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Efectos antibacterianos del óxido de zinc en lechones destetados

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  • Septiembre 15, 2020
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Se sabe que el óxido de zinc en la dieta mejora el crecimiento y reduce la diarrea posdestete en los lechones. ¿Pero por qué las otras formas de zinc no logran un desempeño tan bueno como el óxido potenciado de zinc? Centrémonos en la actividad antimicrobiana del óxido de zinc.


El ZnO en las dietas de lechones destetados


En el destete, cuando la microbiota intestinal evoluciona a una estabilidad y el sistema inmunitario no está totalmente desarrollado, las bacterias patógenas como E. coli enterotoxigénica (ECET) encuentran un ambiente favorable para multiplicarse y colonizar en el tracto gastrointestinal de los lechones. Esto se manifiesta en la diarrea que frecuentemente observamos después del destete, combinada con un menor crecimiento. Entre todos los aditivos disponibles para la industria de alimentos para animales, el zinc en forma de óxido de zinc es una solución muy común. Es bien sabido que el óxido de zinc ejerce una actividad antimicrobiana y estudios recientes con secuenciación y amplificación de RCP combinadas ofrecen nuevas perspectivas sobre el efecto de la dosis farmacológica (3 kg/T) en la microbiota intestinal de los lechones destetados. In vitro, la concentración inhibitoria mínima (CIM) de ZnO frente a 75 cepas bacterianas del intestino del cerdo mostró que no es posible clasificar la sensibilidad al zinc de las bacterias según su origen taxonómico. Sin embargo, las cepas anaerobias estrictas en general mostraron una CIM más diversa que las bacterias acidolácticas o las enterobacterias. En lugar de una separación demasiado simple entre Gram+ y Gram-, el efecto del óxido de zinc parece ser específico de la especie. En condiciones ex vivo, se ha demostrado que niveles altos de ZnO conducen a una depresión del crecimiento bacteriano en el estómago y el yeyuno de los lechones destetados, siendo los lactobacilos más sensibles a altas dosis de zinc que otras bacterias. Cuando los lechones son alimentados con 3000 mg/kg de óxido de zinc, la diversidad enterobacteriana aumenta, con una reducción de las especies de la familia Enterobacteriaceae, de los géneros Escherichia y de Lactobacillus (Figura 1).



Incluso si comprendiéramos mucho mejor el efecto del ZnO en la microbiota intestinal de los lechones destetados, quedarían algunas preguntas pendientes:

- ¿Cómo afecta el óxido de zinc la salud y el metabolismo bacteriano?

- ¿La acción positiva del ZnO en la salud intestinal de los lechones solo se debe a la actividad antibacteriana?

- ¿Todas las fuentes de óxido de zinc tienen igual desempeño?


Mecanismos de acción del ZnO


El óxido de zinc es un compuesto insoluble en agua que puede disociarse a pH bajo. El ambiente gástrico de los cerdos jóvenes no es lo suficientemente ácido como para una disociación completa, dada la inmadurez del sistema digestivo y una capacidad buffer del alimento demasiado alta. Una vez disociado, el Zn2+ solubilizado se libera en tracto gastrointestinal. En general, se cree que las propiedades antimicrobianas del ZnO solo se atribuyen a estos iones, que interactúan con aminoácidos bacterianos y juegan un papel en la inhibición de los transportadores membrana activos. Sin embargo, si la actividad antibacteriana estuviera limitada al Zn2+, las fuentes de zinc solubles en agua como el sulfato de zinc serían más eficientes. Estudios recientes han confirmado un efecto específico de la molécula de ZnO. La contribución de los iones de zinc solubles a la actividad antimicrobiana del ZnO difirió entre especies bacterianas y puede ser muy baja: por ejemplo, solo un 15% en el caso de Escherichia coli (Figura 2).



