Lecciones del fútbol aplicadas a la microbiologia

Lecciones del fútbol aplicadas a la microbiologia

Por Benedict Standen, Gerente de Producto , BIOMIN GmbH

Teniendo en cuenta el uso de los mejores jugadores en el fútbol, el multigénero en lugar de un solo género podría ser más efectivo en las formulaciones de probióticos.

A medida que la fiebre del fútbol se extendió por todo el mundo, casi la mitad de la población mundial miró la Copa Mundial en 2018. La competición alcanzó un récord, con el mayor número de penaltis. Los penaltis pueden representar un momento de mucha ansiedad, especialmente cuando su país natal está involucrado. Muchos factores pueden influir en el resultado de un penalti. Sin embargo, lo más importante es que debe usar a sus mejores delanteros para marcar, y su mejor arquero para defender. Es extremadamente improbable que un goleador de clase mundial también pueda ser un arquero de clase mundial. Esto es obvio, ya que cada jugador tiene fortalezas y debilidades y posee un conjunto diferente de habilidades, lo que les permite realizar una tarea con éxito.

Lo mismo es cierto para las bacterias beneficiosas, o probióticos. Las diferentes especies tienen diferentes características, que afectan su eficacia y, en última instancia, su funcionalidad probiótica. Teniendo esto en cuenta, ¿por qué la mayoría de las formulaciones de probióticos comerciales se centran en un solo género, el Bacillus sp.?

Hay algunas razones para esto. En primer lugar, los Bacillus spp más comunes, en general, no son demasiado difíciles de cultivar a un costo moderado. En segundo lugar, pueden formar esporas bacterianas, que permiten una vida útil más larga y tienen una mayor estabilidad térmica (pero no ilimitada). En tercer lugar, tienen un extenso registro de seguridad con solo un par de especies conocidas como patógenas o tóxicas para los animales (Bacillus anthracis y Bacillus cereus). Este registro de seguridad hace que sea relativamente fácil registrar productos de Bacillus spp. , ya que aparecen en muchas listas autorizadas: por ejemplo, GRAS – Generalmente reconocido como seguro en EE. UU.; QPS – Presunción calificada de seguridad en la UE. Sin embargo, estos beneficios son más útiles para los productores de probióticos.

Si bien existe evidencia científica que respalda el uso de probióticos a base de Bacillus en la acuicultura, es poco probable que un solo género de bacterias pueda hacer todo. El intestino es un ecosistema extremadamente complejo y, por lo tanto, se necesitan impulsores microbianos específicos, en la concentración correcta, para tareas específicas dentro del intestino. En consecuencia, el probiótico debe elegirse en función de los beneficios que uno quiere lograr, es decir, rendimiento de crecimiento, inmunidad, resistencia a enfermedades, supervivencia, etc.

Colonización probiótica

Es controvertido si la colonización probiótica “verdadera” es posible. Varios estudios han informado que una vez que se detiene la alimentación del probiótico, el probiótico puede persistir en el intestino durante un cierto período de tiempo, lo que demuestra una colonización temporal. En las especies acuáticas, la literatura actual sugiere que este período puede ser de <3 días a> 3 semanas y depende de las especies probióticas, especies huespedes, factores ambientales, dosis y duración de la suplementación con probióticos. La microbiota intestinal se puede dividir en dos grupos distintos, los transitorios (alóctonos) y los asociados con la mucosa estática (autóctonas). Aquí, las tasas de rotación celular deben tenerse en cuenta. Una vez que se produce la colonización, ya no se produce una “liberación”, y los colonos son desplazados con las tasas habituales de recambio de células del epitelio intestinal. Los mejores colonos probióticos son las bacterias autóctonas. Al adherirse a los epitelios intestinales, compiten con los patógenos por los sitios de adhesión, evitando su adhesión y la posterior translocación, lo que lleva a una respuesta inmune / etapa subaguda de pérdida de energía, o incluso a una infección aguda. Además, a través de un complejo sistema de receptores moleculares, también pueden interactuar con el sistema inmunitario del huésped, mejorando la inmunidad y aumentando la resistencia a las enfermedades.

Las diferentes especies de probióticos poseen diferentes propiedades de adhesión, y esto puede afectar su capacidad para colonizar el intestino y ejercer sus beneficios. Como superficies mucosas importantes, se seleccionaron dos líneas de células epiteliales acuáticas de la trucha arco iris, Oncorhynchus mykiss, para evaluar la adhesión de los probióticos; los científicos del Centro de Investigación de BIOMIN (BRC), Austria, aislaron las líneas celulares comerciales (RTgill-W1, ATCC, Virginia, EE. UU.) y las líneas celulares intestinales (Figura 1). Las especies probióticas (Lactobacillus sp., Pediococcus sp., Enterococcus sp. Y Bacillus sp.) se seleccionaron en función de sus beneficios bien documentados en animales acuáticos. Además, su combinación constituye los probióticos disponibles comercialmente, AquaStar® Growout y AquaStar® Hatchery (Biomin, Austria).

