Bu makale, “Antimikrobiyal kullanımı, antimikrobiyal direnç ve gıda hayvanlarının mikrobiyomu” araştırma temasının bir parçasıdır. Tüm 13 makaleyi görüntüleyin.
Organik asitler, hayvan yemlerine katkı maddesi olarak yüksek talep görmeye devam etmektedir. Bugüne kadar odak noktası, özellikle kümes hayvanları ve diğer hayvanlarda gıda kaynaklı patojenlerin görülme sıklığını azaltmak olmak üzere, gıda güvenliği olmuştur. Birçok organik asit şu anda araştırılmakta veya halihazırda ticari olarak kullanılmaktadır. Kapsamlı olarak incelenen birçok organik asit arasında formik asit de yer almaktadır. Formik asit, yemdeki ve yutulduktan sonra gastrointestinal sistemdeki Salmonella ve diğer gıda kaynaklı patojenlerin varlığını sınırlamak için kümes hayvanı yemlerine eklenir. Formik asidin konakçı ve gıda kaynaklı patojenler üzerindeki etkinliği ve etkisi hakkındaki anlayış arttıkça, formik asidin varlığının Salmonella'da belirli yolları tetikleyebileceği açıkça ortaya çıkmaktadır. Bu yanıt, formik asit gastrointestinal sisteme girdiğinde ve sadece gastrointestinal sistemi zaten kolonize eden Salmonella ile değil, aynı zamanda bağırsakların kendi mikrobiyal florasıyla da etkileşime girdiğinde daha karmaşık hale gelebilir. Bu derleme, formik asit ile işlenmiş kümes hayvanlarının ve yemlerin mikrobiyomu üzerine mevcut sonuçları ve daha fazla araştırma için beklentileri inceleyecektir.
Hem hayvancılıkta hem de kümes hayvanı üretiminde, zorluk, gıda güvenliği risklerini sınırlarken büyümeyi ve verimliliği optimize eden yönetim stratejileri geliştirmektir. Tarihsel olarak, subterapötik konsantrasyonlarda antibiyotik uygulanması hayvan sağlığını, refahını ve verimliliğini iyileştirmiştir (1-3). Etki mekanizması açısından, subinhibitory konsantrasyonlarda uygulanan antibiyotiklerin, gastrointestinal (GI) florayı ve dolayısıyla konakçı ile etkileşimlerini modüle ederek konakçı yanıtlarına aracılık ettiği öne sürülmüştür (3). Bununla birlikte, antibiyotik dirençli gıda kaynaklı patojenlerin potansiyel yayılımı ve bunların insanlarda antibiyotik dirençli enfeksiyonlarla potansiyel ilişkisi hakkındaki devam eden endişeler, gıda hayvanlarında antibiyotik kullanımının kademeli olarak geri çekilmesine yol açmıştır (4-8). Bu nedenle, bu gereksinimlerin en azından bazılarını (iyileştirilmiş hayvan sağlığı, refahı ve verimliliği) karşılayan yem katkı maddeleri ve iyileştiricilerinin geliştirilmesi, hem akademik araştırma hem de ticari geliştirme açısından büyük ilgi görmektedir (5, 9). Probiyotikler, prebiyotikler, çeşitli bitki kaynaklarından elde edilen uçucu yağlar ve ilgili bileşikler ile aldehitler gibi kimyasallar da dahil olmak üzere çeşitli ticari yem katkı maddeleri hayvan yemi pazarına girmiştir (10–14). Kanatlılarda yaygın olarak kullanılan diğer ticari yem katkı maddeleri arasında bakteriyofajlar, çinko oksit, ekzojen enzimler, rekabetçi dışlama ürünleri ve asidik bileşikler yer almaktadır (15, 16).
Mevcut kimyasal yem katkı maddeleri arasında, aldehitler ve organik asitler tarihsel olarak en yaygın olarak incelenen ve kullanılan bileşikler olmuştur (12, 17–21). Organik asitler, özellikle kısa zincirli yağ asitleri (SCFA'lar), patojenik bakterilerin bilinen antagonistleridir. Bu organik asitler, yem katkı maddesi olarak sadece yem matrisindeki patojenlerin varlığını sınırlamak için değil, aynı zamanda gastrointestinal fonksiyon üzerinde aktif etkiler göstermek için de kullanılır (17, 20–24). Ek olarak, SCFA'lar sindirim sistemindeki bağırsak florası tarafından fermantasyon yoluyla üretilir ve bazı probiyotiklerin ve prebiyotiklerin gastrointestinal sistemde yutulan patojenlere karşı koyma yeteneğinde mekanistik bir rol oynadığı düşünülmektedir (21, 23, 25).
