Efectul oxidului de zinc asupra microbiotei intestinale

Metodele moleculare au arătat că microbiota intestinală a porcilor constă din zeci de grupuri diferite de bacterii formate din sute de specii care se descompun în tulpini și mai multe bacteriene. În general, potențialul metabolic și diversitatea funcțională sunt enorme, de cel puțin zece ori numărul total de celule din corpul animalului. S-a recunoscut că microbiota intestinală este asociată, printre altele, cu maturizarea imună, inhibă supraproducția agenților patogeni și ajută animalele să economisească energie prin utilizarea metaboliților bacterieni ai fermentației intestinale posterioare.

Există mai multe compartimente diferite de-a lungul tractului intestinal care trăiesc în diferite grupuri bacteriene. De exemplu, stomacurile purceilor care alăptează erau puternic locuite de bacterii lactice. În special, se știe că lactobacilii formează o barieră împotriva bacteriilor patogene. De asemenea, se știe că lactobacilii domină intestinul subțire al porcilor. Aici, ele interacționează puternic cu epiteliul gazdei și se spune că ajută la dezvoltarea sistemului imunitar. Deși intestinul subțire este dominat de lactobacili, alte grupuri precum enterobacteriile (cel mai cunoscut membru al grupului este Escherichia coli) și bacteriile care fermentează lactatul (Veillonella și colab.) Sunt îmbogățite în acest habitat. Dominanța lactobacililor se termină în intestinul posterior, unde substanțele nutritive neumplute și materialul gazdă (felii de celule epiteliale, mucine, proteine endogene) sunt fermentate de o mare varietate de bacterii anaerobe stricte, capabile să fermenteze aproape nelimitat o gamă largă de substraturi .

Bacteriile intestinale în timpul înțărcării

Odată stabilită, microbiota intestinală se poate adapta rapid la modificările de mediu, cum ar fi modificările dietetice. Deși microbiota adultă este de obicei mai dificil de modificat la animalele adulte, tinerii încă lucrează pentru a dezvolta un profil bacterian continuu și, prin urmare, sunt predispuși la modificări. Procesul de înțărcare este un moment de modificare, o perioadă foarte dramatică nu doar pentru porc. Bacteriile intestinale de la purceii care alăptează au fost folosiți pe substraturi ușor fermentabile sub formă de lapte și gazdă (mucine, celule epiteliale etc.). Schimbarea bruscă a hranei solide și schimbarea drastică a majorității funcțiilor fiziologice din intestin sunt o fază de rearanjare a consorțiului bacterian care duce la rezultate haotice. Aceasta este o oportunitate pentru proliferarea agenților patogeni oportunisti. Agenții patogeni intestinali prosperă de obicei într-o stare dezechilibrată; substraturile pot fi disponibile, reducând concurența față de alte bacterii sau modificările morfologice în epiteliul/gazda celulei gazdă, ceea ce facilitează invazia. Rezultatele vizibile ale porcilor înțărcați sunt diareea ca o măsură contrară disfuncției intestinale la animale.

Efectul antibacterian al ZnO dietetic

Pentru a depăși această problemă, multe țări folosesc doze mari (până la 3.000 mg/kg de furaje) de oxid de zinc comestibil în creșterea porcilor pentru a combate cu succes diareea de înțărcare post-porcină. Cel mai probabil efect antibacterian al oxidului de zinc este ionul liber Zn 2+, care difuzează în celula bacteriană și acționează radical. Deși bacteriile necesită cantități de zinc pentru a-și menține metabolismul, toxicitatea ionilor Zn 2+ (și a altor metale grele) este o preocupare mult mai mare pentru ei. Bacteriile au dezvoltat diferite mecanisme împotriva concentrațiilor crescute de zinc intracelular. În general, bacteriile gram-negative, cum ar fi enterobacteriile, se bazează pe sisteme de transport cu cationi de protoni, în timp ce substanțele gram-pozitive, cum ar fi bacteriile lactice, utilizează ATPaze de eflux de tip P.
Oxidul de zinc este foarte insolubil la pH fiziologic, dar în condiții acide în stomacul porcilor, se formează ioni de zinc. De fapt, mai mult de 50% din oxidul total de zinc poate fi prezent ca ioni de zinc liber de carbon în stomacul porcilor înțărcați. Astfel, stomacul poate fi punctul de plecare pentru efectul reglator al ionului toxic Zn 2+ asupra microbiotei intestinale.

