Principais mecanismos de ação de aditivos probióticos na suinocultura

INTRODUÇÃO

O uso exacerbado de antibióticos está sendo desencorajado em inúmeros países devido à resistência microbiana que pode ser gerada, por meio da ocupação de animais em ambientes com a presença de microorganismos resistentes e por meio de resíduos encontrados em produtos de origem animal (CEZÁRIO, 2020).

Assim, é imperativo buscar alternativas para o uso de antibióticos na indústria suína. Tal situação oferece oportunidades de novos aditivos, como ácidos orgânicos, extratos de plantas, pré e probióticos entrem na produção de suínos (BARBA-VIDA., et al 2019).

Lilly e Stillwell (1965) definiram os probióticos como substâncias produzidas por microrganismos que estimulam o crescimento de outras. Parker (1974) os descreveu como organismos e substâncias que contribuem para o balanço da microbiota intestinal. Já Fuller (1989), definiu os probióticos como suplementos alimentares microbianos vivos que beneficiam o hospedeiro ao melhorar sua microbiota.

Probióticos são produtos de diferentes microorganismos, os mais utilizados são as bactérias do ácido lático, como: Lactobacillus acidophilus; L. bulgaricus, L. plantarum, L. casei, Streptococcus faecium, S. lactis, S. thermophilus e Diacetilactus. Além de outros, como o Bacillus subtilis, B. toyoi, Aspergillus oryzae, Torulopsis sp., e Bifidobacterium bifidum (CHIQUIERI, 2003).

Esses microrganismos devem ser capazes de resistir a passagem, assim como também ter a capacidade de proliferação no trato digestório. Os probióticos são amplamente utilizados na suinocultura e o número de estudos que vêm sendo realizados sobre o efeito de probióticos para esta espécie é crescente, tendo em vista as vantagens proporcionadas ao setor (MATHIPA; THANTSHA (2017). Essas substâncias promovem benefícios para a saúde do hospedeiro como modulação da microbiota entérica e melhorias na imunidade e desempenho zootécnico (FAO, 2002). Em acréscimo, a influência dos probióticos sobre o eixo intestino-cérebro, é uma das problemáticas mais discutidas da atualidade. Estudos mostram que o ambiente e desafios pelos quais os suínos são condicionados podem modificar padrões comportamentais (BARBA-VIDAL et al., 2019). Assim, a inclusão de aditivos alimentares como os probióticos poderiam influenciar a modulação da microbiota presente no intestino, capaz de estimular a produção de substâncias neuroquímicas como, serotonina, dopamina e norepinefrina (LYTE, LYTE et al., 2019).

Entretanto, devido as inúmeras abordagens e vias de ação dos probióticos, torna-se difícil entender muitos de seus mecanismos e consequentemente explicar seus resultados. Portanto, esta revisão de literatura irá avaliar profundamente os mecanismos de ação dos probióticos para espécie suína no que diz respeito a ação na microbiota, na modulação do sistema imune e na produção de neurotransmissores.

DESENVOLVIMENTO

MODO DE AÇÃO DOS PROBIÓTICOS EM SUÍNOS

Os mecanismos pelos quais os efeitos benéficos dos probióticos ocorrem, são abrangentes e não foram ainda totalmente elucidados. Diferentes cepas podem influenciar o ambiente intestinal de maneiras distintas. Os modos de ação mais discutidos são descritos a seguir.

À nível de microbiota intestinal

Os meios de ação dos probióticos podem se dar por exclusão competitiva, definida como a ação normal da microbiota que protege o intestino contra o estabelecimento de microrganismos prejudiciais (BAJAGAI et al., 2016). O conceito de exclusão competitiva indica que as culturas de microrganismos benignos selecionados (probióticos) competem com microrganismos prejudiciais no intestino por locais de adesão e substratos orgânicos. Logo, a adesão de probióticos à parede intestinal poderia prevenir a colonização por cepas patogênicas (YANG et al., 2015).

