Levaduras y sus componentes frente a hongos micotoxigénicos en la producción avícola

LEVADURAS Y SUS COMPONENTES COMO ADITIVOS ALIMENTARIOS

FRENTE A HONGOS

MICOTOXIGÉNICOS EN LA PRODUCCIÓN AVÍCOLA

y

Laboratorio de Micología Aplicada, Departamento de Estudios en Microbiología, Universidad de Mysore, Mysuru-570006, Karnataka, India.

*Autor correspondiente

E-mail: sreenivasamy@gmail.com; mys@microbiology.uni-mysore.ac.in

B. Shruthi

Sreenivasa M Y*

La industria avícola es un sector en rápido crecimiento en todo el mundo, especialmente en la India, con una tasa de crecimiento anual aproximada del 8% (Chatterjee y Rajkumar, 2015).

Los piensos avícolas representan un gasto clave en la producción avícola, ya que suponen hasta el 70% del coste total.

Aproximadamente el 95% se dedica a cubrir las necesidades de energía y proteínas, alrededor del 3-4% cubre las necesidades de nutrientes importantes, micronutrientes y vitaminas, y el 1-2% se compone de diversos aditivos para piensos.

Los piensos avícolas se formulan a partir de una mezcla de componentes, como granos de cereales, vitaminas, subproductos de cereales, subproductos animales, grasas, suplementos nutritivos, aminoácidos, fuentes de proteínas vegetales y aditivos para piensos (Ravindran, 2013).

La Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO) calcula que más del 25% de los alimentos fabricados en todo el mundo están contaminados con hongos y sus micotoxinas en cierto grado (Sreenivasa et al., 2008; 2011 y Deepa et al., 2016).

25%

Los granos de cereales son las principales fuentes de energía para el sustento de las aves de corral en los trópicos.

Se han realizado investigaciones actuales para evaluar la frecuencia de la contaminación por micotoxinas y, a nivel mundial, el 30% de los alimentos y piensos están cocontaminados (Magnoli et al., 2019).

Las micotoxinas son toxinas producidas de forma natural por algunas especies de hongos, como Aspergillus, Fusarium, Penicillium, Claviceps y Alternaria. Hasta la fecha, se han identificado aproximadamente 10.000 hongos y se han descrito más de 500 micotoxinas potencialmente nocivas.

Las micotoxinas más prominentes que influyen en los antropomorfos incluyen aflatoxinas (AF), fumonisinas (FUM), ocratoxinas (OT), patulina (PAT), tricotecenos (TCT), citrinina (CT), zearalenona (ZEN) y alcaloides (AE) (Haque et al., 2020; Deepa et al., 2021; Adithi et al., 2022).

Estas toxinas han recibido una gran atención debido a su potencial efecto perjudicial sobre los seres vivos. Se sabe que los alimentos, los piensos y los granos de cereales se contaminan con muchos hongos diferentes y sus toxinas (Figura 1) (Sreenivasa et al., 2008; Deepa y Sreenivasa, 2018; Nagaraja et al., 2016).

Figure 1. Diversos hongos micotoxigénicos que contaminan los piensos avícolas. A. Pienso sin contaminación. B y C. Crecimiento de numerosos hongos en piensos avícolas cuando se les suministra humedad y se incuban en la oscuridad.

La creciente concienciación por la conservación, la protección y la seguridad alimentaria ha dado lugar al uso de enfoques ecológicos y biológicos para la erradicación de micotoxinas en la producción de piensos y alimentos (Luo t al., 2020).

Recientemente, los enfoques biológicos han demostrado tener un gran potencial, con una eficacia máxima sin ningún impacto en la calidad del producto.

El uso de levaduras en la producción avícola

Las levaduras son microorganismos eucariotas unicelulares de 3-4 µm de diámetro (Walker et al., 2002). Entre las muchas levaduras, Saccharomyces cerevisiae se ha utilizado sobre todo como producto probiótico o prebiótico en dietas avícolas (Hooge et al., 2004).

Numerosos microorganismos, como bacterias y levaduras, han demostrado su utilidad en la descontaminación de piensos contaminados micológicamente.

Varios productos de levadura e ingredientes de piensos sustituidos por levadura se producen industrialmente, se fomentan y se utilizan en todo el mundo en piensos para animales y aves de corral.

