Fitobióticos: Herramientas naturales para enfrentar los desafíos productivos en la industria avícola – Parte 2

Departamento de Investigación y Nutrición de Aves, GRUPO NUTEC®

Introducción

En la pasada entrega ofrecimos una introducción al tema de los fitobióticos, respondiendo preguntas frecuentes como el qué son y para qué sirven. Además, explicamos la importancia de la determinación de la efectividad de los fitobióticos y de los puntos clave a vigilar en su formulación y aplicación en los animales. Por último, describimos brevemente los diferentes mecanismos de acción que han sido reportados para la amplia gama de activos presentes en los extractos de plantas. En esta oportunidad, explicaremos con mayor detalle las principales funcionalidades de estos compuestos con el objetivo de transmitir el soporte científico que hay disponible para esta área y con ello, demostrar que existen herramientas naturales disponibles y eficaces para ayudarnos a resolver muchos desafíos que se enfrentan día a día en la producción avícola.  

Principales funciones de los fitobióticos

1. Actividad antimicrobiana

Entre los compuestos fitogénicos, los aceites esenciales son algunos de los compuestos más estudiados. Otras moléculas menos estudiadas son los ácidos, alcoholes, aldehídos, ésteres acílicos, compuestos que contienen azufre, cumarinas y homólogos de polipropanoides (Rico et al., 2019)

Se ha planteado que algunos fitobióticos aumentan la permeabilidad de las membranas de las células bacterianas lo que provoca la liberación del contenido celular y finalmente, la muerte de la célula. Lo anterior, generalmente ocurre a través de la degradación de la pared celular, el daño de la membrana citoplasmática, la coagulación del citoplasma y la destrucción de las proteínas de la membrana, así como la reducción de la fuerza motriz del protón, donde los metabolitos naturales podrían desempeñar un papel decididamente activo, cambiando a menudo por completo la morfología de las células. Debido a estas propiedades, a ciertas moléculas de extractos naturales se les considera como alternativas potenciales a los antibióticos en los sistemas de producción animal.

Las acciones de los fitobióticos sobre las células microbianas varían según la ubicación de sus grupos funcionales hidroxilo o alquilo; por ejemplo, el timol y el carvacrol, los dos terpenoides, tienen efectos antimicrobianos similares pero actúan de forma diferente contra las bacterias Gram positivas o Gram negativas, dependiendo de la ubicación de uno o más grupos funcionales en estas dos moléculas. El grupo hidroxilo de los terpenoides fenólicos y la presencia de electrones deslocalizados son elementos importantes para su acción antimicrobiana (Yang et al., 2015). Por ejemplo, se ha demostrado que el timol y el carvacrol tienen importantes propiedades de desintegración de la membrana externa debido a su mayor capacidad para liberar lipopolisacáridos, que actuan como detergentes para la sensibilización; (Yang et al., 2015). Por otro lado, la actividad antibacteriana de los extractos como la canela, el clavo, el ajo, la mostaza, la cebolla y el orégano se plantea para ser ligeramente mayor contra las bacterias Gram positivas que contra las Gram negativas, a través de otros mecanismos de acción (Upadahaya & Kim, 2017).

2. Moduladores de la microbiota

Hoy en día se reconoce que la microbiota intestinal tiene un rol importante en la asimilación de los nutrientes en la dieta, además posee una influencia directa en la salud y la productividad de los animales. Por lo tanto, una microbiota intestinal normal o equilibrada es muy importante para una salud óptima. Dentro de los factores que afectan la composición y funcionalidad de la microbiota intestinal, se pueden mencionar: el medioambiente, el estrés por calor y manejo, las condiciones de alojamiento, contexto genético, la edad, etc., lo que puede causar cambios perjudiciales en el intestino que dan como resultado una mala salud de las aves y una disminución del rendimiento productivo. La modulación de la microbiota intestinal podría impactar en la tasa de conversión alimenticia, la ganancia de peso corporal, la energía metabolizable aparente, el consumo de alimento y el tiempo necesario para alcanzar el peso deseado (Iqbal et al., 2020).

Se han sugerido dos vías por las cuales los fitóbioticos interactúan con la microbiota intestinal: 1) los fitobióticos favorecen el desarrollo de microorganismos que pueden transformar nutrientes complejos en moléculas más simples para ser absorbibles y 2) afectan a la población de microorganismos intestinales al interferir con su actividad metabólica e inhibiendo el crecimiento de patógenos (Kikusato, M. 2021). Lo anterior, implicaría que la transformación en metabolitos más simples aumenta la biodisponibilidad y mejora los efectos que promueven la salud en el intestino. Mientras tanto, los efectos de los fitobióticos que suprimen el desarrollo de bacterias patógenas mejoran el estado inmunológico intestinal y afectan positivamente a la población de bacterias benéficas.

