Aditivos Probióticos, Prebióticos e Simbióticos na Alimentação Animal

Marco Antônio Bensimon Gomes Zootecnista, MSc. em Produção Animal

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ÍNDICE Página

1. INTRODUÇÃO...................................................................................................................... 2. PROBIÓTICOS..................................................................................................................... 2.1. Principais microorganismos e característi cas dos probióticos............................. 2.2. Modo de ação............................. .................................................................................

2.2.1. Exclusão competitiva........................ ................................................................. 2.2.2. Antagonismo direto.......................... .................................................................. 2.2.3. Estímulo ao sistema imune................... ............................................................ 2.2.4. Efeito nutricional.......................... ...................................................................... 2.2.5. Supressão da produção de amônia............. ..................................................... 2.2.6. Neutralização de enterotoxinas.............. ..........................................................

2.3. Ações benéficas atribuídas ao uso de prob ióticos ........................................... ..... 2.3.1. Monogástricos............................... .................................................................... 2.3.2. Ruminantes.................................. ......................................................................

2.4.Tolerância a inibidores e uso de probiótic os e antibióticos 2.5. Microorganismos de maior interesse....... ................................................................

2.5.1. Lactobacillus .................................................................................................... 2.5.2. A Levedura ( Saccharomyces cerevisiae).........................................................

2.5.2.1. Características Fisiológicas ............. .................................................. 2.5.2.2. Reprodução................................ ..........................................................

2.6. Modo de ação das leveduras .............. ...................................................................... 2.6.1. Monogástricos............................... .................................................................... 2.6.2. Ruminantes.................................. ...................................................................... 2.6.2.1. Consumo de oxigênio............ ............................................................. 2.6.2.2. O pH ruminal................... .....................................................................

2.7. Leveduras e a resistência a peletização d a ração............................................ ...... 3. PREBIÓTICOS.................................................................................................................... 3.1. Modo de ação dos prebióticos............. ..................................................................... 4. SIMBIÓTICOS...................................................................................................................... 5. CLASSIFICAÇÃO E LEGISLAÇÃO REFERENTE............ ................................................. 6. CONSIDERAÇÕES FINAIS............................ ...................................................................... 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...................... ...............................................................

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1. INTRODUÇÃO

Do ponto de vista de produção animal, o desempenho produtivo visa uma melhora na eficiência reprodutiva e maior direcionamento de nutrientes para a deposição muscular, produção de ovos e leite. A melhora na nutrição de suínos, aves e também dos ruminantes não busca unicamente maior ganho de peso e eficiência alimentar, mas também a sanidade e o bem estar do lote.

A pressão econômica levou produtores a aumentar a produtividade de matrizes suínas ao forçar o desmame cada vez mais precoce, expondo os leitões a uma maior carga de estresse, principalmente de origem nutricional.

O estresse é freqüentemente acompanhado por uma queda no consumo alimentar seguido por uma deficiência energética e mobilização das reservas corporais. A má digestão e a má absorção podem agravar ainda mais a situação e resultar em perturbação digestiva principalmente devido ao crescimento bacteriano e fúngico no trato gastrintestinal.

A patologia digestiva de suínos é causada por bactérias gram negativas, em especial a E. coli sp e Salmonelas, que se encontram normalmente presentes no intestino dos animais.

Sendo assim Para evitar as patologias e sintomas associados como perda de peso, desidratação e morte, tem sido prática comum desde os anos 50, adicionarem doses preventivas ou sub-terapêuticas de antibióticos (Vitamex, 2001).

Os pesquisadores descobriram que dosagens sub-terapêuticas de antibióticos na ração de aves melhoravam sensivelmente o crescimento e a eficiência de produção. Atualmente essas substâncias ainda são utilizadas em razão dos benefícios que apresentam no aumento da eficiência alimentar, na diminuição da mortalidade e na melhoria do bem-estar das aves.

Segundo Cromwell (1991) agentes antimicrobianos são compostos que em concentrações baixas reduzem ou inibem o crescimento de microorganismos. Esta classe de compostos inclui antibióticos produzidos naturalmente por leveduras, fungos e outros microorganismos e quimioterápicos quimicamente sintetizados.

Microorganismos presentes no lúmen intestinal produzem substâncias tóxicas como amônia. Estas irritam a parede intestinal, levando a um espessamento (Visek, 1978) e morfologia da mesma (Parker e Armstrong, 1987). Estas alterações são representadas por aumento nas vilosidades e em uma maior relação vilosidade/cripta, que é indicativo de baixa taxa de migração de enterócitos, comparativamente ao grupo controle.

O peso do intestino dos animais livres de agentes patogênicos é menor do que os convencionais. Os autores sugeriram que a redução na produção de produtos tóxicos oriundos da atividade microbiana na microvilosidade poderiam reduzir lesões nos enterócitos e assim reduzir o turnover intestinal.

A utilização de antibióticos resulta em redução de bactérias patogênicas, conseqüentemente, a parede intestinal torna-se mais fina, pois reduz o crescimento da parede intestinal, reduz o turnover de enterócitos e reduz a umidade fecal, facilitando a absorção de nutrientes (Henderickx et al., 1981, Anadón e Larranaga, 1999). Dierick et al. (1986) demonstraram que a presença de antibióticos aumentou a digestibilidade ileal aparente do nitrogênio (+2,1%), lisina (+1,4%), glicina (+4,8%), valina (+2,2%) e metionina (+3,3%).

A ação benéfica destes aditivos ocorre mais sobre enzimas localizadas nas microvilosidades do que no citosol. Os autores concluíram que o aumento das enzimas nas microvilosidades reflete um aumento na proporção de células maduras nas vilosidades, resultado de redução no turnover do tecido intestinal no período imediatamente antes do desmame. Os leitões que receberam antibióticos e probióticos apresentaram maior ganho de peso aos 31 dias de idade, comparativamente ao grupo controle, e mantiveram esta vantagem até 81 dias de idade (Collington et al., 1990).