A exclusão competitiva é uma barreira física, na qual os probióticos podem impedir a proliferação de bactérias patogênicas ao competir pelo mesmo sítio de ligação, os quais se localizam principalmente nas vilosidades intestinais, nas células caliciformes e nas criptas intestinais (CHICHLOWSK et al., 2007). Os probióticos também podem alterar o ambiente intestinal de modo que as bactérias patogênicas não sobrevivam. Ademais, as bactérias encontradas nos probióticos podem excluir as patogênicas ao competir por nutrientes e energia, prevenindo assim o crescimento e proliferação das bactérias patogênicas no intestino (CUMMINGS; MACFARLANE, 1997).

Propriedades de adesividade específicas, que ocorrem devido à interação entre as proteínas e as mucinas também podem inibir a colonização de bactérias patogênicas (SERVIN, 2004). Alguns probióticos, como a bactéria Lactobacillus plantarum induz a transcrição e excreção de mucinas (MUC2 e MUC3) das células caliciformes e desde modo inibem a aderência de enteropatogênicos como Escherichia coli da parede intestinal (FOOKS; GIBSON, 2002).

Outro mecanismo à nível de microbiota seria a inibição antimicrobiana direta, que diz respeito a capacidade dos probióticos - após seu estabelecimento no intestino - de produzirem substâncias bactericidas ou bacteriostáticas inibindo a colonização de microrganismos patogênicos, incluindo bactérias gram-negativas (BAJAGAI et al., 2016). Por exemplo, algumas bactérias probióticas participam do processo de fermentação de carboidratos, como a lactose, que por sua vez produzem ácidos graxos de cadeia curta (ácidos lático e acético), levando a redução do pH luminal a um nível não tolerado por bactérias nocivas como E.Coli e Salmonella (BAJAGAI et al., 2016; MARTEAU et al., 2004).

Os mecanismos mais utilizados pelas bacteriocinas incluem a destruição das células alvo através da formação e/ou inibição de poros na parede celular (HASSAN et al., 2012). A nisina, junto com um glicopeptídeo, forma uma ligação estável, a qual gera um complexo de várias moléculas de lisina e lipídeo II, formando um poro que posteriormente levará a célula a um desequilíbrio eletrostático e, por fim, morte celular (BREUKINK & KRUIJFF, 2006). Portanto, a produção de bacteriocinas pode inibir diretamente o crescimento de bactérias patogênicas no trato gastrointestinal (O‟SHEA et al., 2012).

As bactérias probióticas produzem inúmeras bacteriocinas e demonstram in vitro inibição de bactérias patogênicas, entre elas: Bacillus, Klebecella, Pseudomonas, Proteus, Salmonella, Shigella, Staphylococcus, Vibrio e E. Coli (VILÀ et al., 2010).

Estudo relatam como os probióticos podem ser eficientes. Um exemplo é a bactéria patogênica Salmonella sp. a qual tem origem alimentar e possui grande importância tanto na saúde humana, quanto animal (LEE et al., 2015). Uma das formas de possível redução da incidência de Salmonella sp. pode ocorrer através do fornecimento de aditivos, entre eles, os probióticos. Martins et al. (2017), realizaram um estudo com o objetivo de acompanhar a incidência de Salmonella sp. nas fezes e nos órgãos de suínos alimentados com dietas adicionados de antibióticos e probióticos. A contagem de Salmonella sp. foi menor nas fezes de suínos de 49 e 63 dias de idade alimentados com probióticos. Ademais, todos os órgãos de animais de 63 dias de idade alimentados com probióticos apresentaram menor contagem de Salmonella sp. quando comparados aos animais alimentados com antibióticos. Portanto, concluiu-se que o uso de probióticos na alimentação de suínos pode promover a diminuição da carga de Salmonella sp. resultando em menor contaminação da carcaça e melhor qualidade dos produtos de origem suína.

