prebióticos - LABMOR
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I Simpósio Paranaense de Produção e Sanidade de Avícola Promotores de Crescimento Alternativos: Prebióticos e Probióticos Alex Maiorka, Fábio L P Valle e Chayane da Rocha Universidade Federal do Paraná [email protected] Promotores de Crescimento Alternativos: Prebióticos e Probióticos Por que discutir o uso de PC alternativos? Dinâmica Intestinal Colonização do TGI Prebióticos Probióticos Considerações Finais Por que discutir o uso de PC alternativos? Prioridades na indústria de produção animal Bem estar do consumidor Bem estar do animal Impacto no meio ambiente Qualidade do produto final Eficiência no processo de produção Evolução nas práticas de produção Tempo 1950 1970 1990 2000 2020/2040 Por que discutir o uso de PC alternativos? 1° de janeiro de 2006 – proibição total ao uso profilático de antibióticos na produção animal Council Of The European Union (2003) Resistência antimicrobiana seleção de bactérias resistentes Produtos e técnicas alternativas tem surgido em substituição ao uso de antibióticos promotores de crescimento na produção avícola Por que discutir o uso de PC alternativos? INTESTINO DELGADO LACTOBACILLUS CECOS ÍLEO pH 7-7.5 BIFIDOBACTERIUM STREPTOCOCCUS PAPO pH 5.5 CLOSTRIDIUM PROVENTRÍCULO pH 2.5-3.5 STREPTOCOCCUS MOELA pH 2.5-3.5 JEJUNO pH 6.5-7 PAPO STREPTOCOCCUS COLIFORMES [LACTOBACILLUS ] CLOACA CECO pH 8 pH 6.9 PROVENTRICULO E MOELA [STREPTOCOCCUS] LACTOBACILLUS [COLIFORMES] STREPTOCOCCUS DUODENO pH 5-6 COLIFORMES Por que discutir o uso de PC alternativos? A microbiota intestinal pode ser maléfica ou benéfica ao hospedeiro dependendo da natureza e quantidade de microrganismos presentes Efeitos benéficos Efeitos maléficos Inibição de crescimento Diarréia de bactérias patogênicas Infecções Estímulo ao sistema imunológico Distúrbios hepáticos Síntese de vitaminas Carcinogênese Redução na produção de gases Putrefação intestinal Melhor digestão e absorção de Redução nutrientes na digestão absorção de nutrientes e Dinâmica Intestinal Dinâmica Intestinal Desafios Nutricionais Desafios Microbiológicos Desafios de Manejo Taninos Bactérias Alojamento Micotoxinas Fungos Temperatura Gorduras Oxidadas Vírus PNA’s Dinâmica Intestinal Motilidade Gastrintestinal Fígado Conexão ducto Intra-hepático Vesícula Biliar Ducto Cístico Ducto Hepático Proventrículo pH 5.2 pH 7.6 Ductos Pancreáticos Moela Refluxo Pâncreas Duodeno vvvv Dinâmica Intestinal Os tecidos intestinais representam cerca de apenas 5% do peso corporal, mas consomem entre 15 e 30% de todo aporte de O2 e proteínas do organismo (Gaskins, 2001) e 20% da energia bruta consumida (McBride & Kelly, 1990), devido a alta taxa de renovação e intensa atividade metabólica das células Com a manutenção da homeostase, o custo energético de mantença pode ser reduzido Dinâmica Intestinal O trato digestório é “um grande órgão do sistema imune (...) e o epitélio intestinal está em permanente estado de inflamação fisiológica”. Glândula de Harder Tonsilas cecais Timo Bursa de Fabricius Baço Sistema Imune Primário Sistema Imune Secundário Sistema GALT (Intestinos) Morales & Cardoso (2002) Colonização do TGI Aos 14 dias de incubação, o embrião inicia a absorção do fluido amniótico, esse processo pode introduzir a microbiota no trato intestinal Rose et al. (1974); Loeken & Roth (1983) As espécies bacterianas podem ser originadas da matriz ou do ambiente, antes e imediatamente após a eclosão Pedroso et al. (2005) Colonização do TGI Apesar das aves recém eclodidas possuirem baixa diversidade na microbiota intestinal, estas colônias bacterianas são abundantes no ID Pedroso et al. (2005); Maiorka et al. (2001) A microbiota é adquirida no ambiente de criação, e se torna similar a dos adultos após duas semanas Mead (1989) Colonização do TGI A microflora bacteriana intestinal