Esto explicaría por qué las dietas de los lechones solo se suplementan con dosis farmacológicas de óxido de zinc y no con otros compuestos de zinc. Continúa en debate si el efecto positivo general del ZnO en la salud intestinal de los lechones solo se puede atribuir a la actividad antibacteriana. Entre las hipótesis más probables sobre el efecto específico del ZnO, esta fuente de zinc sería capaz de generar especies reactivas de oxígeno (ERO), bajo exposición a UV pero también en la oscuridad, causando así un daño severo a las células. Las ERO inducen estrés oxidativo y pueden causar la oxidación de la membrana lipídica de las bacterias; esto podría conducir a una alteración de la composición de la membrana y explicar parcialmente la menor adherencia de las bacterias patógenas como E. coli a los enterocitos del huésped que induce la diarrea. Esta reducción de la unión de las bacterias al epitelio evitaría la secreción de enterotoxinas, provocando diarrea. Tras la suplementación con ZnO, se han observado efectos variables en la morfología intestinal (Figura 3).



Actualmente, los mecanismos de actividad antimicrobiana del ZnO no están totalmente identificados y podrían variar con las células “blanco”, pero se reconoce que existen mecanismos específicos. Los mecanismos a través de los cuales los productos de óxido de zinc mejorarán la salud intestinal de los lechones también pueden depender de las características químicas de las partículas del polvo.


No todos los óxidos de zinc son iguales


Existen muchas fuentes diferentes de óxido de zinc. Cualquier resultado obtenido con oligominerales de grado analítico, que están estandarizados, no puede extrapolarse completamente a las fuentes de grado alimenticio, que son de calidad muy variable. El óxido de zinc puede obtenerse a partir de diversas materias primas y procesos de fabricación. Las propiedades fisicoquímicas de los productos de ZnO utilizados en nutrición animal muestran grandes diferencias (Figuras 4 y 5), lo que explica la variación en los valores de biodisponibilidad y poder antibacteriano.




La fabricación de óxido de zinc en tamaño nano puede generar diferencias significativas en comparación con el equivalente a granel y puede ser de potencial interés para la alimentación animal. Sin embargo, antes de probar las nanopartículas de ZnO de ingeniería en dietas animales, será necesario abordar los siguientes desafíos: caracterización del producto con métodos analíticos adecuados, escalado industrial a partir de muestras de laboratorio, ADME (Absorción, Distribución, Metabolismo, Excreción) y estudios de toxicidad en animales, seguridad para los trabajadores y para el medio ambiente, y cumplimiento de las normativas locales.


Óxido de zinc potenciado


Una tecnología de fabricación patentada es el origen de una forma potenciada de óxido de zinc, HiZox®, que se ha desarrollado para la nutrición animal. Las propiedades fisicoquímicas han sido modificadas: la forma y el tamaño específicos de la partícula, con una mayor área superficial específica (10 a 15 veces mayor que las fuentes convencionales), incrementan drásticamente la superficie de contacto con las bacterias. La alta porosidad de la partícula amplifica la actividad antibacteriana de este óxido de zinc potenciado. Experimentos científicos han confirmado su eficacia para modular la microbiota intestinal y fecal en los lechones destetados.


Crecimiento bacteriano in vitro


Estudios supervisados por la Universidad de Berlín han comparado los efectos inhibitorios de HiZox® y del óxido de zinc regular sobre el crecimiento de cepas patógenas de Escherichia coli (E. coli fimbriada PS79/K88/F4 y PS7/K81/F18). HiZox® mostró una acción inhibitoria más fuerte sobre E. coli en condiciones neutras (pH 6.5) y ácidas (pH 4.6) que imitan el ambiente del pH duodenal y gástrico, respectivamente. (Figuras 6 y 7).

 



Crecimiento bacteriano ex vivo


La manipulación óptima de la microbiota intestinal de los lechones no solo consiste en reducir las bacterias patógenas, sino también disminuir la carga bacteriana en el intestino delgado. Un experimento (Vahjen et al. JAS, 2012) comparó el efecto represor del crecimiento de HiZox® y del óxido de zinc regular en bacterias de muestras de contenido estomacal y yeyunal de lechones destetados. Es probable que las diferencias observadas en el intestino delgado (Figura 8) se originen en el estómago (Figura 9).