Hayakama et al. (2016), utilizaram 3 probióticos diferentes na alimentação de matrizes suínas. Os resultados demonstraram que o período de gestação das fêmeas alimentadas com probióticos foram menores quando comparadas as fêmeas do grupo controle. Também se observou que os peso das ninhadas foram maiores nas fêmeas alimentadas com probióticos. Ademais, durante o período do desmame, as fezes das fêmeas que receberam probiótico possuíam uma maior quantidade de Lactobacillus e uma menor quantidade de E.Coli nas fezes. No mesmo estudo foi observado os efeitos dos probióticos nos leitões provenientes das fêmeas alimentadas com e sem probióticos. O estudo demonstrou que a incidência de diarreia pós-desmame diminui e o desempenho dos leitões melhorou. Já a nível de microbiota intestinal, durante o período do desmame, as fezes das fêmeas que receberam probiótico possuíam uma maior quantidade de Lactobacillus e uma menor quantidade de E.Coli nas fezes.

Modulação da resposta imune no hospedeiro

Os probióticos conferem proteção imunológica ao hospedeiro por meio da regulação, estimulação e modulação das respostas imunológicas (DE ROOCK et al. 2010). Na imunomodulação, fragmentos antigênicos probióticos, como compostos da parede celular das bactérias, têm a capacidade de atravessar as células epiteliais intestinais e as células M nas placas de Peyer e, então, modular as respostas imunes inatas e adaptativas (GALDEANO; PERDIGÓN, 2004).

Acredita-se que o potencial imunomodulador dos probióticos envolva a manutenção do equilíbrio entre as células T helper 1 (Th1) / T helper 2 (Th2) em cooperação com células T helper 17 (Th17) e células T reguladoras (Treg) (DE ROOCK et al. 2010). Além disto, o efeito imunomodulador dos probióticos é atribuído à liberação de citocinas, incluindo interleucinas (ILs), fatores de necrose tumoral (TNFs), interferons (IFNs), fator de crescimento transformador (TGF) e quimiocinas de células imunes (linfócitos, granulócitos, macrófagos, mastócitos, células epiteliais e células dendríticas) (AZAD et al., 2018) que regulam o sistema imune inato e adaptativo (FOLIGNÉ et al., 2010).

Os efeitos imunes dos probióticos são altamente específicos para cada cepa, assim, diferentes cepas pertencentes à mesma espécie podem apresentar estruturas antigênicas distintas e influenciar o sistema imunológico de maneira diferenciada (HILL et al. 2014). Por essa razão, as misturas de múltiplas cepas podem ser mais eficazes do que as cepas isoladas, exercendo atividades sinérgicas (TIMMERMAN et al., 2004).

Além disso, algumas cepas microbianas afetam não apenas os mecanismos imunes humoral e celular, mas também estimulam uma resposta imune inespecífica, aumentando a atividade das células fagocíticas e células natural killer (NK) (YIRGA et al., 2015), que são a primeira linha de defesa contra patógenos (MATHIPA; THANTSHA (2017).

O consumo de probióticos está relacionado ao mecanismo de aumento da imunidade inata intestinal. Como relatado na literatura, eles influenciam a restituição da função de barreira da mucosa do trato gastrointestinal após ser prejudicada por condições de estresse ou enfermidades. Este processo de restituição ocorre por fosforilação das proteínas do citoesqueleto e das junções oclusivas (YIRGA et al., 2015).

O detalhamento deste mecanismo de ação não está totalmente esclarecido, porém supõe-se que exista relação com as alterações na secreção de muco ou cloretos ou que esteja ligado às alterações na expressão de proteínas das junções oclusivas pelas células epiteliais (BAJAGAI et al., 2016).

As glicoproteínas mucinas são os principais constituintes macromoleculares do muco epitelial. Os probióticos podem promover a secreção de muco como um mecanismo para melhorar a função de barreira e a exclusão de patógenos (BERMUDEZ-BRITO et al. 2012). Certas espécies de Lactobacillus aumentam a expressão de mucina nas células intestinais humanas e animais, entretanto, este efeito protetor é dependente da adesão do Lactobacillus à monocamada celular.

Estudos indicaram que o aumento da expressão de genes envolvidos na sinalização de junções oclusivas é um possível mecanismo para reforçar a integridade da barreira intestinal (ANDERSON et al. 2010).

Outro mecanismo de aumento da expressão de genes pode ser por estimulação ou supressão da imunidade adquirida. A microbiota intestinal normal funciona como imunomodulador para favorecer os sistemas de defesa do animal contra patógenos invasores, estimulando a resposta imune gastrointestinal, o que, por sua vez, auxilia no desenvolvimento do sistema imunológico, em razão da estimulação da produção de anticorpos e do aumento da atividade fagocítica (YIRGA et al., 2015).