En principio, el modo de acción de los aditivos alimentarios que promueven el crecimiento de los animales surge de afectar beneficiosamente el ecosistema de la microbiota gastrointestinal a través del control de patógenos potenciales. Así bien, la transformación en metabolitos más simples aumenta la biodisponibilidad y mejora los efectos que promueven la salud en el intestino. Mientras tanto, los efectos similares a los prebióticos que poseen los fitobióticos, ya que suprimen el crecimiento de bacterias patógenas, también podrían mejorar el estado inmunológico intestinal afectando positivamente a la población de bacterias beneficiosas.

3. Moduladores del sistema inmune

Una de las funciones de la barrera epitelial intestinal es evitar la translocación de bacterias patógenas y sus constituyentes dañinos a la circulación interna. Las células epiteliales e inmunitarias presentes en la lámina propia del tejido intestinal reconocen sustancias potencialmente dañinas y se activan a través de señales celulares para producir citoquinas, quimiocinas inflamatorias y otros compuestos bioactivos para reforzar y restaurar la barrera intestinal (Kikusato, 2021). Sin embargo, una respuesta de protección excesiva podría inducir inflamación y con ello, llegar a una disfunción de la barrera epitelial.

Los fitobióticos podrían alterar las funciones de la barrera intestinal, no sólo a través de la sobre regulación de la expresión de algunas proteínas, sino también al influenciar la señalización intracelular para inducir las vías de producción de citoquinas. Por ejemplo, la cúrcuma y el isotiocianato, respectivamente, han sido reportados como activadores de receptores tipo Toll (TLRs por sus siglas en inglés) y NOD (nucleotide-binding oligomerization). Por su parte, el cinamaldehído, timol y carvacrol han sido relacionados con la capacidad de inhibir o modular las vías de señalización NF-kB y/o MAPK para mitigar las cascadas de inflamación (Kikusato, 2021).

Los fitobióticos también inducen sus efectos inmunomoduladores a través del aumento de la proliferación de las células inmunitarias, la expresión de citoquinas emergentes y la elevación de los títulos de anticuerpos (Figura 1). Esta respuesta puede estar asociada con la presencia de vitamina C, carotenoides y flavonoides, los cuales aumentan la actividad de los macrófagos, linfocitos y células asesinas naturales, así como la estimulación de la producción de interferón. Además, ciertos compuestos pueden unirse a los receptores de inmunoglobulina G (Ig G), lo que conduce a la estimulación de la respuesta inmunitaria (Abd El-Ghany et al., 2020).

Por último, se plantea que si los fitobióticos y sus metabolitos mitigan el estado inflamatorio; con ello la posterior degradación de proteínas para la utilización de aminoácidos libres en la construcción de proteínas propias favorecería el crecimiento muscular normal. Este podría ser uno de los mecanismos que promueven el rendimiento de crecimiento de los animales.

Figura 1. Posible acción inmunomoduladora del carvacrol, cinamaldehído, curcuminoides y timol a través de la regulación en la expresión de mediadores proinflamatorios y enzimas implicadas en las vías de señalización del factor nuclear kappa B (NF-kB) y de las proteínas quinasas activadas por mitógenos (MAPKs), la inflamación y la respuesta inmune en pollos y cerdos (Huang & Lee, 2018).

4. Antioxidantes y el estrés oxidativo

Las propiedades antioxidantes de los fitobióticos contribuyen a la protección de los lípidos del daño oxidativo, por lo que son utilizados en la elaboración de los alimentos y para mantener las características de los mismos. Sin embargo, la demanda de antioxidantes naturales en los alimentos está aumentando debido a sus beneficios para favorecer la salud asociada al desarrollo de estrés oxidativo y sus enfermedades, pues los antioxidantes tienen la funcionalidad de evitar la oxidación de lípidos celulares, impidiendo el daño celular en los tejidos, mejorando la calidad de la carne, el huevo o la leche y con ello, ofreciendo mejor sabor, color y vida de anaquel (Windisch et al., 2007; Upadahaya & Kim, 2017).

Figura 2. Mecanismo de acción de los antioxidantes.

