Jog Raj1*, Simon Jackson2 y Marko Vasiljević1
1PATENT CO DOO., Vlade Ćetkovića 1A, 24 211, Mišićevo, Serbia
2Molendotech Ltd., Brixham Laboratory, Freshwater Quarry, Brixham, Devon, UK
*Autor correspondiente: [email protected]
Los ingredientes de los piensos y los alimentos para animales pueden estar contaminados con diversos residuos de origen químico y biológico, como dioxinas, metales pesados, microbios, endotoxinas y micotoxinas. Entre estos contaminantes, se conoce poco sobre las endotoxinas. En este artículo se abordan los siguientes aspectos sobre las endotoxinas: 1. Estructura de las endotoxinas y sus efectos en los animales 2. Prevención de la absorción de endotoxinas 3. Adsorción de endotoxinas a través de Minazel, Minazel Plus y MycoRaid
Estructura de las endotoxinas y sus efectos en los animales Las endotoxinas son lipopolisacáridos (LPS) que se encuentran en la membrana externa de las bacterias Gram negativas. Son componentes estructurales de la pared celular bacteriana y constituyen parte de los componentes de la membrana externa de estas bacterias.
⇰ Las endotoxinas no son intrínsecamente tóxicas per se, como las exotoxinas. Sin embargo, inducen fuertes respuestas inflamatorias que pueden dañar al hospedador e incluso pueden ser letales. ⇰ Las endotoxinas se liberan al medio ambiente cuando las bacterias se multiplican o cuando sus membranas celulares se rompen por lisis bacteriana.
Los LPS están compuestos químicamente por una cadena externa de polisacáridos O (antígeno O), una cadena interna de polisacáridos R y un lípido A (Figura 1). Figura 1. Estructura esquemática del LPS de E. coli (Adaptado de Abate et al., Journal of Medical Microbiology, 2017).
El antígeno O varía entre las distintas cepas bacterianas y es la base de la tipificación serológica de las bacterias Gram negativas, como E. coli. El lípido A es la parte más bioactiva de la molécula y es una estructura más conservada. Sin embargo, puede haber diferencias estructurales entre cepas y especies bacterianas, alterando la forma en que las células del huésped responden a ellas.
Las alteraciones del lípido A pueden permitir a las bacterias patógenas evadir la respuesta inmunitaria del huésped.
Endotoxinas vs. Exotoxinas Tanto las endotoxinas como las exotoxinas son potencialmente peligrosas para los cultivos celulares, los animales y los seres humanos, aunque provocan sus efectos a través de mecanismos diferentes.
EXOTOXINAS Las exotoxinas son potentes sustancias tóxicas, generalmente proteínas, secretadas por las bacterias y liberadas fuera de la célula. ⇰ Tienen efectos tóxicos directos sobre las células del hospedador, incluyendo la lisis celular y la alteración del metabolismo celular. ENDOTOXINAS Las endotoxinas son componentes glicolipídicos de la pared celular de las bacterias y no son secretadas, sino que se desprenden durante el crecimiento o la lisis bacteriana. ⇰ No son directamente tóxicas para las células, pero pueden inducir respuestas inmunitarias perjudiciales cuando entran en la circulación, pudiendo provocar daños en los órganos y muerte (sepsis).
Las exotoxinas suelen ser destruidas por el calor, mientras que las endotoxinas son estables al calor (las altas temperaturas ~200°C durante 60 minutos pueden destruir las estructuras de las endotoxinas y deben utilizarse para “despirogenizar” el equipo).
Las exotoxinas son altamente antigénicas y provocan una respuesta de anticuerpos más fuerte que las endotoxinas. De hecho, las exotoxinas desnaturalizadas (toxoides) pueden utilizarse para desarrollar vacunas.
Endotoxinas en la alimentación animal Las endotoxinas están presentes en todas partes del medio ambiente: en el aire, el agua, el suelo y en el tracto gastrointestinal de los animales. Proteger a todo el ganado de sus efectos nocivos debería ser una prioridad para todos, desde la fabricación del pienso hasta la granja. A través de los piensos, el ganado está constantemente expuesto a bacterias Gram negativas que contienen endotoxinas. ⇰ En 1993, la FDA realizó pruebas para detectar la presencia de Salmonella enterica en muestras de alimentos para animales procedentes de 78 plantas destinadas a la producción de proteína de origen animal. Se detectó la presencia de S. enterica en el 56% de las 101 muestras de proteína de origen animal y en el 36% de las 50 muestras de proteína de origen vegetal. ⇰ En 1994, la FDA analizó 89 muestras de piensos acabados procedentes de fábricas y de granjas en las que se mezclaban los piensos, y descubrió que el 25% de las muestras estaban contaminadas con S. enterica. ⇰ La exposición a la endotoxina en los piensos está asociada a enfermedades. Los síntomas más comunes en el ganado son la muerte súbita o los síntomas nerviosos, como el aturdimiento, el tambaleo, la ataxia, el edema subcutáneo, especialmente en la nariz, las orejas, los párpados y la laringe (voz chillona). Por lo tanto, deben tomarse medidas para eliminar o detoxificar eficazmente las endotoxinas antes de que puedan llegar a la circulación sanguínea.