É importante salientar que generalizar os achados observados em uma única espécie probiótica para todos os probióticos pode tornar o estudo impreciso, uma vez que nenhum efeito foi observado em muitas pesquisas de intervenção feitas com cepas potencialmente probióticas. Os resultados documentados podem ser diferentes de acordo com a espécie do probiótico utilizado e a cepa específica (PAINEAU et al. 2008), o seu estado de viabilidade (GILL et al. 2001) e o nível consumido (DONNET-HUGHES et al. 1999).

Em um estudo, a administração de B. lactis (NCC2818), um organismo com atividade probiótica estabelecida em humanos e roedores, resultou na redução geral da secreção de IgA, contrário ao esperado (LEWIS et al., 2013). Isso foi associado a um aumento da expressão da proteína ZO-1 da junção oclusiva de enterócitos, sugerindo que a melhora da função de barreira pode ter resultado na diminuição da captação de antígeno e na redução da estimulação para produção de IgA. Em contraste, outros estudos mostraram um aumento de IgA como consequência da alimentação dos probióticos E. faecium (NCIMB 10415, SF68) e Bacillus cereus var. toyoi (NCIMB 40112), e sugeriram que o efeito probiótico pode ser atribuído ao aumento de IgA fornecendo melhor proteção nas superfícies mucosas (SCHAREK et al., 2007).

Shin et al. (2019) demonstraram que o uso de probiótico a base de L. plantarum aumentou a diversidade e a riqueza na comunidade microbiana e atenuou a expressão gênica ileal associada à inflamação intestinal, promovendo o desenvolvimento intestinal em leitões desmamados.

Um dos principais modos de ação do Bacillus spp. em suínos pode ser por meio de suas propriedades imunomoduladoras. O tratamento probiótico com B. toyonensis demonstrou uma abundância de células T citotóxicas intraepiteliais e IgA fecal em leitões desmamados, o que pode conferir proteção contra a colonização de patógenos (SCHAREK et al., 2007; SCHIERACK et al., 2009). Em outro experimento com desafio de S. Typhimurium, os leitões do grupo controle (sem probiótico) responderam ao desafio com redução de crescimento e alta incidência de diarreia, que foi menos pronunciada em leitões alimentados com o probiótico (SCHAREK-TEDIN et al., 2013).

Laskowska et al (2018) testaram o uso de uma mistura de cepas probióticas na ração de porcas e observaram um aumento nas concentrações das citocinas pró-inflamatórias TNF-α e IL-6, responsáveis por aumentar a capacidade protetora do colostro por meio da estimulação de mecanismos imunes celulares que protegem a porca e os neonatos contra infecções. Ao mesmo tempo, as concentrações aumentadas de citocinas IL-4, IL-10, TGF-β e de imunoglobulinas no colostro e no leite de porcas do grupo experimental demonstram o efeito imunorregulador da mistura probiótica nas células Th2 e podem levar ao aumento da expressão de células T reguladoras e à polarização da resposta imune de Th1 a Th2.

Os mesmos pesquisadores (LASKOWSKA et al, 2017) avaliaram a concentração sérica de citocinas e observaram concentrações significativas de IL-2, IL-4, IL-10, IFN-γ e TNF-α nos suínos que receberam a mistura probiótica. Já nas células mononucleadas, a concentração de citocinas IL-2, IL-4 e IL-10 foi estatisticamente maior. Os resultados encontrados por eles indicam que a suplementação da mistura probiótica ativa a resposta imune humoral e mediada por células, garantindo que o equilíbrio Th1 / Th2 seja mantido e melhorando os processos imunológicos que protegem o corpo contra infecções.

Nota-se que probióticos são capazes de influenciar de maneira ativa, mesmo que não totalmente esclarecidas, em todas as fases de produção da suinocultura. Entretanto, os seus múltiplos efeitos e abordagens necessitam de melhores interpretações a fim de entender sua real aplicabilidade em condições de campo, sendo esse um ponto de limitação no uso de aditivos probióticos.