Em resumo, a atividade dos agentes antimicrobianos ocorre em dois níveis. Primeiro, ocorre uma melhora na digestibilidade e absorção de aminoácidos. Em segundo lugar, ocorre uma redução no turnover celular da superfície de enterócitos, devido tanto a ação de amônia como aminas ou, mais significativamente, devido à ação de toxinas bacterianas.

Por outro lado, há uma preocupação crescente de que o uso de concentrações sub-terapêuticas dos antibióticos cause o crescimento de microrganismos resistentes e que essa resistência possa ser transferida aos microrganismos patogênicos que infectam os humanos.

Diante disso, várias campanhas para banir os antibióticos utilizados na alimentação animal como promotores de crescimento estão em curso em todo mundo, com maior ênfase na comunidade Européia. Diante dessa situação, torna-se importante pesquisar alternativas para substituir os antibióticos usados como promotores.

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Como alternativa ao uso de promotores de crescimento antibióticos na alimentação animal, os estudos indicam a possibilidade de se utilizar probióticos, prebióticos e simbióticos. Suplementos alimentares compostos de culturas definidas ou indefinidas de microrganismos vivos, os probióticos têm a capacidade de se instalar e proliferar no trato gastrointestinal, agindo no crescimento e beneficiando a saúde do hospedeiro pelo estímulo às propriedades existentes na microbiota natural.

Existem relatos antigos da ação dos probióticos na saúde humana, começando pelo antigo testamento (Gênesis 18:8), Abraão atribui sua longevidade ao leite fermentado que consumia com freqüência. Plínio, em “A História de Roma” (76 a.C) recomendava a ingestão de leite fermentado no tratamento da gastroenterite. As Leveduras também foram tradicionalmente usadas por civilizações durante séculos, na manufatura de pão, vinho e cerveja. Somente em 1860, quando Louis Pasteur provou que as leveduras vivas eram responsáveis pela fermentação, que as propriedades das leveduras começaram a ser entendidas.

2. PROBIÓTICOS

Os probióticos foram definidos como suplementos alimentares à base de

microrganismos vivos, que afetam beneficamente o animal hospedeiro, promovendo o balanço de sua microbiota intestinal (Fuller, 1989). Diversas outras definições de probióticos foram publicadas nos últimos anos (Sanders, 2003). Entretanto, a definição atualmente aceita internacionalmente é que eles são microrganismos vivos, administrados em quantidades adequadas, que conferem benefícios à saúde do hospedeiro (Food and Agriculture Organization of United Nations; World Health Organization, 2001; Sanders, 2003).

A importância da microflora intestinal no controle de agentes patogênicos pode ser explicada pelo princípio da exclusão competitiva. O estabelecimento de uma flora microbiana pode ser interpretado como complementar a funções digestivas do hospedeiro ao aumentar a gama de enzimas digestivas e, em condições normais, fornecer uma barreira contra a invasão de patógenos.

2.1. PRINCIPAIS MICROORGANISMOS E CARACTERÍSTICAS D OS PROBIÓTICOS Os principais microrganismos utilizados como probióticos são dos gêneros

Lactobacillus, Bifidobacterium, Enterococcus, Streptococcus, Bacillus e leveduras. Segundo Fuller e Cole, (1989), para um microorganismo ser considerado probiótico tem

que possuir os seguintes pré-requisitos:

• Fazer parte normal da flora intestinal do hospedeiro;

• Sobreviver e colonizar rapidamente o intestino do hospedeiro;

• Ser capaz de aderir ao epitélio intestinal do hospedeiro;

• Sobreviver à ação das enzimas digestivas;

• Ter ação antagonista aos microrganismos patogênicos;

• Não ser tóxico e/ou patogênico; • Ser cultivável em escala industrial; • Ser estável e viável na preparação

comercial. • Estimular a imunidade

2.2. MODO DE AÇÃO Os probióticos agem melhorando os índices econômicos conferindo maior produtividade,

pelo aumento do ganho de peso e melhoria da conversão alimentar. Também são capazes de reduzir a colonização intestinal por alguns enteropatógenos, como as Salmonelas, por exemplo. Diversos mecanismos de ação podem ser postulados para os probióticos dentre eles, quatro são mencionados para descrever seus mecanismos de ação (Fuller e Cole, 1989).

2.2.1. Exclusão competitiva. Jin et al.(1997), relataram diversos estudos em que a alimentação de frangos com

Lactobacillus resultou em menores números de coliformes no intestino delgado e nos cecos. Pintos “germ-free” tratados com a combinação de E.coli e Lactobacillus foram protegidos de S. typhimurium mais efetivamente que com cada organismo isoladamente. O mecanismo envolvido parece ser a aderência dos probióticos a sítios de ligação no epitélio intestinal

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competindo com outras bactérias. A competição por nutrientes disponíveis é muitas vezes citada como um mecanismo de ação para controlar populações bacterianas, mas não existem evidencias para essa proposta.

2.2.2. Antagonismo direto Chateau et al.(1993) isolaram 103 Lactobacillus de dois probióticos (DFM) “diretc-fed

microbial” comerciais e testaram sua capacidade de inibir patógenos; cerca de metade dos isolados inibiram as duas espécies de Salmonella e os seis sorotipos de E.coli utilizados. A atividade antagônica especialmente das bactérias láticas contra patógenos pode ser atribuída a substancias bactericidas, tais como bacteriocinas ácidos orgânicos e peróxido de hidrogênio. Bacteriocinas são substâncias de natureza protéica produzidas por bactérias e que têm atividade bactericida, assim como a ausência de letalidade para as células produtoras.

2.2.3. Estímulo ao sistema imune Alguns gêneros de bactérias intestinais como o Lactobacillus e Bifidobacterium estão

diretamente relacionados com o aumento da resposta imune. Jin et al.(1997) Leedle (2000) revisaram o assunto, indicando efeitos no aumento da produção de anticorpos, ativação de macrófagos, proliferação de células T e produção de interferon. Lactobacillus podem ser importantes no desenvolvimento de imunocompetência em animais jovens, principalmente na proteção contra antígenos que causam reações inflamatórias no intestino.