Se han llevado a cabo numerosas investigaciones sobre las probabilidades de crecimiento de los animales y los beneficios para la salud derivados de la adición de levaduras, productos con levadura y componentes a base de levadura en los piensos.

Las levaduras secas vivas se utilizan con mayor frecuencia, solas o en combinación con microbios útiles en forma de productos probióticos.

Los aislados de levadura nutricional se utilizan como aditivos debido a su contenido comparativamente alto en proteínas, aminoácidos, macro y micronutrientes en comparación con los piensos comunes y las harinas de semillas oleaginosas.

Entre los productos a base de levadura destacan los compuestos nutracéuticos presentes en las células y paredes celulares de la levadura, como los ß-glucanos, los mananooligosacáridos y los nucleótidos, que suelen promover el crecimiento y la salud de los animales. (Shruthi et al., 2022; Shurson, 2018).

Levaduras y sus componentes como aditivos captadores de micotoxinas

Las toxinas producidas por hongos son un problema intrínseco en la producción de piensos y la alimentación animal

La suplementación de piensos contaminados con absorbentes de micotoxinas se ha considerado la estrategia nutricional más eficaz para disminuir el impacto negativo de las micotoxinas.

Las levaduras y sus derivados de la pared celular también parecen tener cierta capacidad para fijar micotoxinas como toxina T-2, aflatoxinas, ocratoxina

A y zearalenona, contribuyendo a mitigar sus efectos negativos sobre la salud y el rendimiento de los animales (Shetty y Jespersen, 2006).

Algunas investigaciones muestran que la mitigación de las micotoxinas mediante esta estrategia se consigue mediante la adhesión de las micotoxinas a los componentes de la pared celular de la levadura (mananos y ß-glucanos), y no mediante la unión covalente o el metabolismo, ya que las células muertas no pierden sus potenciales de unión (Baptista et al., 2004; Celyk et al., 2003).

Algunos ejemplos de la eficacia de los productos a base de levadura se presentan a continuación:

Se desarrolló un método para evaluar la eficacia de los componentes de la levadura para la mitigación de tres micotoxinas: zearalenona (ZEN), ocratoxina A (OTA) y aflatoxina B1 (AFB1).

La pared celular de levadura de panadería, fue capaz de adsorber el 68% de ZEN, el 62% de OTA y el 29% de AFB1 (Joannis-Cassan et al., 2011).

En otro estudio se evaluó la capacidad de los extractos de pared celular de levadura (LEV) para adsorber la ocratoxina (OTA). Se expuso a las aves a cinco terapias dietéticas (sin OTA, con OTA y con OTA suplementada con LEV en tres dosis diferentes).

Se evaluó la deposición de OTA en el hígado y los datos revelaron una reducción del 30% de las concentraciones de ocratoxina en los hígados de pollos de engorde expuestos a OTA y suplementados con LEV (Vartiainen et al., 2020).

La incubación de la pared celular de levadura con micotoxinas disueltas en una solución tampón provocó una adsorción máxima imprevista cuando el examen se basó únicamente en las micotoxinas residuales en el sobrenadante.

La adsorción de ZEN fue efectiva a pH 5 (75%), en contraste con pH 3 (60%) y pH 7. La OTA se adsorbió sustancialmente a pH 3 (50%) (Faucet-Marquis et al., 2014).

En un estudio realizado para evaluar la capacidad de levadura de panadería inactivada por calor (HKBY), pared celular (13)-ß-D-glucano de levadura de panadería (BGBY) y pared celular de la levadura de panadería (CWBY) para unirse a AFB1 en solución salina tamponada con fosfato (PBS) enriquecida con 0,5 µg/mL de AFB1

La unión de AFB1 a BGBY, CWBY y HKBY osciló entre 6,30 y 46,34%. El máximo potencial de unión se observó con BGBY con un tiempo de interacción de 24 h. Entre estos adsorbentes, CWBY tuvo la máxima estabilidad del complejo adsorbenteAFB1 después del lavado con PBS. Un resultado de esta investigación fue que BGBY fue el adsorbente más eficaz, ya que la exposición máxima a BGBY eliminó más AFB1 (Aazami et al., 2018).