pode ser modificada pelas manipulações nutricionais que afetam a disponibilidade de substrato específico Alzueta et al. (2003) A manipulação da microbiota é possível, porém é necessário que esta população seja conhecida Colins et al. (1999) Colonização do TGI Similaridade (%) entre as estruturas de colônias bacterianas no trato intestinal de frangos com 1 dia de idade proveniente de diferentes lotes Lote 1 Lote 2 Lote 3 Lote 2 45,8 Lote 3 47,9 68,7 Lote 4 56,2 81,2 70,8 Lote 5 39,6 60,4 75,0 Lote 4 70,8 Pedroso et al. (2005) Colonização do TGI EFEITOS NOCIVOS/PATOGÊNICOS PATOGÊNICAS Produção de toxinas Diarréia/infecções Danos ao fígado Encefalopatias FUNÇÕES PROMOTORAS DE SAÚDE P. aeruginosa Clostridia Veillonellae Staphylococci Proteus Inibição do Crescimento de Bactérias Nocivas Enterococci Produção de Carcinogênicos Estimula o Sistema Imune E. coli Lactobacilli Streptococci Putrefação Intestinal Eubacteria Absorção de Minerais Bifidobactéria Gibson & Roberfroid (1995) Bacterióides Síntese de Vitaminas Mananoligosacarídeos Prebióticos Prebióticos Ingrediente alimentar não digerido no intestino delgado que afeta beneficamente o hospedeiro estimulando seletivamente o crescimento e ou metabolismo de um limitado grupo de bactérias Gibson & Roberfroid (1995) Mananoligosacarídeos Frutoligosacarídeos Prebióticos Mananoligosacarídeos Parede Celular de Levedura Um tecido de várias microfibras 15-25% da massa seca da célula 80-90% dos polisacarídeos Prebióticos Manana Proteína Proteína Glucana Membrana Prebióticos Estrutura Complexa da Parede Celular de Levedura Prebióticos Características dos Prebióticos Não devem ser hidrolisados nem absorvidos na parte superior do trato gastrintestinal São substratos seletivos para um ou limitado número de bactérias comensais do ceco e cólon, as quais são estimuladas a crescer ou ativar seu metabolismo Devem ser capazes de alterar a microbiota intestinal favorecendo sua saúde Hajati & Rezaei (2010) Prebióticos Características dos Prebióticos Induzir efeitos sistêmicos que são benéficos a saúde do hospedeiro Devem possuir estrutura conhecida Devem ser palatáveis como ingrediente e o processamento em larga escala deve ser acessível Hajati & Rezaei (2010) Prebióticos Mecanismo de ação Favorecem crescimento flora microbiana benéfica: oligossacarídeos servem de alimento para Bifidubacterium e Lactobacillus Estimula a resposta imune: aumento da atividade das células fagocitárias na mucosa intestinal Antagonismo competitivo: bloqueia os sítios de ligação entre bactéria/toxinas e a célula do epitélio intestinal através de ligações manose dependentes Prebióticos Mananoligossacarideos Bactéria Lectina Glicocalix Enterócito Enterócito Os CHO que constituem a estrutura dos mananoligosacarídeos bloqueiam os sítios de ligações de bactérias enteropatogênicas e o glicocalix Prebióticos Os Lactobacillus e Bifidobactérias têm o crescimento favorecido por oligossacarídeos (FOS) produzidos a partir da sacarose Microrganismos gram-negativos (Salmonella e E. coli) são incapazes de fermentar os FOS e MOS crescimento reduzido Wagner & Thomas (1978) Prebióticos Estrutura Complexa da Parede Celular de Levedura M M P M M P M P G M M P M P M P Mananas e fósforo M M PROTEINA M P G M M M P G M M P M M G M P M P M G G M G M M G PROTEINA S S G M PROTEINA S M S M Proteína PROTEINA e Sacarose G ///////// G ////// G ////// G /////// G ////// G ////// G ////// G ////// G /////// G ////// G ////// G // Glucanas G. REED, T.W, NAGODAWITHANA, Yeast technology, Second Edition MANANOLIGOSSACARÍDEOS GLUCANAS M P Membrana Celular Prebióticos Influência do mananoligossacarídeo sobre a microflora de perus (log cfu/g de conteúdo cecal) Teores de Mananoligossacarídeo (%) 0 0,1 0,4 - 0,2 1,0 - 0,4 Bifidobacterium 8,80 8,53 8,90 8,56 Lactobacillus 8,85 8,54 8,49 8,56 Escherichia Coli 6,86a 6,33ab 