2.2.4. Efeito nutricional Um efeito nutricional bem observado é a redução do pH intestinal promovido pro

bactérias láticas, proporcionando maior absorção de ácidos de cadeia curta Leedle, (2000). Foi demonstrado também que probióticos promovem alguma digestão de fibras em aves e que alguns Lactobacillus secretam amilase, protease e lipase (Jim et al. 1997; Leedle 2000).

2.2.5. Supressão da produção de amônia Como no caso de antibióticos, existem também indicações de que os probióticos tenham

efeito de reduzir a produção intestinal de amônia, que pode ser tóxica às células epiteliais. Jin. Et al. (1997) citaram pesquisas em que probióticos contendo Lactobacillus acidophillus, Streptococcus faecium e Bacillus subtilis reduziram a concentração de amônia nas escretas de frangos e que L. casei reduziu a atividade da urease no intestino delgado de frangos.

2.2.6. Neutralização de enterotoxinas Uma das propostas é que enterotoxinas produzidas por bactérias patogênicas podem

ser neutralizadas por substâncias produzidas por organismos probióticos, embora não exista demonstrações diretas no caso de aves (Jim et al. 1997).

Muita atenção tem sido dada ao papel que um probiótico poderia ter em afetar a ligação de organismo patogênico a parede intestinal e, portanto, na produção de enterotoxinas (Fuller, 1989). A ligação de bactérias patogênicas à superfície da mucosa do hospedeiro e a produção de enterotoxinas na superfície é atualmente reconhecido como o passo inicial e essencial na patogênese (Jones e Rutter, 1972). É provavelmente o efeito da ligação e da produção de toxinas que contam para a maior proporção da alta taxa de síntese protéica na parede intestinal. Segundo Williams (1991), o papel de um microorganismo probiótico é manter o balanço da microflora entérica em favor de espécies não patogênicas, eliminando as patogênicas. A maior parte das bactérias se adere à superfície intestinal via fímbria bacteriana. O componente da fímbria bacteriana que realmente se adere é lectina. Esta reconhece estruturas específicas de carboidratos na superfície da parede intestinal.

Figura 1: A bactéria E.coli tem longas projeções, em forma de dedos, chamadas fímbrias visíveis nessa figura (seta) os quais auxiliam o microorganismo a se fixar à parede intestinal. Uma vez fixada, a bactéria secreta toxinas que infectam o animal.

Tanto a Salmonela como a E. coli se ligam via grupos de manose específicos. Um possível modo de ação para a atividade de um probiótico é a de que um organismo probiótico compete com bactéria patogênica pelos sítios de ligação na superfície intestinal, assim excluindo o patógeno e impedindo a produção de toxinas. Para que isto ocorra, a fímbria da bactéria deve ser similar e reconhecer o mesmo sítio de ligação.

Durante as primeiras semanas de vida do leitão, ocorre uma sucessão de diferentes cepas de Lactobacillus, o que indica uma alteração na natureza dos componentes de adesão no intestino (Tannock et al., 1990).

2.3. AÇÕES BENÉFICAS ATRIBUÍDAS AO USO DE PROBIÓTIC OS

2.3.1. MONOGÁSTRICOS • Auxílio na digestão e absorção de nutrientes (envolvimento na bioquímica

intestinal, especialmente em relação à ação sobre os sais biliares); • Ação inibitória no crescimento de bactérias patogênicas (produção de

bacteriocinas que agem inibindo o crescimento de outras bactérias); • Produção de lactato e acetato que reduzem o pH do meio, exercendo efeito

antibacteriano; • Produção de metabólitos que inibem bactérias Gram negativas e positivas

patogênicas; • Produção de vitaminas do grupo B; • Estímulo do sistema imunológico através da ativação dos macrófagos; • Ativação do sistema imunológico contra células malignas; • Restauração da microbiota intestinal após antibioticoterapia.

2.3.2. RUMINANTES • Aumento da digestibilidade das fibras • Redução dos níveis de amônia ruminal • Maior ingestão de matéria seca • Estabilidade nos processos digestivos • Antecipação da ruminação em bezerros • Redução de diarréias nos bezerros

2.4. TOLERÂNCIA A INIBIDORES E USO PROBIÓTICOS COM ANTIBIÓTICOS

O efeito metabólico de um antibiótico não está bem estabelecido e pode variar desde a estimulação da resposta imunológica do suíno até um aumento na maturação dos enterócitos. O uso de antibióticos pode diminuir a espessura da parede intestinal, aumentando assim a eficiência da absorção de nutrientes e reduzindo a massa total do intestino, o que por sua vez diminui a necessidade de manutenção do animal. Finalmente, os antibióticos podem suprimir as bactérias do trato intestinal que causam doenças subclínicas o que reduz a estimulação crônica do sistema imunológico pela microbiota intestinal, que poderia resultar em diminuição da ingestão de alimentos e do desempenho do crescimento.

Os probióticos são combinações de bactérias vivas ou leveduras que são administradas de estabelecer uma microbiota intestinal desejável para competir com as bactérias indesejáveis do trato intestinal. Os probióticos, através da inibição competitiva ou da modificação do ambiente intestinal (pH, sinergia nutricional, potencial de redução da oxidação), favorecem o ganho de peso e a eficiência alimentar. Para serem eficientes, os probióticos precisam estar ativos ao longo do trato intestinal e serem resistentes aos ácidos e à bile.

A questão que se coloca é se seria possível combinar os benefícios tanto dos probióticos quanto dos antibióticos para melhorar o desempenho da produção. Aparentemente, existe um antagonismo entre probióticos e antibióticos, pois estes matariam ou inibiriam os probióticos, anulando qualquer resposta positiva por parte dos probióticos.

