20(1), 29-41. doi: 10.2478/aoas-2019-0077.
[8] El-Saadony, M.T., Salem, H.M., El-Tahan, A.M., Abd El-Mageed, T.A., Soliman, S.M., Khafaga, A.F., Swelum, A.A., Ahmed, A.E., Alshammari, F.A., & Abd El-Hack, M.E. (2022). The control of poultry salmonellosis using organic agents: An updated overview. Poultry Science, 101(4), article number 101716. doi: 10.1016/J. PSJ.2022.101716.
[9] Facchin, S., Vitulo, N., Calgaro, M., Buda, A., Romualdi, C., Pohl, D., Perini, B., Lorenzon, G., Marinelli, C., D’Incà, R., Sturniolo, G.C., & Savarino, E.V. (2020). Microbiota changes induced by microencapsulated sodium butyrate in patients with inflammatory bowel disease. Neurogastroenterology & Motility, 32(10), article number e13914. doi: 10.1111/nmo.13914.
[10] Fortuoso, B.F., et al. (2019). Glycerol monolaurate in the diet of broiler chickens replacing conventional antimicrobials: Impact on health, performance and meat quality. Microbial Pathogenesis, 129, 161-167. doi: 10.1016/j.micpath.2019.02.005.
[11] Galli, G.M., et al. (2021). Growth performance and meat quality of broilers fed with microencapsulated organic acids. Animal Feed Science and Technology, 271, article number 114706. doi: 10.1016/j.anifeedsci.2020.114706.
[12] Gao, H., Zhang, Y., Liu, K., Fan, R., Li, Q., & Zhou, Z. (2022). Dietary sodium butyrate and/or vitamin D3 supplementation alters growth performance, meat quality, chemical composition, and oxidative stability in broilers. Food Chemistry, 390, article number 133138. doi: 10.1016/J.FOODCHEM.2022.133138.
[13] Gavriil, A., Thanasoulia, A., & Skandamis, P.N. (2020). Sublethal concentrations of undissociated acetic acid may not always stimulate acid resistance in Salmonella enterica sub. enterica serovar Enteritidis Phage Type 4: Implications of challenge substrate associated factors. PLOS ONE, 15(7), article number e0234999. doi: 10.1371/JOURNAL.PONE.0234999.
[14] Greene, G., Koolman, L., Whyte, P., Burgess, C.M., Lynch, H., Coffey, A., Lucey, B., O’Connor, L., & Bolton, D. (2022). An investigation of the effect of water additives on broiler growth and the caecal microbiota at harvest. Pathogens, 11(8), article number 932. doi: 10.3390/PATHOGENS11080932.
[15] Haulisah, N.A., Hassan, L., Bejo, S.K., Jajere, S.M., & Ahmad, N.I. (2021). High levels of antibiotic resistance in isolates from diseased livestock. Frontiers in Veterinary Science, 8, article number 652351. doi: 10.3389/ fvets.2021.652351.
[16] Hermans, D., Martel, A., Van Deun, K., Verlinden, M., Van Immerseel, F., Garmyn, A., Messens, W., Heyndrickx, M., Haesebrouck, F., & Pasmans, F. (2010). Intestinal mucus protects Campylobacter jejuni in the ceca of colonized broiler chickens against the bactericidal effects of medium-chain fatty acids. Poultry Science, 89(6), 1144-1155. doi: 10.3382/ps.2010-00717.
[17] Islam, M.R., Hassan, Y.I., Das, Q., Lepp, D., Hernandez, M., Godfrey, D.V, Orban, S., Ross, K., Delaquis, P., & Diarra, M.S. (2020). Dietary organic cranberry pomace influences multiple blood biochemical parameters and cecal microbiota in pasture-raised broiler chickens. Journal of Functional Foods, 72, article number 104053. doi: 10.1016/j.jff.2020.104053.
[18] Khatibjoo, A., Mahmoodi, M., Fattahnia, F., Akbari-Gharaei, M., Shokri, A.-N., & Soltani, S. (2018). Effects of dietary short-and medium-chain fatty acids on performance, carcass traits, jejunum morphology, and serum parameters of broiler chickens. Journal of Applied Animal Research, 46(1), 492-498. doi: 10.1080/09712119.2017.1345741.