5,95b 5,81b Adaptado Zdunczyk et al. (2005) Prebióticos Influência do mananoligossacarídeo sobre a concentração de ácidos graxos de cadeia curta no conteúdo cecal de perus Teores de Mananoligossacarídeo (%) 0 0,1 0,4 - 0,2 1,0 - 0,4 Acético (µmol/g) 29,2ª 22,2ab 16,2b 15,9b Propiônico (µmol/g) 3,47 3,11 3,37 3,72 Total (µmol/g) 41,1a 34,0ab 27,7b 27,0b Adaptado Zdunczyk et al. (2005) Prebióticos Influência do mananoligossacarídeo no desempenho de perus na 16° semana de idade Teores de Mananoligossacarídeo (%) 0 0,1 0,4 - 0,2 1,0 - 0,4 Consumo de ração (kg) 33,14 32,85 33,77 33,68 Ganho de peso (kg) 13,74b 13,80b 14,44a 14,21a Conversão alimentar(kg/kg) 2.412 2.380 2.339 2.370 Adaptado Zdunczyk et al. (2005) Prebióticos Altura de vilo (µm) no duodeno, jejuno e íleo de frangos de corte aos 7 dias de idade Controle 0,1% Prebiótico 0,2% Prebiótico Duodeno 856b 985ab 1040ª Jejuno 392b 507a 496ª Íleo 325b 413a 422a Adaptado Santin et al. (2001) Prebióticos Influência do mananoligossacarídeo no desempenho de frangos de corte Controle Negativo Controle Positivo* Mananoligo sacarídeo Consumo de ração (g) 4592 4610 4622 Ganho de Peso (g) 2398b 2480a 2485ª Conversão Alimentar (g/g) 1,915a 1,859b 1,860b 281b 297a 296a Fator de Produção *Avilamicina 7 ppm Mananoligosacarídeo 2 kg/ton Adaptado Rostagno et al. (2003) Prebióticos Influência de alternativos no desempenho de frangos de corte aos 7 dias de idade Consumo de Ração (g) Ganho de Peso Conversão (g) Alimentar (g/g) Controle Positivo (Avilamicina)* 118 117 1,007ª Controle Negativo 121 113 1,062b Alternativo 1 114 114 0,997a Alternativo 2 119 117 1,012ab * Antibióticos Promotores de Crescimento 1- 35 dias (10 ppm) Prebióticos O sistema imunológico é responsável por detectar a presença de substâncias químicas ou um ser estranho ao organismo O sistema imunológico reage contra os antígenos e liberam citocinas que ativam: Os componentes celulares (fagócitos) e humorais (anticorpos) Como conseqüência há queda no consumo de alimentos, elevação da temperatura corporal e a produção de calor Prebióticos Na ativação do sistema imunológico ocorre redução da síntese protéica, maior taxa de degradação com desaminação de aminoácidos e aumento da excreção de nitrogênio urinário A ativação do sistema imunológico leva à modificação na repartição dos nutrientes, principalmente energia e proteína aumentando a necessidade destes nutrientes que são desviados da produção Shurson & Johnton (1998) Prebióticos Os mananoligosacarideos são capazes de induzir a ativação de macrófagos, por ocupar sítios receptores de manose dos macrófagos nas glicoproteínas da superfície celular Prebióticos Uma vez que três ou mais destes sítios estejam ocupados, iniciase uma reação em cascata que resulta em ativação dos macrófagos e liberação de citocinas, caraterizando ativação da resposta imune adquirida Grattendick (1999) Prebióticos Efeito do Mananoligossacarídeo sobre a atividade de mácrofagos (Fagocitose de Staphylococcus aureos) Fagocitose de células de patógenos/minuto b a Controle Mananoligossacarídeo Zennoh (1995) Prebióticos A ingestão diária de MOS estimula o número de linfócitos em circulação e a produção de Ig-A intestinal Swanson (2002) Linfócitos MOS Controle Ig-A intestinal (linfócitos) 0 5 10 15 20 Prebióticos Influência do mananoligassarídeo nos títulos de anticorpos de Gumboro Controle Mananoligossacarídeo Matrizes 2044b 2351a Pintinhos 659b 969a Adaptado Shashidhara & Devegowda (1995) Mananoligosacarídeos Probióticos Probióticos Parker (1974): microrganismos ou substâncias que contribuem para o balanço da microbiota intestinal Fuller (1989): suplementos alimentares à base de microrganismos vivos que afetam beneficamente o animal hospedeiro, melhorando o equilíbrio da microbiota intestinal Probióticos Bases Fisiológicas Aves nascem com TGI não colonizado A colonização