Como a maioria dos probióticos são gram-positivos, seria prudente utilizar um antibiótico que ataque bactérias gram-negativas. Os antibióticos mais comumente utilizados que inibem bactérias gram-negativas são: carbenicilina (família das penicilinas), gentamicina (família dos aminoglicosídeos), colistina e polimixina B (família dos polipeptídeos). Por outro lado, os promotores de crescimento mais comumente utilizados são ativos contra bactérias gram-positivas. Logo, uma segunda estratégia seria utilizar antibióticos contra os quais o probiótico

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tenha resistência natural. No quadro abaixo foi testado e considerado naturalmente resistente a diversos antibióticos e antihelmínticos em testes in vitro. A utilização de qualquer um dos aditivos para ração listados não afeta o desempenho de B. subtilis e B. licheniformes quando feita nos níveis recomendados .

Tabela 2:ANTIBIÓTICOS E ANTIHELMINTICOS MAIS USADOS E COMPATÍVEIS COM B. subtilis e B. licheniformes

CHR Hansen

2.5. MICROORGANISMOS DE MAIOR INTERESSE

2.5.1. LACTOBACILLUS

Os lactobacilos são bactérias anaeróbicas facultativas, e podem utilizar a maioria dos carboidratos como fonte de energia; o principal produto final de fermentação é o ácido lático (Wu, 1997). O uso de lactobacilos tem-se dado, principalmente, na alimentação de monogástricos e bezerros jovens. A população microbiana de bactérias produtoras de ácido lático no intestino depende do tipo de animal e do regime alimentar, consistindo de vários gêneros e espécies.

Figura 2: Aspecto de cultura de

Lactobacillus

Gêneros na família Lactobacillaceae:

• Lactobacillus (62 espécies), • Leuconostoc (seis espécies), • Pediococcus (oito espécies), • Streptococcus (29 espécies) • Lactococcus (três espécies)

(Cruywagen et al., 1996).

A sua utilização baseia-se no fato de que estresse e doenças alteram o equilíbrio de

microorganismos no trato intestinal e favorecem a proliferação de patógenos. Os Lactobacilos criam um ambiente desfavorável aos patógenos, como Staphylococcus aureus, Salmonella sp. e Escherichia coli enteropatogênica.

Várias teorias foram desenvolvidas para tentar explicar o processo, incluindo a redução do pH, por causa da produção de ácido lático e peróxido de hidrogênio; produção de bacteriocinas por lactobacilos e estreptococos; inibição da atividade de enterotoxinas; e adesão à parede do trato intestinal, evitando colonização por patógenos; Lactobacillus sp. pode também produzir amilase, auxiliando na digestão do alimento. Aparentemente, a suplementação com Lactobacillus reduz consistentemente a incidência de diarréia. Em alguns casos, embora o ganho de peso não tenha sido afetado pela suplementação com Lactobacillus, a incidência de diarréia diminuiu (Abu et al., 1996; Chaves et al., 1999).

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2.5.2. A LEVEDURA ( Saccharomyces cerevisiae) Leveduras são fungos unicelulares, que se reproduzem assexuadamente e por

brotamento desenvolvendo-se na fermentação alcoólica e também sexuadamente. Apresentam membrana celular bem definida, pouco espessa em células jovens e rígidas em células adultas. Possui constituição variável, com predominância de hidratos de carbono e menor quantidade de proteínas e gorduras. Internamente delimitando o citoplasma, existe a membrana citoplasmática, mais evidente em células adultas. O núcleo pequeno esférico é bem definido e de localização variável. As leveduras são as mais antigas fontes de proteínas unicelulares.

Existem, aproximadamente, 350 espécies diferentes de leveduras, separadas em cerca de 39 gêneros.

Figura 3: estrutura celular das leveduras

As leveduras fermentativas vêm sendo exploradas pelo homem há milhares de anos, na produção de cerveja e do vinho e na fermentação do pão, embora, somente no século dezenove tenha sido reconhecida a natureza biológica dos agentes responsáveis por estes processos.

Nas últimas décadas foi aprimorado o uso de levedura Saccharomyces cerevisiae na alimentação de suínos, aves, eqüinos e ruminantes.

As leveduras, vivas ou não, possuem na sua composição uma fração de carboidratos (20% a 40%), que na grande maioria fazem parte da parede celular, que é composta principalmente por β-glucanos e mananoligossacarídeos (MOS), substancias que tem impacto no sistema imunológico e a capacidade de prevenir a colonização de bactérias patogênicas no trato gastrointestinal.

Figura 4: esquema da membrana celular de leveduras. Outros componentes são os nucleotídeos, representados pelos ácidos nucléicos podem

ter efeito sobre o trato gastrointestinal, aumentando o crescimento e influenciando positivamente a flora intestinal.

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2.5.2.1. Características Fisiológicas

• Faixa de temperatura de crescimento: 0 – 35ºC • Temperatura ótima: 20 – 30ºC • Faixa de pH de crescimento: 2,0 - 8,5 • pH ótimo: 4,5 - 5,5

2.5.2.2. Reprodução

Reprodução Assexuada : As leveduras se multiplicam por brotamento, processo pelo qual na superfície da célula adulta (célula mãe) desenvolve-se uma pequena saliência (célula-filha) que se transformará numa nova célula.

Figura 5: Reprodução assexuada

Reprodução Sexuada : As leveduras se reproduzem assexuadamente por esporos endógenos (Ascósporos), contido no interior da célula - mãe, agora transformada em asca. Os ascósporos são geralmente em número de 4 a 8, variando de acordo coma espécie envolvida: são esférico em Saccharomyces cerevisiae.

Figura 6: Reprodução assexuada e assexuada.

2.6. MODO DE AÇÃO DAS LEVEDURAS 2.6.1 MONOGÁSTRICOS

Um primeiro mecanismo de ação da levedura seria a inibição total ou parcial de váriosmicrorganismos patogênicos (BRUGIER & PATTE, 1975). Este efeito de inibição total éobservado apenas in vitro, pois existem trabalhos mostrando que esta inibição não ocorrevivo, onde apenas uma proteção é observada (RODRIGUES nos níveis populacionais de algumas espécies de 1982).