 



Poblaciones microbianas intestinales


Un estudio realizado en la Universidad de Ghent (Michiels, 2016) midió los recuentos bacterianos de E. coli y coliformes en el intestino delgado de lechones destetados, que fueron alimentados con una de las cuatro dietas experimentales siguientes: control negativo (110 mg/kg de Zn a partir de ZnO estándar); control positivo (3 kg/T de ZnO estándar); HiZox® a la dosis legal de la UE (110 mg/kg de Zn) y en dosis superior (220 mg/kg de Zn). El reemplazo del óxido de zinc convencional por HiZox® disminuyó las concentraciones microbianas en el intestino delgado (Figura 10).

 



Factores patógenos de E. coli fecal


Un experimento llevado a cabo por la Universidad de Berlín (Vahjen, JAS en prensa) analizó mediante ensayos de PCR las enterobacterias totales, el grupo género Escherichia y los factores patógenos de E .coli en muestras fecales de lechones destetados que fueron alimentados con una de las cuatro dietas experimentales: control negativo (110 mg/kg de Zn a partir de ZnO estándar); control positivo (3 kg/T de ZnO estándar); HiZox® a la dosis legal de la UE (110 mg/kg de Zn) y en dosis superior (220 mg/kg de Zn). Más de la mitad de las muestras del control negativo fueron positivas para al menos uno de los factores patógenos de E. coli analizados, pero los otros grupos de tratamiento mostraron porcentajes mucho más bajos de muestras positivas (Figura 11).

 



Poblaciones microbianas fecales


Un estudio supervisado por la Universidad de Dankook (Cho et al. Anim. Sci. Journ., 2015) midió el efecto de la dosis y la fuente de óxido de zinc en la tasa de crecimiento, digestibilidad de los nutrientes, perfiles sanguíneos, eliminación microbiana fecal y puntuación fecal de lechones destetados que fueron alimentados con una de las cuatro dietas experimentales siguientes: control negativo (110 mg/kg de Zn estándar a partir de la premezcla); control positivo (3 kg/T de ZnO); HiZox® a dos niveles de suplementación (200 mg/kg y 300 mg/kg). Se concluyó que HiZox® modificó la relación Lactobacilli/E. coli fecales (Figura 12), mejorando así la puntuación fecal y la tasa de crecimiento.

 



Conclusión


Existe una creciente presión sobre la reducción de los antibióticos y la dosis farmacológica de óxido de zinc en las dietas de los lechones. El uso excesivo y prolongado del ZnO tienen consecuencias negativas conocidas: riesgo de contaminación con metales pesados, antagonismos nutricionales, acumulación ambiental y resistencia bacteriana. Los formuladores de alimentos están buscando aditivos e ingredientes alimentarios capaces de reducir el riesgo de trastornos digestivos en fases críticas como el período posdestete. HiZox® se puede utilizar, en combinación con alternativas a los APCs, de una forma preventiva para mejorar la salud intestinal y reducir la necesidad de prácticas no sustentables.
 

 

COMENTARIOS

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Alberto Aguilera | Jalisco, México
15 de Sep, 2020 09:44:42 am
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Poco se conoce y se habla en México del efecto negativo del óxido de zinc en el medio ambiente y sobre las restricciones crecientes en su uso principalmente en Europa. Debemos buscar alternativas a su uso que eviten consecuencias en la salud de los cerdos al retirar este compuesto de las dietas como sería la enfermedad de los demás que ha resurgido en Europa tras la limitación en la inclusión en el alimento de los lechones del óxido de zinc. Así que tecnologías como la que se presenta y vacunas innovadoras serán la solución que mantenga un equilibrio entre productividad y sustentabilidad preservando el medio ambiente para las futuras generaciones.

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