Yıllar boyunca, çeşitli kısa zincirli yağ asitleri (SCFA'lar) yem katkı maddesi olarak büyük ilgi görmüştür. Özellikle propiyonat, bütirat ve format, çok sayıda çalışma ve ticari uygulamanın konusu olmuştur (17, 20, 21, 23, 24, 26). İlk çalışmalar hayvan ve kümes hayvanı yemlerinde gıda kaynaklı patojenlerin kontrolüne odaklanırken, daha yeni çalışmalar hayvan performansının ve gastrointestinal sağlığın genel olarak iyileştirilmesine odaklanmıştır (20, 21, 24). Asetat, propiyonat ve bütirat, organik asit yem katkı maddeleri olarak büyük ilgi görmüştür ve bunlar arasında formik asit de umut vadeden bir adaydır (21, 23). Formik asidin gıda güvenliği yönlerine, özellikle de hayvancılık yemlerinde gıda kaynaklı patojenlerin görülme sıklığının azaltılmasına büyük önem verilmiştir. Bununla birlikte, diğer olası kullanımlar da değerlendirilmektedir. Bu incelemenin genel amacı, formik asidin hayvancılık yemi iyileştirici olarak tarihçesini ve mevcut durumunu incelemektir (Şekil 1). Bu çalışmada, formik asidin antibakteriyel mekanizmasını inceleyeceğiz. Ayrıca, çiftlik hayvanları ve kümes hayvanları üzerindeki etkilerine daha yakından bakacak ve etkinliğini artırmak için olası yöntemleri tartışacağız.
Şekil 1. Bu incelemede ele alınan konuların zihin haritası. Özellikle şu genel hedeflere odaklanılmıştır: formik asidin hayvan yemi iyileştirici olarak tarihçesini ve mevcut durumunu, formik asidin antimikrobiyal mekanizmalarını ve kullanımının hayvan ve kümes hayvanı sağlığı üzerindeki etkisini ve etkinliği artırmaya yönelik potansiyel yöntemleri tanımlamak.
Hayvan ve kümes hayvanları için yem üretimi, tahılın fiziksel işlenmesi (örneğin, partikül boyutunu küçültmek için öğütme), peletleme için ısıl işlem ve hayvanın özel beslenme ihtiyaçlarına bağlı olarak diyete birden fazla besin maddesinin eklenmesi de dahil olmak üzere çok sayıda adımı içeren karmaşık bir işlemdir (27). Bu karmaşıklık göz önüne alındığında, yem işlemenin, tahılı yem değirmenine ulaşmadan önce, öğütme sırasında ve daha sonra karma yem rasyonlarında nakliye ve besleme sırasında çeşitli çevresel faktörlere maruz bırakması şaşırtıcı değildir (9, 21, 28). Bu nedenle, yıllar içinde yemlerde sadece bakteriler değil, aynı zamanda bakteriyofajlar, mantarlar ve mayalar da dahil olmak üzere çok çeşitli bir mikroorganizma grubu tanımlanmıştır (9, 21, 28–31). Bazı mantarlar gibi bu kirleticilerden bazıları, hayvanlar için sağlık riskleri oluşturan mikotoksinler üretebilir (32–35).
Bakteri popülasyonları nispeten çeşitli olabilir ve bir dereceye kadar mikroorganizmaların izolasyonu ve tanımlanması için kullanılan yöntemlere ve numunenin kaynağına bağlıdır. Örneğin, peletleme ile ilişkili ısı işleminden önce mikrobiyal bileşim profili farklılık gösterebilir (36). Klasik kültür ve plaklama yöntemleri bazı bilgiler sağlamış olsa da, 16S rRNA genine dayalı yeni nesil dizileme (NGS) yönteminin son zamanlarda uygulanması, yem mikrobiyom topluluğunun daha kapsamlı bir değerlendirmesini sağlamıştır (9). Solanki ve ark. (37), bir böcek kontrol fumigantı olan fosfin varlığında bir süre depolanan buğday tanelerinin bakteri mikrobiyomunu incelediklerinde, mikrobiyomun hasattan sonra ve 3 aylık depolamadan sonra daha çeşitli olduğunu bulmuşlardır. Ayrıca, Solanki ve ark. (37) (37) buğday tanelerinde baskın filumların Proteobacteria, Firmicutes, Actinobacteria, Bacteroidetes ve Planctomyces olduğunu, baskın cinslerin Bacillus, Erwinia ve Pseudomonas olduğunu ve Enterobacteriaceae'nin küçük bir oranda bulunduğunu göstermiştir. Taksonomik karşılaştırmalara dayanarak, fosfin fümigasyonunun bakteri popülasyonlarını önemli ölçüde değiştirdiğini ancak mantar çeşitliliğini etkilemediğini sonucuna varmışlardır.