Os mecanismos levantados foram:• a imunomodulação (BUTS

2000); • a inibição da ação das toxinas do

de 54kDa que cliva as toxinas A e B e seus respectivos receptores naintestinal (CASTAGLIUOLO et al., 1994; POTHOULAKIS toxina A (QAMAR et al

• a inibição da ação da toxina da cólera devido à ligação da toxina em sítiosda levedura diminuindo a quantidade de toxina livre capaz de se ligarintestinais (BRANDÃO

• a diminuição dos níveis de cAMP induzidos pela toxina da cólera devido á ação deproteína de 120 kDa (CZERUCKA & RAMPAL, 1999);

• a inibição de perdas de água, sódio e potássio induzidas pelas toxinas de cholerae (CZERUCKA (MASSOT et al., 1983);

• a preservação da função de barreira de células infectadas com e modulação da sinalização induzida durante a infecção por (CZERUCKA et al., 2000);

• o aumento da atividade de diversas dissacaridases na mucosa intestinal, tais comolactase, sacarase e maltase (BUTS

• a ligação de alguns microrganismos na superfície da levedura (GEDEK, 1999);

Figura 7: Algumas cepas de Saccharomices cerevisiae têm a capacidade de aderir bactérias patogênicas (fímbrias do tipo I) comopopulação destes no TGI.

• e em trabalhos recentes um novo mecanismo de ação da levedura envolvendo

possível inibição da produção de óxido nítrico pela levedura (GIRARD

A maior parte dos probióticos comercializados são bactérias. Apenas duas são usadas, a S. boulardii na medicina humana e a vantagem de se trabalhar com levedura é que ela pode ser liofilizada, é rapidamente

LEVEDURAS

NOGÁSTRICOS

Um primeiro mecanismo de ação da levedura seria a inibição total ou parcial de váriosmicrorganismos patogênicos (BRUGIER & PATTE, 1975). Este efeito de inibição total é

, pois existem trabalhos mostrando que esta inibição não ocorre, onde apenas uma proteção é observada (RODRIGUES et al., 1996) e uma

nos níveis populacionais de algumas espécies de Cândida (DUCLUZEAU &

ntados foram: a imunomodulação (BUTS et al., 1990; CAETANO et al., 1986; RODRIGUES

a inibição da ação das toxinas do C. difficile devido à produção de uma serinoprotease54kDa que cliva as toxinas A e B e seus respectivos receptores na

intestinal (CASTAGLIUOLO et al., 1996; CASTAGLIUOLO et al., 1999;., 1994; POTHOULAKIS et al., 1993) e um aumento na resposta

et al., 2001); inibição da ação da toxina da cólera devido à ligação da toxina em sítios

da levedura diminuindo a quantidade de toxina livre capaz de se ligarintestinais (BRANDÃO et al., 1998; DIAS et al., 1995; NEVES et al., 2002);

ição dos níveis de cAMP induzidos pela toxina da cólera devido á ação deproteína de 120 kDa (CZERUCKA et al., 1989a; CZERUCKA et al., 1994;

a inibição de perdas de água, sódio e potássio induzidas pelas toxinas de (CZERUCKA et al., 1994) e de Escherichia coli em células epiteliais

., 1983); a preservação da função de barreira de células infectadas com E. coli e modulação da sinalização induzida durante a infecção por esta

., 2000); o aumento da atividade de diversas dissacaridases na mucosa intestinal, tais comolactase, sacarase e maltase (BUTS et al., 1986; JAHN et al., 1996);

ligação de alguns microrganismos na superfície da levedura (GEDEK, 1999);

Algumas cepas de Saccharomices cerevisiae têm a capacidade de aderir bactérias patogênicas (fímbrias do tipo I) como E. coli e Salmonelas, diminuindo a

tes no TGI.

e em trabalhos recentes um novo mecanismo de ação da levedura envolvendopossível inibição da produção de óxido nítrico pela levedura (GIRARD

A maior parte dos probióticos comercializados são bactérias. Apenas duas na medicina humana e a S. cerevisiae na alimentação animal

vantagem de se trabalhar com levedura é que ela pode ser liofilizada, é rapidamente

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Um primeiro mecanismo de ação da levedura seria a inibição total ou parcial de vários microrganismos patogênicos (BRUGIER & PATTE, 1975). Este efeito de inibição total é

, pois existem trabalhos mostrando que esta inibição não ocorre in , 1996) e uma diminuição

(DUCLUZEAU & BENSAADA,

., 1986; RODRIGUES et al.,

devido à produção de uma serinoprotease 54kDa que cliva as toxinas A e B e seus respectivos receptores na mucosa

., 1999; MCFARLAND ., 1993) e um aumento na resposta imune contra a

inibição da ação da toxina da cólera devido à ligação da toxina em sítios específicos da levedura diminuindo a quantidade de toxina livre capaz de se ligar aos receptores

2002); ição dos níveis de cAMP induzidos pela toxina da cólera devido á ação de uma

., 1994; CZERUCKA

a inibição de perdas de água, sódio e potássio induzidas pelas toxinas de Vibrio em células epiteliais intestinais

E. coli enteropatogênica esta mesma bactéria

o aumento da atividade de diversas dissacaridases na mucosa intestinal, tais como

ligação de alguns microrganismos na superfície da levedura (GEDEK, 1999);

Algumas cepas de Saccharomices cerevisiae têm a capacidade de aderir E. coli e Salmonelas, diminuindo a

e em trabalhos recentes um novo mecanismo de ação da levedura envolvendo uma possível inibição da produção de óxido nítrico pela levedura (GIRARD et al., 2003).