Figura 1: Diagrama esquemático de dónde se aislaron las células intestinales del sistema digestivo de la trucha arco iris, Oncorynchus mykiss. El intestino se dividió por región, se abrió longitudinalmente y las células epiteliales se aislaron para un cultivo in vitro adicional. Fuente: Langan et al. 2018

En general, las bacterias del ácido láctico (LAB; por ejemplo, Lactobacillus spp., Pediococcus spp. Y Enterococcus spp.) pueden ser las bacterias colonizadoras en el intestino. Como éste es un criterio crucial para un probiótico eficaz, todas las cepas de LAB seleccionadas para AquaStar® pueden adherirse a las células epiteliales branquiales e intestinales, con una adhesión más fuerte observada en las líneas celulares intestinales (Figura 2). El Lactobacillus sp. de AquaStar® fue extremadamente bueno para unirse a las células epiteliales, con un promedio de> 100 y> 300 células probióticas que se unieron a una célula epitelial de las branquias e intestino, respectivamente. Pediococcus sp. de AquaStar® exhibió las segundas propiedades de adhesión más fuertes, con> 30 células probióticas unidas a un único enterocito (célula epitelial intestinal). Enterococcus sp. También mostró habilidades de adhesión, aunque a un nivel más bajo que Lactobacillus y Pediococcus.

Además, hubo la incapacidad completa de Bacillus sp. para unirse a cualquiera de los tipos de células epiteliales (<1 células de Bacillus por célula epitelial). En el ambiente intestinal, esto sugiere que su función principal está en la luz del intestino. La hipótesis es que, debido a su naturaleza proteolítica (que se analiza a continuación), en realidad sería negativo y potencialmente dañino para el animal si un probiótico Bacillus se uniera a las células epiteliales. Estos datos sugieren que, para una mejor colonización del intestino, un probiótico en el alimento debe favorecer LAB, en lugar de Bacillus spp.

Figura 2: Propiedades de adhesión de bacterias probióticas seleccionadas a las linajes celulares epiteliales de branquia (a) e intestino (b). Los datos indican el número de células probióticas unidas a una sola célula epitelial. Fuente: BIOMIN

Producción de enzimas por Bacillus spp.

Aunque se informan numerosos beneficios, Bacillus spp. son bien conocidos por su capacidad para producir enzimas. En el intestino, estas enzimas pueden mejorar la digestibilidad de los alimentos, contribuyendo a una mejor conversión de la alimentación y al rendimiento del crecimiento, mientras que en el medio ambiente pueden ayudar a descomponer la materia orgánica en el agua y los sedimentos. Usando técnicas in vitro, nuestros científicos documentaron la capacidad de numerosos candidatos probióticos de Bacillus para producir enzimas proteolíticas, amilolíticas y celulíticas. Desde la variación se desprende claramente que la capacidad de producir enzimas no es universal dentro del género Bacillus (Figura 3) y, por lo tanto, se debe tener precaución al elegir un probiótico comercial. Lo más interesante es la variabilidad dentro de una sola especie. Por ejemplo, al observar la producción de proteasas, la zona de inhibición de B. subtilis # 1 fue aproximadamente la mitad que la de B. subtilis # 5, lo que indica una producción de proteasa considerablemente menor.

Del mismo modo, la producción de amilasa difirió entre Bacillus spp. Probado. Ciertos candidatos a Bacillus no pudieron producir amilasa en absoluto (por ejemplo, B. licheniformis # 1), mientras que otros (por ejemplo, B. subtilis # 5) podrían producir más. Si bien los carbohidratos no se utilizan por completo en los animales acuáticos, los almidones ayudan con la fijación y expansión de los gránulos y en la expansión de los alimentos acuáticos extruidos, lo que afecta la densidad de los gránulos. Por ejemplo, los alimentos que se hunden tendrán típicamente 6-8% de almidón, mientras que los alimentos flotantes tendrán más, a> 20%.

Figura 3: Habilidad de Bacillus spp. producir enzimas proteolíticas, amilolíticas y celulíticas extracelulares. Las barras más altas indican una mayor producción, o actividad, de la enzima respectiva. La casilla roja indica la cepa de Bacillus subtilis en los productos AquaStar®. Fuente: BIOMIN

Conclusión

La microbiota intestinal es infinitamente compleja, con diferentes grupos de bacterias que tienen diferentes funciones y aportan diferentes beneficios al huésped. Por lo tanto, es extremadamente improbable que una sola especie probiótica, o incluso un género, pueda ofrecer una solución de bala de plata a los diversos desafíos de la acuicultura. Los productores y los productores de balanceado pueden abordar estas complejidades al elegir fórmulas que utilizan un concepto de múltiples géneros y beneficios múltiples, como AquaStar®. Bacillus sp. puede producir altos volúmenes/actividad de enzimas que contribuyen a la digestibilidad y la conversión alimentaria, mientras que AquaStar® que contiene LAB puede colonizar el intestino, reduciendo la carga de patógenos, mejorando la inmunidad y aumentando la resistencia a las enfermedades. Claramente, hay un lugar para los probióticos simples de Bacillus, pero para usar otra analogía de fútbol, quizás es hora de que sean sustituidos, en reemplazo de productos probióticos alternativos y quizás más prometedores, sistemáticos.