Solanki ve ark. (37), mikrobiyomda Enterobacteriaceae'nin saptanmasına dayanarak, yem kaynaklarının halk sağlığı sorunlarına neden olabilecek gıda kaynaklı patojenler de içerebileceğini göstermiştir. Clostridium perfringens, Clostridium botulinum, Salmonella, Campylobacter, Escherichia coli O157:H7 ve Listeria monocytogenes gibi gıda kaynaklı patojenler hayvan yemi ve silaj ile ilişkilendirilmiştir (9, 31, 38). Diğer gıda kaynaklı patojenlerin hayvan ve kümes hayvanı yemlerindeki kalıcılığı şu anda bilinmemektedir. Ge ve ark. (39), 200'den fazla hayvan yemi bileşenini incelemiş ve Salmonella, E. coli ve Enterokokları izole etmiş, ancak E. coli O157:H7 veya Campylobacter'ı tespit edememiştir. Bununla birlikte, kuru yem gibi matrisler patojenik E. coli kaynağı olarak hizmet edebilir. Crowe ve ark. (40), insan hastalığıyla ilişkili Şiga toksini üreten Escherichia coli (STEC) serogrupları O121 ve O26'nın 2016'daki salgınının kaynağını izlerken, klinik izolatları gıda ürünlerinden elde edilen izolatlarla karşılaştırmak için tüm genom dizileme yöntemini kullandılar. Bu karşılaştırmaya dayanarak, muhtemel kaynağın un değirmenlerinden gelen düşük nemli çiğ buğday unu olduğu sonucuna vardılar. Buğday ununun düşük nem içeriği, STEC'in düşük nemli hayvan yeminde de hayatta kalabileceğini düşündürmektedir. Bununla birlikte, Crowe ve ark. (40)'ın belirttiği gibi, un örneklerinden STEC izolasyonu zordur ve yeterli sayıda bakteri hücresi elde etmek için immünomanyetik ayırma yöntemleri gerektirir. Benzer tanı süreçleri, hayvan yeminde nadir görülen gıda kaynaklı patojenlerin tespitini ve izolasyonunu da zorlaştırabilir. Tespit zorluğu, bu patojenlerin düşük nemli matrislerde uzun süre kalıcı olmasından da kaynaklanabilir. Forghani ve ark. (41) oda sıcaklığında saklanan ve enterohemorajik Escherichia coli (EHEC) serogrupları O45, O121 ve O145 ile Salmonella (S. Typhimurium, S. Agona, S. Enteritidis ve S. Anatum) karışımıyla aşılanan buğday ununun 84 ve 112. günlerde ölçülebilir olduğunu ve 24 ve 52. haftalarda hala tespit edilebilir olduğunu göstermiştir.
Tarihsel olarak, Campylobacter, geleneksel kültür yöntemleriyle hayvan ve kümes hayvanı yemlerinden hiçbir zaman izole edilememiştir (38, 39), ancak Campylobacter kümes hayvanlarının ve kümes hayvanı ürünlerinin gastrointestinal sisteminden kolayca izole edilebilmektedir (42, 43). Bununla birlikte, yem hala potansiyel bir kaynak olarak avantajlara sahiptir. Örneğin, Alves ve ark. (44), besi tavuk yemine C. jejuni aşılamasının ve ardından yemin 3 veya 5 gün boyunca iki farklı sıcaklıkta depolanmasının, canlı C. jejuni'nin geri kazanılmasıyla ve bazı durumlarda hatta çoğalmasıyla sonuçlandığını göstermiştir. C. jejuni'nin kümes hayvanı yeminde kesinlikle hayatta kalabileceği ve bu nedenle tavuklar için potansiyel bir enfeksiyon kaynağı olabileceği sonucuna varmışlardır.