Transferencia de endotoxinas En los animales de producción, el tracto gastrointestinal es el principal lugar de riesgo por donde las endotoxinas pueden pasar del lumen al torrente sanguíneo, desde donde ejercen sus efectos nocivos. En los animales sanos, la permeabilidad intestinal está estrechamente controlada. La barrera intestinal está compuesta por células epiteliales intestinales (enterocitos) que están conectadas por proteínas de unión estrecha. ⇰ Esto mantiene las endotoxinas en el lado luminal del intestino, donde no son tóxicas para el animal. El sistema inmunitario “detecta” constantemente estas endotoxinas mediante receptores específicos (TLR-4, Toll-like receptor 4) presentes en la membrana de los enterocitos. ⇰ En condiciones de buena salud intestinal, éste es uno de los mecanismos que ayudan a proteger a los animales frente a la amenaza constante de las endotoxinas. Se sabe que varios factores externos aumentan la permeabilidad intestinal. Además, una barrera intestinal alterada se caracteriza por un mayor número de receptores TLR-4 debido a una activación excesiva del sistema inmunitario. Todo ello favorece la filtración de endotoxinas al torrente sanguíneo (Figura 2).
Figura 2. Transferencia de endotoxinas desde el lumen al torrente sanguíneo (Adaptado de Endotoxins – A constant threat – All About Feed)
No obstante, un pH ruminal bajo y una osmolalidad elevada reducen la función de barrera epitelial y aumentan la translocación de endotoxinas del rumen al torrente sanguíneo. Además, el estrés fisiológico y la exposición a materiales que dañan la capa epitelial (como las micotoxinas) aumentan la permeabilidad intestinal y permiten la translocación de grandes cantidades de LPS.
En los rumiantes, la translocación de endotoxinas a la circulación sanguínea también puede tener lugar a través del epitelio ruminal. Este epitelio tiene una estructura multicapa y está cubierto por células queratinizadas que actúan como barrera protectora. Además, los receptores TLR-4 también están presentes para proteger al animal frente a las endotoxinas.
Mecanismos de acción de los LPS Las consecuencias fisiológicas de la presencia de endotoxinas en el torrente sanguíneo (endotoxemia) son bastante complejas.Los LPS actúan como señal de infección, estimulando una vigorosa respuesta inflamatoria que conduce a los efectos patológicos de esta molécula. Las respuestas a los LPS incluyen:
Estimulación de TLR-4 La estimulación del receptor de LPS TLR-4 presente en células inmunitarias como los monocitos y los macrófagos, conduce a la secreción de citoquinas proinflamatorias críticas, principalmente la interleucina (IL) IL-1β, IL-6, IL-8 y el factor de necrosis tumoral (TNF) α y β. En la sangre, el LPS puede formar complejos con la proteína de unión al LPS (LBP) que facilita la transferencia del LPS al TLR-4 para iniciar la cascada de señalización que conduce a la activación de los genes inflamatorios. Síntesis de factores proinflamatorios Síntesis de factores proinflamatoriosEl LPS estimula la síntesis de mediadores lipídicos a partir de los fosfolípidos de la membrana, incluido el FAP (factor activador de las plaquetas). El PAF tiene muchos efectos proinflamatorios en los vasos sanguíneos y en las células de las vías respiratorias.
Activación del sistema del Complemento El LPS activa el sistema del complemento, una serie de proteínas plasmáticas que normalmente protegen al huésped de los patógenos induciendo una respuesta inflamatoria, uniéndose a los patógenos para ayudar a su eliminación por los fagocitos y formando un complejo de ataque a la membrana (MAC) que perfora las membranas de las bacterias patógenas. Expresión de FT El LPS estimula la expresión del factor tisular (FT) en las células inmunitarias. El FT forma un complejo altamente procoagulante con el factor VII de coagulación activado (FVIIa), lo que conduce a la formación de coágulos de fibrina. La fibrina también puede iniciar una inflamación que puede conducir a la activación de la coagulación.La activación descontrolada del Complemento por grandes cantidades de LPS causará daños a las células y tejidos del huésped.La activación excesiva del sistema de coagulación, junto con la supresión de los mecanismos anticoagulantes inducida por el LPS, da lugar a una coagulación intravascular diseminada (CID) que pone en peligro la vida.