Entre los fitobióticos con reconocida actividad antioxidante se encuentran los flavonoides. Estos han sido ampliamente reportados por disminuir los estragos causados por el estrés oxidativo en los animales. Se resaltan los siguientes mecanismos acción:

  1. Mecanismo de reacción de bombeo de hidrógeno directo. La molécula antioxidante pierde el átomo de hidrógeno del hidroxilo fenólico para generar radicales de oxígeno fenólicos, y su actividad antioxidante depende de la facilidad con la que se rompe el enlace O-H del hidroxilo fenólico.
  2. Mecanismo de transferencia de un solo electrón. El antioxidante transfiere un electrón a los radicales de oxígeno reactivos para generar el catión radical flavonoide (Figura 2; Yin et al., 2021).
  3. Mecanismos de regulación del factor nuclear eritroide 2-p45 derivado del factor 2 (Nrf2). El Nrf2 es el factor de transcripción que regula la respuesta oxidativa celular, ya que puede inducir la actividad de la proteína reactiva antioxidante (Ares) y, por tanto, inhibir la formación de radicales libres (ROS) o bien, activa la transcripción de enzimas con actividad antioxidante, reduciendo así el estrés oxidativo para mantener el equilibrio del entorno intracelular (Yin et al., 2021).

Los fitobióticos también son utilizados para mejorar la calidad de los productos finales como la carne, huevo o leche; por ejemplo: los aceites vegetales utilizados en las dietas de los monogástricos pueden alterar fácilmente la composición de ácidos grasos de todas las fracciones de lípidos corporales, aumentando generalmente la cantidad de ácidos grasos poliinsaturados y, por lo tanto, su susceptibilidad a la oxidación, lo que lleva al desarrollo de la rancidez oxidativa y el consiguiente aumento de los olores desagradables. Sin embargo, al utilizar compuestos antioxidantes naturales, estos pueden contribuir a una mayor estabilidad oxidativa de la carne y los productos de origen animal, compensando el mayor grado de insaturación. La suplementación con aceites esenciales de carvacrol, cinamaldehído y capsicum en pollo de engorda han reportado incrementos de antioxidantes en hígado y mayor estabilidad oxidativa la de carne (Upadahaya & Kim, 2017).

5. Mejoradores de propiedades sensoriales. Estimulantes de consumo y palatantes

Debido a las características aromáticas de algunos compuestos fitobióticos, éstos pueden ser utilizados como estimulantes del apetito o palatantes, como los extractos de canela, cardomomo, clavo, apio, perejil, fenogreco, menta y laurel (Cristea et al., 2012), actuando a través de mecanismos sensoriales, preparando la motilidad y secreciones del sistema digestivo. La temperatura, pungencia o picor, son percibidos a través de la estimulación de receptores presentes en las fibras nerviosas. Estos receptores son similares en la mayoría de las especies, a excepción de las aves, las cuales evolutivamente han cambiado. Un ejemplo de estas diferencias es la aversión por el aroma de la pimienta en los mamíferos predadores, mientras que las aves no presentan este comportamiento y, por el contrario, se observa una mayor secreción de enzimas digestivas como la amilasa pancreática, tripsina y maltasa, como respuesta a la exposición a este aroma, mejorando los procesos de digestión (Brenes y Roura, 2010). Por otro lado, los resultados de estudios que han probado distintos fitobióticos como palatantes no han sido del todo claros, pues las respuestas se observan como incremento en el consumo de alimento, el cual no siempre está asociado a la palatabilidad (Windisch et al., 2007).

Mensaje Final

Como parte de la filosofía de GRUPO NUTEC® y con el objetivo de proporcionar productos de vanguardia en nutrición animal, todos nuestros fitobióticos están basados en un gran desarrollo de investigación, ya que contamos con:

  • Laboratorio de Análisis Químico Instrumental con equipamiento de última tecnología (UPLC® y Cromatografía de gases), el cual empleamos en la caracterización y formulación de nuestros productos de la línea GREEN SOLUTIONS®.
  • Investigación de vanguardia para el desarrollo y mejoramiento de aditivos naturales que se obtienen a partir de plantas seleccionadas estratégicamente para promover la salud intestinal y modular la respuesta inmune en las aves.
  • Laboratorio de Biología Molecular donde se investiga el mecanismo de acción de las moléculas que componen nuestros productos fitobióticos, así como su efecto sobre la microbiota intestinal, la respuesta inmune y otros sistemas, a través de la implementación de las ciencias OMICAS.

Referencias

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