Hayvan ve kümes hayvanı yemlerinin Salmonella kontaminasyonu geçmişte büyük ilgi görmüş ve yemlere özel olarak uygulanabilir tespit yöntemleri geliştirmek ve daha etkili kontrol önlemleri bulmak için devam eden çabaların odak noktası olmaya devam etmektedir (12, 26, 30, 45–53). Yıllar boyunca, çeşitli yem işletmelerinde ve yem fabrikalarında Salmonella'nın izolasyonu ve karakterizasyonu üzerine birçok çalışma yapılmıştır (38, 39, 54–61). Genel olarak, bu çalışmalar Salmonella'nın çeşitli yem bileşenlerinden, yem kaynaklarından, yem türlerinden ve yem üretim işlemlerinden izole edilebileceğini göstermektedir. Yaygınlık oranları ve izole edilen baskın Salmonella serotipleri de farklılık göstermiştir. Örneğin, Li ve ark. (57), 2002-2009 veri toplama döneminde tam hayvan yemlerinden, yem bileşenlerinden, evcil hayvan mamalarından, evcil hayvan ödüllerinden ve evcil hayvan takviyelerinden toplanan 2058 örneğin %12,5'inde Salmonella spp. varlığının tespit edildiğini doğrulamıştır. Ek olarak, pozitif test edilen Salmonella örneklerinin %12,5'inde saptanan en yaygın serotipler S. Senftenberg ve S. Montevideo idi (57). Teksas'taki hazır gıdalar ve hayvan yemi yan ürünleri üzerine yapılan bir çalışmada, Hsieh ve ark. (58), Salmonella'nın en yüksek prevalansının balık ununda, ardından hayvansal proteinlerde olduğunu ve en yaygın serotiplerin S. Mbanka ve S. Montevideo olduğunu bildirmiştir. Yem fabrikaları ayrıca, karıştırma ve içerik ekleme sırasında yem kontaminasyonunun çeşitli potansiyel noktalarını da sunmaktadır (9, 56, 61). Magossi ve ark. (61), Amerika Birleşik Devletleri'nde yem üretiminde birden fazla kontaminasyon noktasının oluşabileceğini göstermiştir. Nitekim, Magossi ve ark. (61), Amerika Birleşik Devletleri'ndeki sekiz eyaletteki 11 yem fabrikasında (toplam 12 örnekleme yeri) en az bir pozitif Salmonella kültürü bulmuştur. Yem işleme, taşıma ve günlük yemleme sırasında Salmonella kontaminasyonu potansiyeli göz önüne alındığında, hayvan üretim döngüsü boyunca mikrobiyal kontaminasyon seviyelerini azaltabilecek ve düşük seviyelerde tutabilecek yem katkı maddeleri geliştirmek için önemli çabalar sarf edilmesi şaşırtıcı değildir.
Salmonella'nın formik aside özgül yanıtının mekanizması hakkında çok az şey bilinmektedir. Bununla birlikte, Huang ve ark. (62), formik asidin memelilerin ince bağırsağında bulunduğunu ve Salmonella türlerinin formik asit üretebildiğini belirtmiştir. Huang ve ark. (62), Salmonella virülans genlerinin ekspresyonunu tespit etmek için temel yolların bir dizi delesyon mutantını kullanmış ve formatın Salmonella'yı Hep-2 epitel hücrelerine istila etmeye teşvik eden yayılabilir bir sinyal olarak hareket edebileceğini bulmuştur. Son zamanlarda, Liu ve ark. (63), pH 7.0'da spesifik bir format kanalı olarak işlev gören ancak yüksek dış pH'da pasif bir ihracat kanalı veya düşük pH'da ikincil aktif bir format/hidrojen iyonu ithalat kanalı olarak da işlev görebilen Salmonella typhimurium'dan bir format taşıyıcısı olan FocA'yı izole etmiştir. Bununla birlikte, bu çalışma yalnızca S. Typhimurium'un bir serotipi üzerinde gerçekleştirilmiştir. Tüm serotiplerin formik aside benzer mekanizmalarla yanıt verip vermediği sorusu hala cevapsız kalmaktadır. Bu, gelecekteki çalışmalarda ele alınması gereken kritik bir araştırma sorusu olmaya devam etmektedir. Sonuçlardan bağımsız olarak, yemdeki Salmonella seviyelerini azaltmak için asit takviyelerinin kullanımına ilişkin genel öneriler geliştirilirken, tarama deneylerinde birden fazla Salmonella serotipi veya hatta her serotipin birden fazla suşunu kullanmak ihtiyatlı olmaya devam etmektedir. Aynı serotipin farklı alt gruplarını ayırt etmek için suşları kodlamak üzere genetik barkodlama kullanımı gibi daha yeni yaklaşımlar (9, 64), sonuçları ve farklılıkların yorumlanmasını etkileyebilecek daha ince farklılıkları ayırt etme fırsatı sunmaktadır.