A maior parte dos probióticos comercializados são bactérias. Apenas duas leveduras na alimentação animal. A

vantagem de se trabalhar com levedura é que ela pode ser liofilizada, é rapidamente eliminada

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após interrupção da terapia e não é afetada pelo uso de antibacterianos (BLEHAUT et al., 1989; BODDY et al., 1991). 2.6.2. RUMINANTES

WALLACE (1994) cita que o aumento da ingestão de alimentos decorrente do uso das leveduras parece estar dirigido em parte pelo aumento na taxa de quebra da fibra e parte pelo aumento do fluxo duodenal de nitrogênio absorvido. Estas observações sugerem maior atividade da população microbiana evidenciada pelo aumento da contagem de bactérias anaeróbicas no fluído ruminal.

2.6.2.1. Consumo de oxigênio Saccharomyces cerevisiae é um fungo aeróbico e tem grande afinidade por oxigênio,

melhorando as condições do rúmen para os microorganismos anaeróbicos. O conteúdo ruminal é essencialmente anaeróbico, mas pequenas concentrações de oxigênio dissolvido podem ser encontradas.

O oxigênio entra no rúmen (60 mmol/min/L a 100 mmol/min/L) através do alimento e da saliva. Ele é tóxico a bactérias anaeróbicas e reduz a adesão das bactérias celulolíticas à celulose. Os carboidratos estruturais da planta, dos quais a celulose é o principal componente, são as principais fontes de energia para o ruminante.

Como a atividade respiratória de S. cerevisae (200 mmol/min/g a 300 mmol/min/g) é muitas ordens de magnitude maior que a concentração de oxigênio no fluido ruminal, pequenas quantidades de levedura (1,33 g/L) incluídas nas dietas de ruminantes podem ser benéficas.

As bactérias celulolíticas parecem especialmente sensíveis ao teor de oxigênio dissolvido, e respondem mais favoravelmente à presença de levedura (Newbold et al., 1996). Williams et al. (1991) observaram aumento na digestibilidade da matéria seca apenas no período inicial de digestão após exposição à levedura.

Os números de bactérias celulolíticas são aumentados, e as bactérias que utilizam o ácido lático são estimuladas pela presença de ácido dicarboxílico, sendo assim, explica-se em parte o aumento da quebra das fibras e aumento da estabilidade na fermentação ruminal de animais que recebem este aditivo.

O uso em alimentação de bovinos de corte foi ligado ao aumento na digestibilidade da matéria seca, especialmente da fibra, melhorando a eficiência alimentar e ganho de peso. É muito palatável. Existe variação na eficiência das diferentes cepas de Saccharomyces cerevisae em promover melhoria no desempenho dos bovinos (Newbold et al., 1996).

2.6.2.2. O pH ruminal

O pH para crescimento ótimo de Saccharomyces é cerca de 4,5. No rúmen, em pH

próximo de 6,5, a taxa de crescimento do fungo é menor, e ele secreta compostos químicos como nucleotídeos, aminoácidos e enzimas, assim como enzimas hidrolíticas, mais profusamente. Tais compostos vão servir de fatores de crescimento para as bactérias do rúmen, além de contribuírem para a nutrição do bovino. Se por um lado há disponibilização dos nutrientes armazenados nos fungos para os microorganismos do rúmen e para o bovino, há também redução na taxa de crescimento de fungos. Assim, as leveduras devem ser suplementadas continuamente (Newbold et al., 1995, 1996; Kung et al., 1997; Rose, 1997).

DAWSON (2000), em trabalho de revisão, descreve os efeitos das leveduras no rúmen

em decorrência dos seguintes fatores:

• aumento da taxa inicial da digestão da matéria seca ruminal nas primeiras 24 horas de incubação, estimulada por uma mais rápida atividade ruminal;

• Estabilização do pH ruminal se dá pelo redução de O2 que estimula o aumento de Selenomonas ruminantium que utilizam manitol (precursor de lactato) prevenindo o acúmulo de ácido lático no rúmen e a queda do pH;

• alteração do metabolismo do nitrogênio ruminal refletindo em menor concentração de amônia ruminal e aumento de concentrações de bactérias ruminais seguido de maior fluxo de nitrogênio bacteriano para o intestino delgado;

12

• mudança na população microbiana ruminal, com aumento das bactérias anaeróbicas, celulolíticas, proteolíticas e as que utilizam ácido láctico;

• fabricação industrial do extrato de leveduras e seus metabólitos ativos, que são considerados como um dos modelos para explicar os vários efeitos deste aditivo.

Tabela 1:Efeitos do uso de cultura de leveduras vivas (Saccharomyces cerevisiae) na nutrição e desempenho de bovinos de um total de 34 trabalhos publicados. DAWSON (2000)

PARÂMETROS RESULTADOS NÚMERO

TOTAL FAVORÁVEIS SEM ALTERAÇÃO

Ingestão de matéria seca (IMS) 3 (30%) 10 (70%) 13

Digestibilidade de nutrientes 4 (40%) 6 (60%) 10

Alteração pH ruminal 0 (0%) 10 (100%) 10

Alteração AGV ruminal 2 (22%) 7 (78%) 9

Alteração N-NH3 ruminal 2 (50%) 2 (50%) 4

Alteração lactato ruminal 2 (100%) 0 (0%) 2

Aumento de micro. ruminais 7 (100%) - 7

Produção leiteira 12 (67%) 6 (33%) 18

Composição do leite 1 (14%) 6 (86%) 7

Ganho em peso 5 (63%) 3 (37%) 8

2.7. LEVEDURAS E A RESISTÊNCIA A PELETIZAÇÃO DA RAÇ ÃO As leveduras vivas não são resistentes às condições de pressão, temperatura e

umidade normalmente utilizadas no processo de peletização. No entanto, o Grupo Lesaffre já desenvolveu processo que permite a preparação de produto termo-resistente, mantendo sua capacidade fermentativa mesmo após a peletização. No processo as leveduras vivas são encapsuladas por uma camada de células mortas, através de um processo patenteado especial que assegura viabilidade das células vivas desde que a temperatura de peletização não ultrapasse os 85ºC. Em função deste invólucro, a empresa dá uma garantia de 8 bilhões de UFC / g,

Em experimento realizado no INRA, na França, foi utilizada uma peletizadora RUSSEL, com pressão de vapor de 2,8 bar e temperatura de 145 C. Sob estas condições, com temperatura do pellet até 84 C na saída da peletizadora, não houve perda de capacidade fermentativa. Figura 8:

3. PREBIÓTICOS O conceito de prebiótico engloba ingredientes alimentares que estimulam seletivamente

o crescimento e/ou atividade de bactérias benéficas no intestino e que não sofrem ação das enzimas digestivas. Diversas substâncias como carboidratos, peptídeos, lipídeos, fibras e álcoois podem ser classificados como prebióticos, sendo os oligossacarídeos de cadeia curta,

Estabilidade de BIOSAF SC 47 durante peletização.

