Entender cómo la comunicación bacteriana resulta en virulencia está proporcionando nuevos conocimientos sobre la salud y las enfermedades del intestino de los animales, conocimientos que la industria de los piensos de hoy en día puede aprovechar ahora.
El riesgo de enfermedad es una realidad para los agricultores, ganaderos y productores de animales para alimentación, ya sea que estén criando cultivos, cerdos, aves de corral, peces o camarones. La enfermedad es el resultado de un proceso fisiopatológico que involucra no sólo al patógeno (por ejemplo, una bacteria, un virus o un hongo) sino también a la microbiota y la respuesta inmunológica del huésped. En la raíz de las infecciones entéricas se encuentra un desequilibrio en el eje inmunológico intestinal-microbiota. Por consiguiente, las complejas interacciones entre el alimento, el microbioma y el sistema inmunitario del huésped se han convertido en el principal objetivo de la elaboración de nuevas estrategias para combatir los problemas de salud intestinal del ganado.
No sólo «pasajeros»
La microbiota intestinal participa activamente en la inmunidad y la fisiología del huésped. Dominada por las bacterias, la composición de la microbiota intestinal es dinámica y diversa tanto en poblaciones como en densidades a lo largo de las diferentes partes del tracto gastrointestinal (TIG).
La microbiota «normal» incluye tanto las bacterias comensales como las que causan enfermedades.
El animal huésped cosecha beneficios para la salud a partir de la microbiota intestinal, como por ejemplo
- Ayudar a la digestión de los alimentos
- síntesis de nutrientes
- mantenimiento de la barrera intestinal
- función del sistema inmunológico
- inhibición de las especies bacterianas nocivas.
Sin embargo, las bacterias intestinales pueden costarle al animal huésped:
- competencia por los nutrientes,
- estimulación de la rápida renovación de los enterocitos,
- secreción de toxinas
- la inducción de la inflamación gastrointestinal.
La microbiota intestinal juega un papel central en la protección de un animal contra la infección bacteriana entérica. Pero muchos patógenos intestinales han desarrollado estrategias para superar a la comunidad intestinal, lo que conduce a la infección y la enfermedad. Una forma en que las bacterias patógenas frustran la microbiota intestinal es utilizando nutrientes alternativos, como las fuentes de carbono y nitrógeno derivadas de la microbiota. También aprovechan las señales reguladoras de la microbiota y del huésped para promover su propio crecimiento y virulencia. Esta señalización entre las bacterias se conoce como detección de quórum (QS).
¿Qué es la detección de quórum?
Las bacterias «hablan» entre ellas usando químicos como palabras, un sistema de señales ahora conocido como detección de quórum. Numerosas especies de bacterias hacen señales de pequeñas moléculas, llamadas autoinductores (AI), que liberan en su entorno inmediato para seguir los cambios en el número de células. A medida que la población bacteriana crece, aumentando su densidad, las concentraciones de IA también se acumulan. Cuando los niveles de IA alcanzan el umbral, se desencadenan una serie de acontecimientos en el interior de las bacterias que, en última instancia, dan lugar a un cambio en el comportamiento de la población bacteriana y le permiten actuar como un gran organismo multicelular.
2 importantes comportamientos regidos por la EQ son:
- resistencia a los antibióticos
- expresión de virulencia.
En lugar de que las células bacterianas individuales expresen factores de virulencia, la EQ permite que las poblaciones bacterianas alcancen una población lo suficientemente grande para la expresión de factores de virulencia, como la producción de toxinas extracelulares que dañan la pared intestinal, reducen la productividad y causan enfermedades clínicas. La mayoría de los sistemas de EQ promueven la comunicación entre las bacterias de una misma especie (comunicación intraespecífica), y las bacterias gram-positivas y gram-negativas utilizan diferentes sistemas para hablar entre sí. Sin embargo, muchas bacterias tienen un segundo sistema de EQ que se cree que permite la comunicación entre diferentes géneros bacterianos (comunicación entre especies). Más recientemente, se ha demostrado que la comunicación bacteriana cruza las fronteras del reino al reconocer que algunas bacterias perciben las sustancias químicas de señalización del huésped como las hormonas adrenalina y noradrenalina.