Se evaluó la eficiencia de Pichia kudriavzevii como un nuevo bioadsorbente de levadura para la adsorción de AFB1, revelando que la suplementación de P. kudriavzevii (0,1%) en piensos para pollos de engorde que contienen AFB1 es eficaz (Magnoli et al., 2017).

Además, un estudio investigó los biopolímeros de ß-D-glucano como adsorbentes de micotoxinas para DON y FUM, así como su efecto sobre el valor nutricional de la soja, considerada una de las principales materias primas para la fabricación de piensos.

La eficacia de los biopolímeros de ß-D-glucano sobre la absorción de FUM y DON fue superior a la de la arcilla y el propionato cálcico.

Se ha descubierto que el manano de cultivo (CM) mejora el rendimiento de las aves. Cuando las aves fueron expuestas a E. coli, la suplementación de manano en el pienso fue capaz de mantener un crecimiento similar al de las aves alimentadas con oligosacáridos de manano comerciales o antibióticos.

La suplementación de oligosacáridos de manano protegió a las aves de los excrementos húmedos frente a la contaminación por E. coli y aflatoxinas (Sundu et al., 2012).

In vivo, el tratamiento de semillas de soja con biopolímeros de ß-D-glucano resultó en la reducción del nivel de FUM y DON en semillas inoculadas artificialmente con F. verticillioides. Además, un bajo efecto sobre los componentes nutricionales de las semillas tratadas con ß-D-glucano en comparación con las no tratadas (El-Naggar y Thabit, 2014).

La evaluación in vitro de la capacidad de adsorción de micotoxinas de las células vivas e inactivadas por calor de Kluyveromyces marxianus QKM-4 mostró una disminución de las concentraciones de OTA y DON (58% y 49%, respectivamente) en tampones contaminados artificialmente.

Levaduras como agentes antifúngicos

Se han evaluado muchas cepas de levaduras aisladas de diversas fuentes para controlar el crecimiento de hongos (Figura 2).

Patógeno control

Patógeno tratado con levadura

MYSY1

En las propiedades de las levaduras intervienen diversos mecanismos, como:

Secreción de enzimas

Competencia por nutrientes y espacio

Producción de toxinas

Liberación de compuestos orgánicos (COV)

Inducción de resistencia en las plantas (Delali et al., 2021)

Los COV producidos por las levaduras se han utilizado para controlar distintos hongos asociados a los piensos (Figura 3).

Figura 2. Actividad antifúngica de la levadura MYSY1 frente a especies de Aspergillus productoras de micotoxinas.

A. niger

A. flavus A. fumigatus

Figura 3. Reducción del crecimiento de A. niger por la actividad antagonista de COVs producidos por la levadura MYSY1. A y B. Placas patógenas de control. C y D. Placas de patógenos tratadas con el aislado de levadura.

A continuación, se presentan algunos ejemplos de estudios sobre COV:

Para evaluar la producción de COV por Pichia y sus consecuencias sobre Monascus purpureus, se siguió un método de sistema de doble plato.

La reducción del crecimiento de M. purpureus fue del 39,22% al cabo de 7 días. En cuanto a los compuestos volátiles antifúngicos, se identificó que el 2-feniletanol tenía un efecto fungicida sobre M. purpureus por contacto y sin contacto (Zhang et al., 2021).

Se evaluaron las características antagonistas de las levaduras Wickerhamomyces anomalus, Metschnikowia pulcherrima, Aureobasidium pullulans y Saccharomyces cerevisiae para soportar y producir COV antifúngicos, tanto en condiciones in vivo como in vitro, cuando se inmovilizaron en esferas de hidrogel comerciales.

En otro estudio, se observó una reducción del 76,0% y del 65,8% en el crecimiento de M. fructicola cuando se expuso a Pichia membranaefaciens y Kluyveromyces apiculata, respectivamente.

Los COV producidos por P. membranaefaciens y K. apiculata tuvieron un efecto represivo sustancial sobre M. fructicola in vitro e in vivo (Zhang et al., 2017).

Los COV de los aislados de levadura Wickerhamomyces anomalus, Metschnikowia pulcherrima y Saccharomyces cerevisiae redujeron el crecimiento de Aspergillus carbonarius, Monilinia fructicola, Penicillium digitatum Alternaria alternata, Botrytis cinerea, Cladosporium spp. y Colletotrichum spp. (Oro et al., 2017).