0

2

4

6

8

10

42 51 60 64 67 73 77 82 84 86 90

Temperatura do pellet ao sair da prensa (C)

Bilh

ões

de U

FC

/ g

de r

ação

BIOSAF Esperado

13

como os mananoligossacarídeos (MOS), os frutoliogossacarídeos (FOS) e os glucoligossacarideos (GOS) os mais estudados por apresentarem melhores resultados como prebióticos (Rostagno et al., 2000).

Gibson & Roberfroid (1995) citam algumas das características desejáveis de um prebiótico:

• Não deve ser metabolizado ou absorvido durante a passagem pelo trato digestivo superior;

• Deve servir de substrato para as bactérias intestinais benéficas que serão estimuladas a crescer e/ou tornar-se metabolicamente ativas;

• Possuir capacidade de alterar a microbiota intestinal de forma benéfica ao hospedeiro;

• Induzir efeitos benéficos sistêmicos ou no intestino do hospedeiro.

Segundo Young (1998), os prebióticos têm o papel primordial de nutrir e conseqüentemente de favorecer as bactérias probióticas, que por sua vez irão atuar beneficiando o hospedeiro. Os prebióticos são ingredientes ou grupo de ingredientes seletivamente o crescimento e a atividade de bactérias benéficas no intestino, cuja ação final é melhorar a saúde do hospedeiro. A principal ação dos prebióticos é estimular o crescimento e ativar o metabolismo de algum grupo de bactérias benéficas do trato intestinal. Os prebióticos agem intimamente relacionados aos probióticos, constituindo o “alimento” das bactérias probióticas.

FOS são polímeros ricos em frutose, podendo ser naturais, derivados de plantas (inulina) ou sintéticos, resultante da polimeração da frutose (Gibson e Roberfroide,1995).

GOS e MOS são obtidos a partir de parede celular de leveduras. A parede celular de leveduras consiste principalmente de proteína e carboidrato, a qual contém os dois principais açúcares (glucose e manose) em proporções semelhantes e N-acetilglucosamina.

O MOS, usado como aditivo de rações, consiste de fragmentos de parede celular de Saccharomyces cerevisae com uma estrutura complexa de manose fosforilada, glicose e proteína.

Figura 9: Composição e estrutura da parede celular da Saccharomyces cerevisiae. A

parede celular, que está localizada do lado externo da membrana plasmática, consiste de duas camadas. Da camada interna provém firmeza da parede celular, e esta é constituída por glucanas beta-1,3 e beta-1,6 que estão complexadas com quitina. A camada externa consiste de manoproteínas que estão covalentemente ligadas à camada interna de glucanas. Enzimas periplasmáticas estão confinadas entre a membrana plasmática e a camada rígida interna da parede.

3.1. MODO DE AÇÃO DOS PREBIÓTICOS

Para que as bactérias consigam colonizar o trato intestinal e criar uma condição

patológica, precisam inicialmente aderir-se à superfície epitelial. Esta adesão ocorre através de glicoproteínas (lectinas ou fímbrias) que reconhecem determinados açúcares da superfície do epitélio intestinal. Portanto, as bactérias se ligam a um oligossacarídeo dietético, e não à mucosa intestinal, o que faz com estas sejam eliminadas passando com a digesta sem causar

14

problemas digestivos para os animais. Desta forma, os mananoligossacarídeos são capazes de bloquear a aderência dos patógenos e evitar a colonização.

A alteração da microbiota intestinal causada pelo uso de prebióticos pode ocorrer de duas maneiras:

1. com o fornecimento de nutrientes para as bactérias desejáveis aumentando sua população;

2. pelo reconhecimento por parte das bactérias patogênicas, de sítios de ligações nos oligossacarídeos como sendo da mucosa intestinal, reduzindo a colonização intestinal indesejável, resultando em menor inicidência de infecções e melhor integridade da mucosa intestinal, tornando esta apta a exercer suas funções.

Figura 10: MOS os mananoligossacarídeos são capazes de bloquear a aderência dos

patógenos e evitar a colonização. Pettigrew (2000) forneceu mananoligossacarídios para suínos pós-desmame até a fase

de terminação. O autor concluiu que ao adicionar este produto na dieta inicial de leitões, melhorou o desempenho dos animais. A utilização mais eficiente do produto pode ser obtida ao fornecer altos níveis de mananoligossacarídios após o desmame e então reduzir gradualmente o nível conforme os suínos avançam a idade. Existe indicativo de que é possível que a utilização de mananoligossacarídios melhore o desempenho de animais em terminação. O autor ainda comenta que o referido produto melhora a saúde e o desempenho de leitões expostos a desafio sanitário.

Recentes estudos em nossos laboratórios mostraram os efeitos da adição de parede celular de S. cerevisiae, a qual é constituida de mananoligossacarídeos (MOS) sobre o desenvolvimento da mucosa intestinal de frangos (Tabelas 3 e 4). Os resultados mostram que a adição deste prebiótico na ração de frangos tem efeito sobre o desenvolvimento das vilosidades intestinais, com aumento significativo (P < 0,05) da altura do vilo, nos 03 segmentos do intestino delgado, sendo este efeito mais acentuado na primeira semana de vida do frango. Contudo, o ganho de peso das aves tratadas com parede celular de S. cerevisiae mostraram-se maior (P < 0,05) aos 42 dias de idade, quando comparada com os frangos não tratados com este prebiótico. Tabelas 3 e 4 – Altura do vilo (AV), profundidade da cripta (PC) e relação vilo/cripta (V/C) no duodeno, jejuno e íleo de frangos tratados e não tratados com prebiótico, aos 07 dias de idade.