[19] Kotlo, K., Anbazhagan, A.N., Priyamvada, S., Jayawardena, D., Kumar, A., Chen, Y., Xia, Y., Finn, P.W., Perkins, D.L., & Dudeja, P.K. (2020). The olfactory G protein-coupled receptor (Olfr-78/OR51E2) modulates the intestinal response to colitis. American Journal of Physiology-Cell Physiology, 318(3), C502-C513. doi: 10.1152/ ajpcell.00454.2019.
[20] Laffin, M., Fedorak, R., Zalasky, A., Park, H., Gill, A., Agrawal, A., Keshteli, A., Hotte, N., & Madsen, K.L. (2019). A high-sugar diet rapidly enhances susceptibility to colitis via depletion of luminal short-chain fatty acids in mice. Scientific Reports, 9, article number 12294. doi: 10.1038/s41598-019-48749-2.
[21] Louis, P., & Flint, H.J. (2017). Formation of propionate and butyrate by the human colonic microbiota. Environmental Microbiology, 19(1), 29–41. doi: 10.1111/1462-2920.13589.
[22] Luu, M., Weigand, K., Wedi, F., Breidenbend, C., Leister, H., Pautz, S., Adhikary, T., & Visekruna, A. (2018). Regulation of the effector function of CD8+ T cells by gut microbiota-derived metabolite butyrate. Scientific Reports, 8, article number 14430. doi: 10.1038/s41598-018-32860-x.
[23] Makowski, Z., Lipiński, K., & Mazur-Kuśnirek, M. (2022). The effects of different forms of butyric acid on the performance of turkeys, carcass quality, incidence of footpad dermatitis and economic efficiency. Animals, 12(11), article number 1458. doi: 10.3390/ani12111458.
[24] Mannelli, F., Minieri, S., Tosi, G., Secci, G., Daghio, M., Massi, P., Fiorentini, L., Galigani, I., Lancini, S., & Rapaccini, S. (2019). Effect of chestnut tannins and short chain fatty acids as anti-microbials and as feeding supplements in broilers rearing and meat quality. Animals, 9(9), article number 659. doi: 10.3390/ani9090659.
[25] Mantzios, T., Tsiouris, V., Kiskinis, K., Economou, V., Petridou, E., Tsitsos, A., Patsias, A., Apostolou, I., Papadopoulos, G.A., Giannenas, I., & Fortomaris, P. (2023). In vitro investigation of the antibacterial activity of nine commercial water disinfectants, acidifiers, and glyceride blends against the most important poultry zoonotic bacteria. Pathogens, 12(3), article number 381. doi: 10.3390/PATHOGENS12030381.
[26] Masiuk, D.M., Romanenko, E.R., Herrman, B., & Nedzvetsky, V.S. (2023). Fibronectin measurement as a potential molecular marker for barrier function assessment of piglet intestine. Theoretical and Applied Veterinary Medicine, 11(2), 3-8. doi: 10.32819/2023.11006.
[27] Mishra, S.P., Jain, S., Wang, B., Wang, S., Miller, B.C., Lee, J.Y., Borlongan, C.V., Jiang, L., Pollak, J., Taraphder, S., Layden, B.T., Rane, S.G., & Yadav, H. (2024). Abnormalities in microbiota/butyrate/FFAR3 signaling in aging gut impair brain function. JCI Insight, 9(3), article number e168443. doi: 10.1172/jci.insight.168443.
[28] Nguyen, D.H, Lee, K.Y., Mohammadigheisar, M., & Kim, I.H. (2018). Evaluation of the blend of organic acids and medium-chain fatty acids in matrix coating as antibiotic growth promoter alternative on growth performance, nutrient digestibility, blood profiles, excreta microflora, and carcass quality in broilers. Poultry Science, 97(12), 4351-4358. doi: 10.3382/ps/pey339.
[29] Oliveira, L.M., Teixeira, F.M.E., & Sato, M.N. (2018). Impact of retinoic acid on immune cells and inflammatory diseases. Mediators of Inflammation, 2018, article number 3067126. doi: 10.1155/2018/3067126.
[30] Parada Venegas, D., De la Fuente, M.K., Landskron, G., González, M.J., Quera, R., Dijkstra, G., Harmsen, H.J.M., Faber, K.N., & Hermoso, M.A. (2019). Short chain fatty acids (SCFAs)-mediated gut epithelial and immune regulation and its relevance for inflammatory bowel diseases. Frontiers in Immunology, 10, article number 277. doi: 10.3389/fimmu.2019.00277.