se da após a eclosão com microrganismos do meio (ar, água, cama e ração) Administração de microbiota intestinal de aves, protege: Salmonella spp E. coli (Corrier, et al., 1995) (Jin, et al., 1996) Campylobacter spp. (Bailey, 1993) Probióticos Efeito dos Probióticos Estabelecimento de uma microbiota que seja hostil à outras bactérias Eliminação de receptores específicos à bactérias patogênicas Produção e secreção de metabólitos antimicrobianos (bacteriocinas) Competição por nutrientes essenciais com as bactérias indesejáveis Probióticos Características dos Probióticos Sobreviver às condições adversas do trato gastrintestinal Ter condições de permanecer no ecossistema intestinal Não ser tóxico nem patogênico para o homem e para animais Probióticos Características dos Probióticos Ser estável durante a estocagem e permanecer viável por longos períodos, nas condições normais de estocagem Ter capacidade antagônica às bactérias intestinais indesejáveis Promover efeitos comprovadamente benéficos ao hospedeiro Probióticos Microrganismos reconhecidos como seguros utilizados como probióticos Aspergillus niger orizae Bacillus coagulans lentus licheniformis subtilis Bacterioides amilophylus capillosus ruminocola suis Bifidobacterium animalis bifidum longun thermophylum Lactobacillus acidophillus brevis bulgaricus casei cellobiosis fermentarum Lactobacillus curvatus lactis plantarum reuterii delbruekii Leuconostoc mesenteroides Pediococcus acidilacticii cerevisae pentosaceus damnosus Propionibacterium freeudenreichii shermanni Saccharomyces cerevisae Streptococcus cremoris faecium lactis intermedius thermophyllus diacetylatis Lyons (1986) Probióticos Principais bactérias com ação probiótica Bacillus subtilis Lactobacillus Bifidobacterium Bacillus cereus var. toyoii Streptococcus Probióticos Microbióta Benéfica Exclusão Competitiva Inibição do crescimento das bactérias patogênicas Estímulo das funções do sistema imunológico Redução da distenção por gases Melhor digestão/absorção Síntese de vitaminas Síntese de lactato e acetato redução do pH Produção de substâncias antibacterianas (ácidos orgânicos e bacteriocinas) Gibson & Roberfroid (1995) Probióticos Inibição do crescimento das bactérias patogênicas Chateau et al. (1993) 103 isolados de Lactobacillus de dois probióticos comerciais: capacidade de inibir patógenos 50 inibiram as duas espécies de Salmonella testadas 60 inibiram os seis sorotipos de E. coli testados Jin et al. (1996) Todos isolados (12) de Lactobacillus inibiram 5 linhagens de Salmonella e 3 sorotipos de E. coli Probióticos Estímulo das funções do sistema imunológico Lactobacillus e Bifidobacterium aumento na produção de anticorpos, ativação de macrófagos, proliferação de células T, produção de interferon Jin et al., (1997); Andreatti & Sampaio, (1999); Leedle, (2000) Probióticos Efeito da dieta com suplementação de Probióticos* ou Antibióticos** sobre a Quantidade relativa (AU) proporção de espécies de Lactobacillus no intestino delgado de frangos Duodeno Jejuno Íleo * Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei, Bifidobacterium bifidum e Enterococcus faecium (1.0x108 cfu/g) **Avilamicina 5mg/kg Smirnov et al. (2004) Probióticos Desempenho de frangos de corte no período de 1- 20 dias Consumo (kg) Ganho de peso (kg) Conversão (kg/kg) Controle 0,853b 0,557 1,534b Baccilus Subtilis 0,843b 0,557 1,505ab Poliprobiótico* 0,799ª 0,555 1,439ª Bacitracina de Zinco 0,850b 0,556 1,530b * Lactobasillus acidophilus, Lactobacillus casei, Estreptococcus salivarium, Estreptococcus faecium, Bacillus subtilis, Bacillus toyoi, Sacharomices cerevisae em 2,5 x 1011 UFC/kg de produto Corrêa et al. (2003) Probióticos Efeito do Bacillus subtillis sobre o desempenho de frangos de corte Ganho de peso (kg) Conversão (kg/kg) 1-21 dias** 42 dias**** 1-21 dias 21- 42 dias* Controle 0,665b 1,967b 1,401 