15

4. SIMBIÓTICOS

Um produto referido como simbiótico é aquele no qual um probiótico e um prebiótico

estão combinados. A interação entre o probiótico e o prebiótico in vivo pode ser favorecida por uma adaptação do probiótico ao substrato prebiótico anterior ao consumo. Isto pode, em alguns casos, resultar em uma vantagem competitiva para o probiótico, se ele for consumido juntamente com o prebiótico. Alternativamente, esse efeito simbiótico pode ser direcionado às diferentes regiões “alvo” do trato gastrintestinal, o intestino delgado e grosso. O consumo de probióticos e de prebióticos selecionados apropriadamente pode aumentar os efeitos benéficos de cada um deles, uma vez que o estímulo de cepas probióticas conhecidas leva à escolha dos pares simbióticos substrato/microrganismo ideais (Holzapfel, Schillinger, 2002; Puupponen-Pimiä et al., 2002; Mattila Sandholm et al., 2002; Bielecka, Biedrzyck, Majkowska, 2002).

5. CLASSIFICAÇÃO E LEGISLAÇÃO REFERENTE

Nova regulamentação do MAPA, a Instrução Normativa No.13 de 30/11/04, segundo orientações do Codex Alimentarius, as categorias de aditivos passam a ser: Aditivos nutricionais

a. vitaminas, provitaminas, e substâncias quimicamente definidas de efeitos similares; b. oligoelementos ou compostos de oligoelementos (microminerais); c. aminoácidos, seus sais e análogos; d. uréia pecuária e seus derivados.

Aditivos tecnológicos a. adsorventes; b. aglomerantes; c. antiaglomerantes; d. antioxidantes; e. antiumectantes; f. conservantes;

g. emulsificantes; h. estabilizantes; i. espessantes; j. gelificantes; k. regulador da acidez; l. umectantes

Aditivos sensoriais

a. corante e pigmentantes; b. aromatizantes; c. palatabilizantes

Aditivos zootécnicos

a. enzimas; b. probióticos; c. prebióticos; d. simbióticos; e. nutracêuticos;

f. ácidos orgânicos; g. promotores de crescimento e/ou

eficiência alimentar

16

6. CONSIDERAÇÕES FINAIS

O trato gastrointestinal é a interface entre o alimento fornecido e o animal, portanto sua integridade é fundamental para obtenção de bons resultados econômicos.

O sistema gastrointestinal de monogástricos e ruminantes é livre de microorganismos ao nascer, mas é rapidamente colonizado após 5 ou 6 dias do nascimento pela flora presente no ambiente onde vive. Normalmente há grande variedade de espécies (400 a 500 cepas diferentes) chegando um animal adulto a ter 100 trilhões de UFC no aparelho gatrointestinal. Segundo Gedek (1999) nesta grande população pode-se distinguir uma flora dominante com mais de 90% da contagem total composta por Bifidobacterium, Lactobacillus e Bacteróide.Uma flora subdominante com aproximadamente 10% formada por E.coli e Enterococus ; e uma flora residual menor que 0,01% composta por Clostridia, Staphilococus, Pseudomonas , Proteus e Leveduras da espécie Cândida.

A flora gastrointestinal pode variar dentro da mesma espécie durante toda a vida do animal dependendo diretamente da alimentação, manejo e instalações. Mudanças na flora ocorrem normalmente mas quando o equilíbrio entre populações é alterado onde as bactérias patogênicas dominam sobre as benéficas causam problemas digestivos importantes que tem impacto sobre os custos e a produtividade.

O mecanismo de ação dos probióticos são a competição por sítios de ligação onde ocupam sítios e impedem, fisicamente, a ligação de bactérias patogênicas; estas bactérias produzem substâncias anti-bacterianas como ácidos graxos de cadeia curta que tem ação antibacteriana. Além das bacteriocinas e peróxido de hidrogênio também são liberados; estas bactérias competem por nutrientes e ao multiplicarem-se, consomem nutrientes que seriam utilizados pelas bactérias patogênicas; algumas bactérias estimulam o sistema imune promovendo a produção de anticorpos, ativação de macrófagos, proliferação de linfócitos T e produção de interferon.

Os Prebióticos são ingredientes alimentares geralmente oligossacarídeos compostos por Frutoligosacarídios (FOS), glucoligossacarídios (GOS), mananoligossacarídios (MOS) que não são digeridos e afetam beneficamente o hospedeiro estimulando seletivamente o crescimento e ou a atividade de um limitado número de bactérias no cólon Gibson & Roberfoid, (1995). O Mecanismo de ação é dado pelo fornecimento de nutrientes para as bactérias desejáveis ligação das bactérias patogênicas aos prebióticos, facilitando sua eliminação.

As leveduras embora não sejam capazes de colonizar os aparelhos digestivos de monogástricos ou de ruminantes, têm efeitos positivos quando suplementadas vivas nas dietas destas categorias animais.Nos ruminantes modificam as condições de fermentação no rúmen melhorando o pH, proporcionando aumento da população bacteriana melhorando a digestibilidade de dietas ricas em fibras e ou concentrados.Nos monogástricos sua principal ação é a hidrólise de dissacarídeos , efeito ante adesivo de microrganismos patogênicos, estimulação da imunidade, inibição de toxinas e efeito inibidor sobre bactérias patogênicas.

Os probióticos, prebióticos e simbióticos compostos por bactérias vivas, leveduras e oligossacarídeos são alternativas viáveis para atender as demandas da população e dos mercados nacional e internacional por segurança alimentar em substituição a dosagens sub-clinicas de antimicrobianos.

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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