Produção de neurotransmissores

Alguns estudos sugerem a existência de um estímulo para a produção de IgA e desenvolvimento do tecido linfoide associado ao intestino (GALT) estimulando a produção de linfócitos de forma intraepitelial e células produtoras de iunoglobulinas (MINGMONGKOLCHAI E PANBANGRED, 2018).

A modulação da microbiota entérica pelo uso dos probióticos acarretam a secreção de peptídeos e lipopetídeos antimicrobianos (AMP) que são citotóxicos para diversos microrganismos patogênicos (OLIVEIRA, 2019) que podem ter efeito direto sobre o equilíbrio entre as citocinas pró-inflamatórias e anti-inflamatórias interferindo na função cerebral. Nesta perspectiva, uma complexidade de neurotransmissores são secretados pelo microbiota entérica, tais como receptores GABA, acetilcolina, serotonina, dopamina, histamina (HUANG, 2019).

Os sinais de neurotransmissão que são produzidos, intervém nos efeitos fisiológicos entéricos, tais como motilidade, secreção hormonal, função imunológica e as barreiras presentes na mucosa entérica hematoencefálica são fatores preponderantes para a secreção de substâncias como o cortisol, que aumenta a permeabilidade facilitando mutuamente a ação entre a microbiota e o Sistema Nervoso Central. Influenciam ainda, no reconhecimento receptores específicos Toll like, Nod like, CTLs e RIG-I presentes na superfície entérica ou na membrana da organela das células epiteliais e dendríticas acarretando o efeito positivo de interação da microbiota entérica com o hospedeiro. Neste sentido, a interação associada ao uso de probióticos determinam a maturação das células apresentadoras de antígenos (APCs) que determinarão a resposta imune a ser desenvolvida, efetora ou reguladora (SÁNCHEZ, 2017).

Alguns estudos demonstram os efeitos positivos frente ao comportamento de cobaias em experimentação e também em seres humanos, frente ao sistema bidirecional do eixo cérebro-intestino-microbiota e ao mecanismo de imunomodulação da microbiota pelo consumo de probiótico. Este eixo, influi sobre o desenvolvimento cerebral, neurogênese, eixo hipotálamo-hipófise no sinal de dor (HUANG, 2019). Distintos mecanismos têm a capacidade de remodelar a microbiota entérica, tais como, antibióticos, microrganismos patogênicos e transferência de microbiota, os quais agem diretamente ou indiretamente no Sistema Nervoso produzindo catecolaminas, citocinas e estimulam neurônios sensoriais (KRAIMI, 2019).

Torna-se relevante pesquisas voltadas à produção suinícola, considerando que os resultados comportamentais apresentados por camundongos demonstraram que o uso de probióticos reduziram os sinais de inquietação e estresse, fatores estes que são preponderantes na fase de pré-parto acarretando um melhor bem-estar animal (CRYAN, MAHONY, 2011).

CONCLUSÃO

Considerando os vários modos de ação das cepas probióticas constata-se a necessidade de produção de estudos que foquem de forma específica nos mecanismos de maneira singular, para que seja possível investigar profundamente a complexidade de cada um para a espécie suína.

Os probióticos são utilizados em várias fases de produção de suínos e nota-se que dentro de uma fase específica, pode-se encontrar resultados divergentes quando comparados aos benefícios já comprovados do aditivo. Avaliando os distintos mecanismos de ação dos probióticos dentre as múltiplas abordagens possíveis, percebe-se que provavelmente o fator de individualidade do animal, em aspectos como ambiente que está inserido, cepas colonizadoras intestinais e status sanitário, sejam cruciais para melhor compreender a variabilidade de reações e rotas possíveis de ação destes aditivos. Portanto torna-se essencial a realização de futuros trabalhos que busquem entender características individuais dos animais, somando-as com os mecanismos de ação, principalmente no que diz respeito ao seu efeito no eixo intestino-cérebro.

Publicado originalmente em Zootecnia: pesquisa e práticas contemporâneas - Volume 1

Principais mecanismos de ação de aditivos probióticos na suinocultura

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Probióticos para uma microbiota saudável em suínos