1,966b Bacilus subtilis 0,690ª 2062a 1,393 1,928ª *p<0,05; **p<0,01; ****p<0,0001 Adaptado Fritts et al. (2000) Probióticos Inclusão de probióticos e/ou antibióticos sobre o consumo de ração (CR), ganho de peso (GP) e conversão alimentar (CA) em frangos de corte aos 42 dias de idade Dietas CR (g) GP(g) CA (g/g) Controle Negativo (sem promotores) 5114ab 2742b 1,864a 30 g de Bacillus subtilis /ton de ração 5188ª 2831ª 1,832b 50 g de Bacillus subtilis /ton de ração 5063ab 2816ab 1,798c 5040b 2811ab 1,793c 5074ab 2835a 1,790c 30 g de Bacillus subtilis /ton de ração + 10 ppm de Colistina 10 ppm de Avilamicina + 10 ppm de Colistina Meurer et al. (2010) Probióticos Efeito dos Lactobacillus sobre o desempenho e atividade no intestino delgado de frangos de corte aos 40 dias de idade Desempenho Atividade enzimática Ganho de Peso (kg) Conversão (kg/kg) Amilolíticas (Somogy Unit) Controle 1,58b 2,14b 7,41b Lactobacillus acidophillus 1,65ª 2,03ª 10,54ª Mistura de 12 Lactobacillus 1,62ª 1,98ª 10,44ª p<0,05 Adaptado Jin et al. (2000) Probióticos Efeito dos Lactobacillus sobre o desempenho de frangos de corte de 1-42 dias Ganho de peso (kg) Conversão (kg/kg) 21 dias 42 dias 1-21 dias 1- 42 dias Controle (C) 645c 1.914c 1,63b 2,00c C + cultura Lactobacillus 0,05% 671ab 1983b 1,54ª 1,88b C + cultura Lactobacillus 0,10% 681ª 2077ª 1,52ª 1,74a C + cultura Lactobacillus 0,15% 647bc 1925bc 1,64b 1,95ab Adaptado Jin et al. (1998) Probióticos População de coliformes em frangos alimentados com dietas sem ou com cultura de Lactobacillus dos 10 aos 40 dias Contagem de coliforme (log ufc/g) 10 dias 20 dias 30 dias 40 dias Controle (C) 8,28ª 7,26ª 7,35ª 7,50 C + cultura Lactobacillus 0,05% 7,74b 6,48b 6,68b 7,55 C + cultura Lactobacillus 0,10% 7,83b 6,59b 7,69ª 7,63 C + cultura Lactobacillus 0,15% 7,87b 6,89ab 7,37a 7,55 Adaptado Jin et al. (1998) Considerações Finais PROBIÓTICOS PREBIÓTICOS Bactérias Lácticas Bifidobactérias Fibras Oligossacarídeos FERMENTAÇÃO NO INTESTINO Modificações na microbiota atividade microbiana composição da microbiota Metabólitos dos Carboidratos ácidos graxos de cadeia curta gases outros Efeitos Fisiológicos Efeitos locais (no cólon) Efeitos sistêmicos Efeitos sobre a saúde Adaptado de Puupponen-Pimiä et al. (2002) Considerações Finais PROBIÓTICOS s ria é t bac o d i bif PREBIÓTICOS lactobacillus Cólon Não digeridos Bifidobactérias endógenas Lactobacillus endógenos Não absorvidos Bifidobactérias da dieta Lactobacillus da dieta Cólon Efeito bifidogênico es tím ul o Intestino Delgado Intestino Delgado EFEITOS PROBIÓTICOS Modulação da microbiota intestinal: competição por sítios de ligação competição por nutrientes produção de compostos antimicrobianos Alteração do metabolismo microbiano: aumento ou diminuição da atividade enzimática Estímulo na absorção de determinados nutrientes Outros possíveis efeitos probióticos Adaptado de Puupponen-Pimiä et al. (2002) Considerações Finais As crescentes pressões e exigências de mercados externo e interno tornam a segurança alimentar indispensável como quesito de competitividade O entendimento da dinâmica intestinal é imprescindível para assegurar produtos que ofereçam maior segurança ao consumidor Considerações Finais A utilização de prebióticos e probióticos são alternativas na manutenção da saúde intestinal e estimulam o sistema imunológico patogênicas reduzindo a colonização por bactérias Grupo de Pesquisa em Nutrição de Não Ruminantes (UFPR/CNPq) Graduandos Pós Graduandos André N Mayer Carolina P Zanatta Daniele C Lima Lucas N E Barrilli Ronan O F Santos Stefanie C Dassi Tabyta T Sabchuk Vinícios G Schramm Ananda P Felix Chayane Rocha Aline Pain Neto Carlos E C Oliveira Diego Surek Fábio L P Valle Franciely B Costa Paula C Leal Samuel A Santos Professores Alex Maiorka Ana V Fischer da Silva Fabiano Dahlke Sebastião A Borges Simone G Oliveira