Formik asidin kimyasal yapısı ve ayrışma biçimi de önemli olabilir. Bir dizi çalışmada, Beyer ve ark. (65–67), Enterococcus faecium, Campylobacter jejuni ve Campylobacter coli'nin inhibisyonunun, ayrışmış formik asit miktarıyla ilişkili olduğunu ve pH veya ayrışmamış formik asitten bağımsız olduğunu göstermiştir. Bakterilerin maruz kaldığı formik asidin kimyasal biçimi de önemli görünmektedir. Kovanda ve ark. (68), çeşitli Gram-negatif ve Gram-pozitif organizmaları taramış ve sodyum formik asidin (500–25.000 mg/L) ve sodyum formik asit ile serbest formik asit karışımının (40/60 m/v; 10–10.000 mg/L) minimum inhibitör konsantrasyonlarını (MIC) karşılaştırmıştır. MIC değerlerine dayanarak, sodyum formatın sadece Campylobacter jejuni, Clostridium perfringens, Streptococcus suis ve Streptococcus pneumoniae'ye karşı inhibitör etki gösterdiğini, ancak Escherichia coli, Salmonella typhimurium veya Enterococcus faecalis'e karşı inhibitör etki göstermediğini bulmuşlardır. Buna karşılık, sodyum format ve serbest sodyum format karışımı tüm organizmalara karşı inhibitör etki göstermiş ve yazarlar, serbest formik asidin antimikrobiyal özelliklerin çoğuna sahip olduğu sonucuna varmışlardır. Bu iki kimyasal formun farklı oranlarını inceleyerek, MIC değerlerinin aralığının, karışık formülde bulunan formik asit seviyesi ve %100 formik aside verilen yanıtla ilişkili olup olmadığını belirlemek ilginç olacaktır.
Gomez-Garcia ve ark. (69), domuzlardan elde edilen Escherichia coli, Salmonella ve Clostridium perfringens'in birden fazla izolatına karşı uçucu yağlar ve organik asitlerin (formik asit gibi) kombinasyonlarını test ettiler. Formik asit de dahil olmak üzere altı organik asidin ve altı uçucu yağın domuz izolatlarına karşı etkinliğini, pozitif kontrol olarak formaldehit kullanarak test ettiler. Gomez-García ve ark. (69), formik asidin Escherichia coli'ye (600 ve 2400 ppm, 4), Salmonella'ya (600 ve 2400 ppm, 4) ve Clostridium perfringens'e (1200 ve 2400 ppm, 2) karşı MIC50, MBC50 ve MIC50/MBC50 değerlerini belirlediler ve formik asidin E. coli ve Salmonella'ya karşı tüm organik asitlerden daha etkili olduğu bulundu. (69) Formik asit, küçük moleküler boyutu ve uzun zinciri nedeniyle Escherichia coli ve Salmonella'ya karşı etkilidir (70).
Beyer ve ark., domuzlardan izole edilen Campylobacter suşlarını (66) ve kümes hayvanlarından izole edilen Campylobacter jejuni suşlarını (67) incelemiş ve formik asidin, diğer organik asitler için ölçülen MIC yanıtlarıyla tutarlı konsantrasyonlarda ayrıştığını göstermiştir. Bununla birlikte, formik asit de dahil olmak üzere bu asitlerin göreceli potansiyelleri sorgulanmıştır çünkü Campylobacter bu asitleri substrat olarak kullanabilir (66, 67). C. jejuni'nin asit kullanımı şaşırtıcı değildir çünkü glikoliz dışı bir metabolizmaya sahip olduğu gösterilmiştir. Bu nedenle, C. jejuni'nin karbonhidrat katabolizması için sınırlı kapasitesi vardır ve enerji metabolizmasının ve biyosentetik aktivitesinin çoğu için amino asitlerden ve organik asitlerden glukoneogeneze dayanır (71, 72). Line ve ark. tarafından yapılan erken bir çalışma... (73) 190 karbon kaynağı içeren fenotipik bir dizi kullandı ve C. jejuni 11168(GS)'nin, çoğu trikarboksilik asit döngüsünün ara ürünleri olan organik asitleri karbon kaynağı olarak kullanabildiğini gösterdi. Wagli ve ark. (74) tarafından fenotipik bir karbon kullanım dizisi kullanılarak yapılan daha ileri çalışmalar, çalışmalarında incelenen C. jejuni ve E. coli suşlarının karbon kaynağı olarak organik asitler üzerinde büyüyebildiğini gösterdi. Format, C. jejuni solunum enerjisi metabolizması için ana elektron vericisidir ve bu nedenle C. jejuni için ana enerji kaynağıdır (71, 75). C. jejuni, formatı karbondioksit, proton ve elektronlara oksitleyen ve solunum için elektron vericisi görevi gören membran bağlı bir format dehidrojenaz kompleksi aracılığıyla formatı hidrojen vericisi olarak kullanabilir (72).