Los COV producidos in vitro por las levaduras examinadas reprimieron el crecimiento micelial de Botrytis cinerea, Penicillium digitatum y P. italicum y la germinación de conidios, con la máxima actividad hostil revelada para las cepas W. anomalus y A. pullulans (Prafati et al., 2016).

Tres levaduras, Pichia kudriavzevii, Pichia occidentalis y Meyerozyma guilliermondii/Meyerozyma caribbica, fueron evaluadas frente a patógenos vegetales comunes Mucor spp., Penicillium chrysogenum, Penicillium expansum, Aspergillus flavus, Fusarium cereals, Fusarium poae y Botrytis cinerea.

El éster de acetato, los ésteres etílicos de ácidos grasos de cadena media y el alcohol feniletílico se encontraban entre los COV producidos por las levaduras en presencia de los patógenos vegetales (Choinska et al., 2020).

Efecto de las levaduras y sus derivados en las aves de corral

Propiedades prebióticas y probióticas

Un prebiótico es un nutriente no digestible que afecta beneficiosamente al hospedador estimulando selectivamente el crecimiento y/o la actividad de una o un número limitado de bacterias en el intestino y, por tanto, potenciando su salud (Roto et al., 2015).

El uso de antimicrobianos como promotores del crecimiento (APC) en el comercio de ganado se ha restringido en varias naciones, por lo que ha aumentado el interés por encontrar sustitutos como los prebióticos y otros suplementos.

En un estudio realizado para evaluar las estrategias nutricionales utilizando prebióticos a base de levadura de melaza de la pared celular de levadura Saccharomyces cerevisiae y levadura autolizada en sustitución de APC sobre el rendimiento de los pollos de engorde, y el contenido de fósforo y nitrógeno en la yacija después de 41 días se concluyó que los prebióticos a base de levadura son capaces de sustituir los APC sin afectar al rendimiento del crecimiento. Además, esta suplementación dio lugar a un mayor rendimiento de pechuga (Forniezer et al., 2017).

Un método importante para afrontar estos retos es utilizar probióticos como alternativa a los quimioterápicos y los fármacos, actuando individualmente o en combinación con microbios beneficiosos que influyen de numerosas maneras en el hospedador y su rendimiento:

Represión de hongos patógenos mediante la producción de metabolitos antagonistas, la competencia por los sitios de adhesión, la competencia por los nutrientes y la modificación de la actividad enzimática de las bacterias patógenas.

Inmunoestimulación y mejora de la resistencia natural a las enfermedades transmisibles en el tracto alimentario y prevención del cáncer.

Asistencia nutricional, como la mejora de la digestibilidad de alimentos y piensos mediante la producción de exoenzimas como fitasa, amilasa, lactasa, etc., aumentando así la tasa de crecimiento.

Aumento de la producción y la calidad de la leche y de la carne, y mejora de la producción de huevos.

(Vohra et al., 2016)

En los últimos 20 años ha aumentado la preocupación por la seguridad, la calidad y la excelencia de los productos animales, así como por las cuestiones ecológicas. En consecuencia, la intención de los aditivos para piensos es avanzar en la eficacia digestiva y de fabricación reduciendo la aparición de patógenos y disminuyendo el efecto del ganado en el medioambiente.

Para lograr estos objetivos, un probiótico debe:

Superar los obstáculos en el intestino (hábitat ácido y alto contenido biliar del tubo digestivo).

Ser capaz de adherirse y colonizar el tubo digestivo.

Multiplicarse al máximo y tener una supervivencia prolongada.

(Merchan et al., 2020)

En la Tabla 1 se enumeran algunas de las levaduras probióticas aisladas de alimentos y productos fermentados (Figura 4)

Sl.no Aislado de levadura Fuente Referencia

1 Kluyveromyceslactis Lácteos Kumura et al., 2004

2 Kluyveromycesmarxianus Granos de kéfir Diosma et al., 2014

3 Saccharomycescerevisiae Granos de kéfir Diosma et al., 2014 Kluyveromyceslactis Granos de kéfir Gut et al., 2019

4 Saccharomycesunisporus Granos de kéfir Gut et al., 2019

5 Pichia kudriavzevii Chile guajillo fermentado Lara-Hidalgoetal.,2019

6 Saccharomycescerevisiae Matrices alimentarias Pennacchia et al., 2007

7 Kluyveromyceslactis Queso Zivkovicet al., 2015

8 Saccharomycescerevisiae Lácteos Zolfagharietal.,2020

9 Debaryomyceshansenii Pez cobia Reinoso et al., 2023

Tabla 1. Algunos de los probióticos de levadura de los que se tiene constancia a partir de diferentes fuentes.