Cu toate acestea, efectul de suprafață al cristalului ZnO poate juca un rol, astfel încât forma fizică a ZnO este un factor important de luat în considerare. Mai mult, dispozitivele medicale acoperite cu oxid de zinc sunt folosite de mult timp. Diferitele aspecte fizice ale ZnO au devenit, de asemenea, rezultatul unei prelucrări diferite a materiilor prime: așa-numitul proces "Waelz" produce aproximativ 40% din ZnO ("grad de alimentare") cu cantități semnificative de alte metale grele, cum ar fi cadmiul, în timp ce procesul de hidrosulfură produce randamente mult mai mari. (90%) și astfel reduce drastic contaminarea cu alte metale.

Diferite concentrații de ZnO

Concentrații crescute de zinc

Potențialul bacterian de adaptare la concentrații crescute de zinc este deja vizibil în prima săptămână de aplicare a oxidului de zinc. Experimentele intestinale au arătat că bacteriile de la porci care hrănesc o dietă bogată în zinc sunt mai bine adaptate pentru a crește pe un mediu cu o concentrație mai mare de zinc în zinc decât porcii care consumă o dietă scăzută de zinc. Enterobacteriile au fost cele mai diverse, adică cele mai adaptabile bacterii din acest proces. Acest efect este vizibil numai în primele două săptămâni după înțărcare.

Deoarece diareea după înțărcare este adesea cauzată de E. colistrains patogen, se crede în general că unul dintre efectele directe ale zincului este reducerea acestor tulpini patogene. Rezultatele consecvente ale diferitelor grupuri de cercetare din principalele grupuri bacteriene la două săptămâni după aplicarea oxidului de zinc au arătat o scădere a lactobacililor și o creștere a clostridiei. Nu s-au observat modificări pentru enterobacterii, cu excepția diversității crescute a acestui grup de bacterii. Efectul inhibitor al E. coli poate fi observat doar imediat după separare.

Binele este rău și urât

Dacă lactobacilii „buni” sunt reduși, creșterea clostridială „proastă” și enterobacteriile „urâte” sunt neschimbate, cum se explică diareea redusă după înțărcare?
Trebuie să diferențiem. Da, lactobacilii sunt considerați benefici, dar nu sunt singuri în intestin. Nu, clostridia nu este rea, doar o mică parte din clostridia este patogenă. Clostridia este un întreg grup dintr-o mare varietate de bacterii și, de fapt, fermentația gastrică posterioară a porcilor se bazează în primul rând pe clasa clostridiei. În cele din urmă, enterobacteriile urâte sunt locuitori normali ai intestinului. La fel ca clostridienii, există câteva oi negre în familie care dau întregului grup un nume rău.
Deci, ce sunt enterobacteriile? Aceștia pot regla membrii patogeni care nu sunt de dorit, adică pot provoca diaree la porcii înțărcați. Tulpinile patogene trăiesc în aceleași lacune, fermentează aceleași substraturi și necesită aceiași factori de creștere ca și enterobacteriile nepatogene. Diversitatea crescută a enterobacteriilor stabilite crește concurența pentru „noii veniți” și, ca urmare, potențialul de colonizare al tulpinilor patogene scade. Dar dezavantajul este acesta .

Cuvânt de avertizare

Tratamentul eficient al oxidului de zinc

În general, oxidul de zinc pare a fi cel mai activ în prima săptămână după înțărcare. Deteriorarea acoperirii acestei reduceri bacteriene generale este rata mai mică de colonizare a bacteriilor patogene, inclusiv diareea care induce E. coli. Mai târziu, efectele asupra E. coli pot fi explicate prin concurența crescută pentru diversitatea crescută a enterobacteriilor.

Restricții de aplicare

Efectul antibacterian este redus în viața animalelor. Reducerea susținută a lactobaciliilor, precum și scăderea stimulării intestinale posterioare se pot dovedi negative pentru rezistența animalelor la infecțiile bacteriene ulterioare ale vieții și pierderea de energie din fermentare. Corelația dintre utilizarea zincului și dezvoltarea rezistenței la antibiotice este o problemă care trebuie monitorizată îndeaproape. În ultimul mileniu, mai mulți autori au sugerat că utilizarea oxidului de zinc ar trebui limitată la două săptămâni după separare. Rezultatele ultimului deceniu pe acest subiect indică în mod clar în aceeași direcție.