Formik asit, antimikrobiyal yem iyileştirici olarak uzun bir kullanım geçmişine sahiptir, ancak bazı böcekler de antimikrobiyal savunma kimyasalı olarak kullanılmak üzere formik asit üretebilir. Rossini ve ark. (76), formik asidin, Ray (77) tarafından yaklaşık 350 yıl önce tanımlanan karıncaların asidik özsuyunun bir bileşeni olabileceğini öne sürmüştür. O zamandan beri, karıncalarda ve diğer böceklerde formik asit üretimi hakkındaki anlayışımız önemli ölçüde artmıştır ve artık bu sürecin böceklerde karmaşık bir toksin savunma sisteminin bir parçası olduğu bilinmektedir (78). İğnesiz arılar, sivri karıncalar (Hymenoptera: Apidae), toprak böcekleri (Galerita lecontei ve G. janus), iğnesiz karıncalar (Formicinae) ve bazı güve larvaları (Lepidoptera: Myrmecophaga) dahil olmak üzere çeşitli böcek gruplarının savunma kimyasalı olarak formik asit ürettiği bilinmektedir (76, 78–82).
Karıncalar belki de en iyi karakterize edilmiş canlılardır çünkü asidositleri vardır; bu asidositler, esas olarak formik asitten oluşan bir zehir püskürtmelerine olanak tanıyan özel açıklıklardır (82). Karıncalar öncü madde olarak serin kullanır ve zehir bezlerinde büyük miktarda formik asit depolarlar; bu bezler, püskürtülene kadar konakçı karıncaları formik asidin sitotoksisitesinden koruyacak kadar yalıtılmıştır (78, 83). Salgıladıkları formik asit (1) diğer karıncaları çekmek için bir alarm feromonu görevi görebilir; (2) rakiplere ve yırtıcılara karşı savunma kimyasalı olabilir; ve (3) yuva malzemesinin bir parçası olarak reçine ile birleştirildiğinde antifungal ve antibakteriyel bir ajan olarak işlev görebilir (78, 82, 84–88). Karıncalar tarafından üretilen formik asit, antimikrobiyal özelliklere sahiptir ve bu da topikal bir katkı maddesi olarak kullanılabileceğini düşündürmektedir. Bu, reçineye sentetik formik asit ekleyerek antifungal aktiviteyi önemli ölçüde iyileştiren Bruch ve ark. (88) tarafından gösterilmiştir. Formik asidin etkinliğine ve biyolojik faydasına dair bir diğer kanıt da, mide asidi üretemeyen dev karıncayiyenlerin, kendilerine alternatif bir sindirim asidi olarak konsantre formik asit sağlamak için formik asit içeren karıncaları tüketmeleridir (89).
Formik asidin tarımda pratik kullanımı uzun yıllardır ele alınmakta ve incelenmektedir. Özellikle formik asit, hayvan yemi ve silajına katkı maddesi olarak kullanılabilir. Hem katı hem de sıvı formdaki sodyum format, tüm hayvan türleri, tüketiciler ve çevre için güvenli kabul edilmektedir (90). Değerlendirmelerine (90) göre, tüm hayvan türleri için maksimum 10.000 mg formik asit eşdeğeri/kg yem konsantrasyonu güvenli kabul edilirken, domuzlar için maksimum 12.000 mg formik asit eşdeğeri/kg yem konsantrasyonu güvenli kabul edilmektedir. Formik asidin hayvan yemi iyileştirici olarak kullanımı uzun yıllardır incelenmektedir. Hayvan ve kümes hayvanı yemlerinde silaj koruyucu ve antimikrobiyal ajan olarak ticari değere sahip olduğu düşünülmektedir.