Figura 4. Levaduras aisladas de varios alimentos/productos fermentados tradicionales como la pasta de mijo, la pasta de gramo verde, Neera, Toddy, Ragi ambli, vinos caseros, etc., y sus imágenes microscópicas.

Alternativas a los antibióticos

La necesidad de satisfacer la creciente demanda de los consumidores exige el uso de antibióticos preventivos para alcanzar la máxima producción.

Los antibióticos mejoran la seguridad alimentaria y el bienestar animal al combatir o erradicar patógenos. Sin embargo, debido a la preocupación por la resistencia a los antibióticos, es obligatorio limitar su uso en la producción de alimentos y animales. De ahí la necesidad de encontrar posibles alternativas a los antibióticos (Fathima et al., 2023).

El efecto de los productos derivados de la pared celular de la levadura, como los mananooligosacáridos (MOS), se ha evaluado en numerosos estudios in vivo para determinar sus efectos prebióticos en el rendimiento animal en presencia de infecciones víricas o bacterianas.

Las manoproteínas y sus regiones de carbohidratos ramificados son responsables del reconocimiento patógeno-hospedador y de la relación con el medio ambiente, y determinan la especificidad inmunológica de la levadura (Santovito, et al., 2018).

La búsqueda de fuentes alternativas de ingredientes locales para producir piensos de buena calidad en una investigación en curso en todo el mundo.

Varios estudios han demostrado los resultados de las células vivas de levadura y de los productos derivados de pared celular de levaduras (LEV) en la reducción de la incidencia de enfermedades infecciosas en animales de granja y en la mejora de su respuesta inmunitaria innata, lo que justifica su uso como método de sustitución activa.

En la actualidad, el interés de los investigadores y productores avícolas por identificar alternativas a los antibióticos adecuadas ha aumentado con la prohibición del uso de antibióticos en los piensos para pollos de engorde en algunas regiones del mundo y la creciente demanda de los consumidores de productos avícolas sin antibióticos.

Una de las alternativas propuestas son los productos derivados de las levaduras (Ahiwe et al., 2021).

Se ha confirmado que la suplementación dietética con LEV estimula la inmunidad innata sistémica de los pollos de engorde (Sadeghi et al., 2013), lo que sugiere el papel de la LEV en la regulación de la homeostasis inmunitaria (Alizadeh et al., 2016).

El efecto represivo de los productos de LEV contra la adhesión bacteriana infecciosa a la superficie mucosa del intestino se debe aparentemente a la capacidad de ciertas bacterias con fimbrias de unión a la manosa, como E. coli, Salmonella typhimurium y Salmonella typhi, de unirse a las manoproteínas dentro de las LEV (Tiago et al., 2012).

Propiedades inmunomoduladoras

Varios estudios han informado de que la respuesta inmunitaria de las aves de corral puede estimularse mediante la suplementación de derivados de levaduras.

Se evaluaron los efectos de la levadura entera Saccharomyces cerevisiae (HY), hidrolizada enzimáticamente, y de los pellets de pared celular de levadura (LEV) sobre los rasgos productivos.

También se examinaron las respuestas inmunitarias humorales frente al virus de la enfermedad de Newcastle, la histomorfología del intestino delgado y la microbiología de los pollos de engorde Ross 308, y los resultados mostraron que la LEV y la HY mejoraban el crecimiento y la eficacia alimentaria de los pollos de engorde. En vista de la mejora de los rasgos de producción y de las respuestas inmunitarias humorales, la LEV podría ser mejor que la HY como potenciador del rendimiento de los pollos de engorde (Muthuswamy et al., 2011).

Se realizó un estudio para evaluar el efecto del cultivo de levaduras (YC) como suplemento en dietas para pollos de engorde sobre el rendimiento, la digestibilidad, el desarrollo de la mucosa y las características inmunomoduladoras.