La endotoxemia está asociada al desarrollo de sepsis, una respuesta inflamatoria e inmunitaria sistémica descontrolada a la invasión microbiana que produce lesiones en los órganos y conlleva una elevada mortalidad. Las consecuencias de la endotoxemia incluyen hipotensión, acidosis metabólica, hemoconcentración, hemorragia intestinal, fiebre, activación de neutrófilos y células endoteliales y predisposición a la trombosis. La sepsis puede manifestarse como: La sepsis con hipotensión profunda se describe como shock séptico y conlleva una elevada mortalidad.
TOLERANCIA A LAS ENDOTOXINAS Si un animal es desafiado continuamente con endotoxinas, puede aparecer un estado de tolerancia a las endotoxinas y un síndrome de respuesta antiinflamatoria compensatoria (CARS). Esto consiste en un estado de hiposensibilidad caracterizado por una capacidad reducida de las células inmunitarias para responder a los estímulos inflamatorios, en particular los iniciados por los LPS. Esta depresión del sistema inmunitario deja al animal expuesto a los agentes patógenos reales. Con la tolerancia a las endotoxinas, la amplia reprogramación denominada “entrenamiento inmunitario innato” conduce a modificaciones de los componentes intracelulares de la señalización TLR y también a alteraciones de los mediadores solubles extracelulares.
¿Cómo podemos mitigar los efectos de las endotoxinas? Se pueden implementar diferentes estrategias para minimizar la aparición y los efectos de las endotoxinas en los animales:
1. Vacunas con componentes de endotoxinas. El lípido A se ha utilizado experimentalmente para obtener vacunas de protección. Sin embargo, debido a la variabilidad estructural, no se puede garantizar la protección de los anticuerpos. Además, el gran inconveniente es el elevado costo de producción. 2. Para evitar el impacto de las endotoxinas al aplicar las bacterinas, es fundamental seguir las recomendaciones sobre la aplicación de las vacunas emitidas por las empresas fabricantes. 3. Uso de adsorbentes de micotoxinas (adsorbentes inorgánicos u orgánicos). Se ha informado del uso de adsorbentes de micotoxinas para captar las endotoxinas; sin embargo, antes de utilizarlos se debe comprobar su capacidad adsorción para estas toxinas.
Un beneficio adicional de estos adsorbentes es la captación de micotoxinas que están frecuentemente presentes en los piensos y que pueden contribuir a la alteración de la permeabilidad intestinal del ganado, permitiendo la translocación de LPS. También deberían llevarse a cabo ensayos que correlacionen el uso de adsorbentes de micotoxinas con las tasas de enfermedad y los resultados.
Adsorción de endotoxinas usando Minazel, Minazel Plus y MycoRaid Minazel, Minazel Plus y MycoRaid son productos para solucionar problemas asociados a micotoxinas, son producidos y comercializados globalmente por PATENT CO., Serbia.
Minazel es un producto basado en Clinoptilolita (zeolita).
Minazel Plus es un producto a base de Clinoptilolita (zeolita) modificada orgánicamente.
MycoRaid es un producto que contiene premezclas minerales, pared celular de levaduras, Bacillus sp. y extracto de hierbas.
Molendotech Ltd., Reino Unido, llevó a cabo estudios para determinar la capacidad de unión del LPS de Minazel, Minazel Plus y MycoRaid en un tampón de pH 6,5 utilizando una concentración de adsorbente de 10 mg/ ml y los resultados se muestran en la Figura 3. Figura 3. Adsorción de endotoxinas mediante Minazel, Minazel Plus and MycoRaid.
Protocolo Resultados
MycoRaid puede adsorber el 99% de las endotoxinas de Pseudomonas aeruginosa, el 92% de E. coli K1-2 y el 74% de las endotoxinas de Salmonella enterica. Minazel puede adsorber el 57% de las endotoxinas de Pseudomonas aeruginosa, el 35% de E. coli K-12 y el 100% de las endotoxinas de Salmonella enterica. Minazel Plus puede adsorber más del 88% de las endotoxinas de Pseudomonas aeruginosa, el 100% de E. coli K-12 y el 75% de las endotoxinas de Salmonella enterica.
Las endotoxinas pueden causar importantes problemas de salud en los animales, estando favorecidos por los contaminantes de los alimentos y el estrés fisiológico. Esto conduce a una baja conversión alimentaria, sacrificios frecuentes y pérdida de ingresos.
La eliminación de las endotoxinas mejora la calidad de los alimentos y el bienestar de los animales. Por lo tanto, se recomienda el uso de absorbentes de micotoxinas con tasas de adsorción eficaces frente a las endotoxinas.
Prevención de micotoxicosis