Asitler gibi kimyasal katkı maddeleri, silaj üretiminde ve yem yönetiminde her zaman ayrılmaz bir unsur olmuştur (91, 92). Borreani ve ark. (91), yüksek kaliteli silajın optimum üretimini sağlamak için mümkün olduğunca fazla kuru maddeyi korurken yem kalitesinin korunması gerektiğini belirtmiştir. Bu optimizasyonun sonucu, silajlama sürecinin tüm aşamalarında kayıpların en aza indirilmesidir: silodaki ilk aerobik koşullardan sonraki fermantasyona, depolamaya ve yemleme için silonun yeniden açılmasına kadar. Tarla silajı üretimini ve ardından gelen silaj fermantasyonunu optimize etmeye yönelik özel yöntemler başka yerlerde ayrıntılı olarak ele alınmıştır (91, 93-95) ve burada ayrıntılı olarak ele alınmayacaktır. Ana sorun, silajda oksijen bulunduğunda maya ve küflerin neden olduğu oksidatif bozulmadır (91, 92). Bu nedenle, bozulmanın olumsuz etkilerini gidermek için biyolojik aşılayıcılar ve kimyasal katkı maddeleri kullanılmıştır (91, 92). Silaj katkı maddeleri için diğer hususlar arasında, silajda bulunabilecek patojenlerin (örneğin, patojenik E. coli, Listeria ve Salmonella) yanı sıra mikotoksin üreten mantarların yayılmasının sınırlandırılması da yer almaktadır (96–98).
Mack ve ark. (92) asidik katkı maddelerini iki kategoriye ayırmıştır. Propiyonik, asetik, sorbik ve benzoik asitler gibi asitler, maya ve küflerin büyümesini sınırlayarak ruminantlara yedirildiğinde silajın aerobik stabilitesini korur (92). Mack ve ark. (92), formik asidi diğer asitlerden ayırmış ve silaj proteininin bütünlüğünü korurken klostridya ve bozulmaya neden olan mikroorganizmaları inhibe eden doğrudan bir asitleştirici olarak değerlendirmiştir. Uygulamada, tuz formları, tuzsuz formdaki asitlerin aşındırıcı özelliklerinden kaçınmak için en yaygın kimyasal formlardır (91). Birçok araştırma grubu da silaj için asidik bir katkı maddesi olarak formik asidi incelemiştir. Formik asit, hızlı asitleştirme potansiyeli ve silajın protein ve suda çözünür karbonhidrat içeriğini azaltan zararlı silaj mikroorganizmalarının büyümesi üzerindeki inhibitör etkisiyle bilinir (99). Bu nedenle, He ve ark. (92), formik asidi silajdaki asidik katkı maddeleriyle karşılaştırmıştır. (100) formik asidin Escherichia coli'yi inhibe edebileceğini ve silajın pH'ını düşürebileceğini göstermiştir. Asitlendirmeyi ve organik asit üretimini uyarmak için silaja formik ve laktik asit üreten bakteri kültürleri de eklenmiştir (101). Aslında, Cooley ve ark. (101), silaj %3 (a/h) formik asit ile asitlendirildiğinde, laktik ve formik asit üretiminin sırasıyla 800 ve 1000 mg organik asit/100 g numuneyi aştığını bulmuştur. Mack ve ark. (92), 2000 yılından beri yayınlanan ve formik asit ve/veya diğer asitlere odaklanan çalışmaları da içeren silaj katkı maddesi araştırma literatürünü ayrıntılı olarak incelemiştir. Bu nedenle, bu inceleme bireysel çalışmaları ayrıntılı olarak ele almayacak, sadece formik asidin kimyasal bir silaj katkı maddesi olarak etkinliği ile ilgili bazı önemli noktaları özetleyecektir. Hem tamponlanmamış hem de tamponlanmış formik asit incelenmiştir ve çoğu durumda Clostridium spp. Göreceli aktiviteleri (karbonhidrat, protein ve laktat alımı ve bütirat atılımı) azalma eğilimindeyken, amonyak ve bütirat üretimi azalır ve kuru madde tutulumu artar (92). Formik asidin performansında sınırlamalar vardır, ancak diğer asitlerle birlikte silaj katkı maddesi olarak kullanılması bu sorunların bazılarını aşmış gibi görünmektedir (92).