La levadura amplificó los niveles de anticuerpos contra el virus de la enfermedad de Newcastle, la actividad de la lisozima sérica y los niveles de IgM e IgA en el duodeno. Los resultados de esta investigación especifican que la YC como suplemento dietético a 2,5 g/kg mejoró el rendimiento del crecimiento (Gao et al., 2008)

Otro estudio evaluó las consecuencias de los componentes derivados de la levadura sobre los niveles séricos de anticuerpos, la expresión génica del ARNm de los receptores de reconocimiento de patrones, el rendimiento del crecimiento y las citocinas en los pollos de engorde.

En cuanto a la inmunidad humoral, el suplemento dietético de la LEV mejoró los niveles séricos de IgA en comparación con el grupo tratado con antibióticos. Además, el suplemento dietético de LEV mejoró la expresión de todas las citocinas y la expresión de IFN-γ aumentó en el grupo DDGS (suplementado con un 8% de granos secos de destilería con solubles) (Alizadeh et al., 2016

Propiedades antioxidantes

Las levaduras activas se utilizan ampliamente para mejorar la producción avícola y reducir los costes de alimentación.

Saccharomyces cerevesiae (SC) redujo significativamente la capacidad antioxidante total (TAC), la alanina aminotransferasa (ALT), el malondialdehído (MAD) y la aspartato aminotransferasa (AST) en comparación con el conjunto estándar, así como la mejora de la hemoglobina (Hgb), los glóbulos rojos (RBC), el volumen celular empaquetado (PCV), el índice fagocítico (PI), los heterófilos, los monocitos, los linfocitos y la inmunidad contra la gripe aviar y el virus de la enfermedad de Newcastle.

La suplementación con dietas normales o de baja densidad de SC (0,02% o 0,04%) mejoró las características antioxidantes, la inmunidad y el índice de producción de pollos de engorde sometidos a condiciones de estrés y agentes contagiosos (Attia et al., 2022

Otro estudio reveló que los subproductos del β-D-glucano provocaban la mejora del factor de necrosis tumoral α (TNF-α) liberado por los macrófagos murinos y un efecto sinérgico con la ciclofosfamida en el tratamiento del carcinoma pulmonar de Lewis y dos tipos de linfosarcoma en modelos murinos.

Los resultados muestran importantes actividades antioxidantes antigenotóxicas defensivas y antimutagénicas de los polisacáridos de levadura y sugieren su probable aplicación en la preclusión/ terapia antitumoral (Kogan et al., 2008).

Perspectivas de futuro

Hasta ahora, las evaluaciones de la aplicación máxima de adsorción de micotoxinas realizadas en la industria de la nutrición se han centrado principalmente en la aplicación de cepas probióticas naturales de Saccharomyces cerevisiae y BAL.

Cabe destacar que las estrategias de desarrollo de cepas adsorbentes de micotoxinas de alta eficacia y no contaminantes tienen amplias perspectivas de investigación.

La tecnología de manipulación genética es una de las posibilidades más prometedoras para mejorar la eficiencia de adsorción de micotoxinas después de la selección de cepas de adsorción eficaces, pero requiere la comprensión de los mecanismos moleculares a través de los cuales las levaduras actúan contra las micotoxinas (Walter et al., 2015).

Además de las técnicas de manipulación genética, los métodos de hibridación se consideran una estrategia potencialmente útil para mejorar numerosas características fisiológicas, ya que permite que las cepas revelen otras características fisiológicas que difieren de sus especies parentales (Luo et al., 2020).

Conclusiones

En la actualidad, las levaduras y sus componentes están despertando un enorme interés debido a su potencial como aditivos para piensos

Numerosas investigaciones y evaluaciones han demostrado que las levaduras y sus derivados pueden tener efectos beneficiosos sobre el crecimiento y el bienestar de los animales.

Las levaduras tienen características prometedoras como aditivo para piensos, erigiéndose como posible sustituto de los promotores de crecimiento antimicrobianos, los aglutinantes artificiales o químicos de micotoxinas, los conservantes químicos, etc. También sirven como prebióticos y probióticos que tienen efectos beneficiosos significativos en las aves de corral.

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