Posible promesa de la EQ
La conexión entre la EQ y la virulencia de las bacterias patógenas generó entusiasmo por un enfoque potencialmente nuevo para luchar contra las infecciones bacterianas, apuntando e interrumpiendo la EQ. Muchas especies bacterianas relevantes para la producción ganadera y la medicina veterinaria, incluyendo las mencionadas anteriormente, utilizan la EQ para regular la producción de factores de virulencia que son esenciales para la infección bacteriana. Evitar que las bacterias produzcan factores de virulencia podría ser una estrategia alternativa importante, conocida como terapia antivirulenta, para combatir las enfermedades bacterianas. El paradigma de la antivirulencia se centra en el desarme de las bacterias mediante la prevención de la producción de factores de virulencia o la neutralización de esos factores. Los científicos han identificado tres rutas por las que se puede interferir con los sistemas QS como parte de una estrategia de antivirulencia: Inhibir la fabricación de moléculas de señal de EQ, inhibir la interacción entre una molécula de señal de EQ y su receptor relacionado y apagar las moléculas de señal de EQ extracelulares a través de la neutralización o degradación.
]La zootécnica Sandra Chamusco estudia el uso de fitogénicos que interfieren con el sistema de comunicación bacteriano como una solución para luchar contra los trastornos intestinales relacionados con las bacterias en los animales de granja en la era post-antibiótica. Más información…
Promoviendo la salud intestinal
La interferencia o el bloqueo de la EQ no mata a las bacterias patógenas sino que inhibe la producción de factor de virulencia, y se ha sugerido que se aplica menos presión de selección que podría dar lugar a una resistencia antimicrobiana que los antibióticos convencionales.
La tecnología que aprovecha la interrupción de la EQ está actualmente disponible para las industrias ganaderas y avícolas de hoy en día. Las recientes investigaciones in vitro realizadas por Amlan International demostraron que su exclusivo mineral activado puede funcionar no sólo como adsorbente para apagar las moléculas de la señal de la EQ, sino también como catalizador que media la degradación de estas moléculas. Esta tecnología mineral sirve como base técnica para los aditivos alimentarios formulados por la compañía que promueven la salud intestinal y el crecimiento de los animales.
En la primera fase del estudio, los investigadores evaluaron la capacidad de 5 diferentes minerales de arcilla para eliminar una molécula de señal de EQ, la lactona N-(3-oxooctanoil)-DL-homoserina, a diferentes concentraciones y temperaturas. Ciertos materiales, debido a sus propiedades de superficie y porosidad, degradaron catalíticamente la molécula QS en fragmentos más pequeños. Dependiendo de su concentración, algunos de los materiales funcionaron como adsorbentes y otros como catalizadores que causan y aceleran la descomposición de las moléculas de señal de la EQ.
En la segunda fase del estudio se utilizaron 2 métodos para vigilar la luminiscencia y la densidad de población de las bacterias, en los que se observó el enfriamiento de la actividad de la EQ bacteriana mediante la reducción de la luminiscencia. Los resultados encontraron que los minerales específicamente procesados o activados pueden ser usados como catalizadores para interrumpir la actividad bacteriana en varios medios. En el método uno, una montmorillonita de calcio activada (Calibrin®-Z, Amlan International) redujo la luminiscencia bacteriana en un 55% a una concentración de 10 mg/mL sin afectar el número de bacterias. En el método dos, la montmorillonita de calcio activada causó un retraso en la luminiscencia al interferir selectivamente con la EQ.
El futuro ya está aquí
En un momento en que los productores buscan alternativas a los antibióticos para ayudar a mantener la salud de sus rebaños y bandadas, los aditivos alimentarios que funcionan interrumpiendo la EQ son una herramienta valiosa para promover la salud y la nutrición de los animales. Aunque se necesita más investigación para comprender mejor la salud intestinal de las diferentes especies, la interrupción de la EQ es una estrategia antivirulenta que promete reducir al mínimo los efectos de las enfermedades bacterianas entéricas, preservar la integridad intestinal y promover el rendimiento del ganado en sistemas de producción sin antibióticos.
Las referencias están disponibles bajo petición.