[31] Peh, E., Kittler, S., Reich, F., & Kehrenberg, C. (2020). Antimicrobial activity of organic acids against Campylobacter spp. and development of combinations — A synergistic effect? PLOS ONE, 15(9), article number e0239312. doi: 10.1371/JOURNAL.PONE.0239312.
[32] Qi, N., Liu, S., Yan, F., Chen, B., Wu, S., Lin, X., Yan, Z., Zhou, Q., Liao, S., Li, J., Lv, M., Cai, H., Hu, J., Zhang, J., Gu, Y., & Sun, M. (2023). Study of microencapsulated fatty acid antimicrobial activity in vitro and its prevention ability of Clostridium perfringens induced necrotic enteritis in broiler chicken. Gut Pathogens, 15, article number 1. doi: 10.1186/S13099-022-00526-9/TABLES/3.
[33] Ratajczak, W., Rył, A., Mizerski, A., Walczakiewicz, K., Sipak, O., & Laszczyńska, M. (2019). Immunomodulatory potential of gut microbiome-derived short-chain fatty acids (SCFAs). Acta Biochimica Polonica, 66(1), 1–12. doi: 10.18388/ABP.2018_2648.
[34] Ricke, S.C., Dittoe, D.K., & Richardson, K.E. (2020). Formic acid as an antimicrobial for poultry production: A review. Frontiers in Veterinary Science, 7, article number 533419. doi: 10.3389/FVETS.2020.00563/BIBTEX.
[35] Roopashree, P.G., Shetty, S.S., & Suchetha Kumari, N. (2021). Effect of medium chain fatty acid in human health and disease. Journal of Functional Foods, 87, article number 104724. doi: 10.1016/J.JFF.2021.104724.
[36] Sadurní, M., Barroeta, A.C., Sala, R., Sol, C., Puyalto, M., & Castillejos, L. (2022). Impact of dietary supplementation with sodium butyrate protected by medium-chain fatty acid salts on gut health of broiler chickens. Animals, 12(19), article number 2496. doi: 10.3390/ANI12192496.
[37] Salah, A.S., Ahmed-Farid, O.A., & El-Tarabany, M.S. (2019). Carcass yields, muscle amino acid and fatty acid profiles, and antioxidant indices of broilers supplemented with synbiotic and/or organic acids. Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition, 103(1), 41-52. doi: 10.1111/jpn.12994.
[38] Satterlee, T., McDonough, C.M., Gold, S.E., Chen, C., Glenn, A.E., & Pokoo-Aikins, A. (2023). Synergistic effects of essential oils and organic acids against Aspergillus flavus contamination in poultry feed. Toxins, 15(11), article number 635. doi: 10.3390/TOXINS15110635.
[39] Scicutella, F., Mannelli, F., Daghio, M., Viti, C., & Buccioni, A. (2021). Polyphenols and organic acids as alternatives to antimicrobials in poultry rearing: A Review. Antibiotics, 10(8), article number 1010. doi: 10.3390/ ANTIBIOTICS10081010.
[40] Szabó, R.T., Kovács-Weber, M., Zimborán, Á., Kovács, L., & Erdélyi, M. (2023). Effects of short- and medium-chain fatty acids on production, meat quality, and microbial attributes — A Review. Molecules, 28(13), article number 4956. doi: 10.3390/MOLECULES28134956.
[41] The European Union One Health 2018 Zoonoses Report. (2019). EFSA Journal, 17(12), article number e05926. doi: 10.2903/j.efsa.2019.5926.
[42] Us, V., Sheoran, N., Shunthwal, J., Akbar, M., & Tewatia, B. (2017). Effect of supplementation of salts of organic acids on serum and haematological parameters of broilers. International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences, 6(11), 4211-4218. doi: 10.20546/ijcmas.2017.611.493.
[43] Vancamelbeke, M., Laeremans, T., Vanhove, W., Arnauts, K., Ramalho, A.S., Farré, R., Cleynen, I., Ferrante, M., & Vermeire, S. (2019). Butyrate does not protect against inflammation-induced loss of epithelial barrier function and cytokine production in primary cell monolayers from patients with ulcerative colitis. Journal of Crohn’s & Colitis, 13(10), 1351-1361. doi: 10.1093/ECCO-JCC/JJZ064.
[44] Wu, W., Xiao, Z., An, W., Dong, Y., & Zhang, B. (2018). Dietary sodium butyrate improves intestinal development and function by modulating the microbial community in broilers. PloS One, 13(5), article number e0197762. doi: 10.1371/JOURNAL.PONE.0197762.