Formik asit, insan sağlığı için risk oluşturan patojenik bakterileri inhibe edebilir. Örneğin, Pauly ve Tam (102), üç farklı kuru madde seviyesinde (200, 430 ve 540 g/kg) çim içeren küçük laboratuvar silolarına L. monocytogenes aşılamış ve daha sonra formik asit (3 ml/kg) veya laktik asit bakterileri (8 × 105/g) ve selülolitik enzimlerle takviye etmişlerdir. Her iki işlemin de düşük kuru maddeli silajda (200 g/kg) L. monocytogenes'i tespit edilemeyecek seviyelere düşürdüğünü bildirmişlerdir. Bununla birlikte, orta kuru maddeli silajda (430 g/kg), formik asit ile işlem görmüş silajda 30 gün sonra bile L. monocytogenes hala tespit edilebilir durumdaydı. L. monocytogenes'teki azalmanın daha düşük pH, laktik asit ve birleşik ayrışmamış asitlerle ilişkili olduğu görülmüştür. Örneğin, Pauly ve Tam (102), laktik asit ve birleşik ayrışmamış asit seviyelerinin özellikle önemli olduğunu belirtmişlerdir; bu da, daha yüksek kuru madde içeriğine sahip silajlardan elde edilen formik asit ile işlenmiş ortamlarda L. monocytogenes'te azalma gözlenmemesinin nedeni olabilir. Gelecekte Salmonella ve patojenik E. coli gibi diğer yaygın silaj patojenleri için de benzer çalışmalar yapılmalıdır. Silaj mikrobiyal topluluğunun tamamının daha kapsamlı 16S rDNA sekans analizi, formik asit varlığında silaj fermantasyonunun farklı aşamalarında meydana gelen genel silaj mikrobiyal popülasyonundaki değişiklikleri belirlemeye de yardımcı olabilir (103). Mikrobiyom verilerinin elde edilmesi, silaj fermantasyonunun ilerlemesini daha iyi tahmin etmek ve yüksek silaj kalitesini korumak için optimal katkı maddesi kombinasyonları geliştirmek için analitik destek sağlayabilir.
Tahıl bazlı hayvan yemlerinde, formik asit, çeşitli tahıl türevli yem matrislerinde ve hayvan yan ürünleri gibi bazı yem bileşenlerinde patojen seviyelerini sınırlamak için antimikrobiyal bir ajan olarak kullanılır. Kanatlı hayvanlarda ve diğer hayvanlarda patojen popülasyonları üzerindeki etkiler genel olarak iki kategoriye ayrılabilir: yemin kendisindeki patojen popülasyonu üzerindeki doğrudan etkiler ve işlenmiş yemi tükettikten sonra hayvanların gastrointestinal sistemini kolonize eden patojenler üzerindeki dolaylı etkiler (20, 21, 104). Açıkça, bu iki kategori birbiriyle ilişkilidir, çünkü yemdeki patojenlerin azalması, hayvan yemi tükettiğinde kolonizasyonun azalmasına yol açmalıdır. Bununla birlikte, bir yem matrisine eklenen belirli bir asidin antimikrobiyal özellikleri, yemin bileşimi ve asidin eklenme şekli gibi çeşitli faktörlerden etkilenebilir (21, 105).
Tarihsel olarak, formik asit ve diğer ilgili asitlerin kullanımı öncelikle hayvan ve kümes hayvanı yemlerinde Salmonella'nın doğrudan kontrolüne odaklanmıştır (21). Bu çalışmaların sonuçları, farklı zamanlarda yayınlanan çeşitli incelemelerde ayrıntılı olarak özetlenmiştir (18, 21, 26, 47, 104–106), bu nedenle bu incelemede bu çalışmalardan elde edilen temel bulgulardan sadece bazıları ele alınmaktadır. Birçok çalışma, yem matrislerindeki formik asidin antimikrobiyal aktivitesinin, formik aside maruz kalma dozuna ve süresine, yem matrisinin nem içeriğine ve yemdeki ve hayvanın gastrointestinal sistemindeki bakteri konsantrasyonuna bağlı olduğunu göstermiştir (19, 21, 107–109). Yem matrisinin türü ve hayvan yemi bileşenlerinin kaynağı da etkileyen faktörlerdir. Bu nedenle, bir dizi çalışma, hayvansal yan ürünlerden izole edilen Salmonella bakteri toksinlerinin, bitkisel yan ürünlerden izole edilenlerden farklı olabileceğini göstermiştir (39, 45, 58, 59, 110–112). Bununla birlikte, formik asit gibi asitlere verilen yanıttaki farklılıklar, diyetteki serovar hayatta kalma oranındaki farklılıklar ve diyetin işlendiği sıcaklıkla ilgili olabilir (19, 113, 114). Serovarların asit işlemine verdiği yanıttaki farklılıklar, kümes hayvanlarının kontamine yemle kontaminasyonunda da bir faktör olabilir (113, 115) ve virülans gen ekspresyonundaki farklılıklar da rol oynayabilir (116). Asit toleransındaki farklılıklar, yem kaynaklı asitler yeterince tamponlanmazsa, kültür ortamında Salmonella'nın saptanmasını etkileyebilir (21, 105, 117–122). Diyetin fiziksel formu (parçacık boyutu açısından), gastrointestinal sistemde formik asidin nispi bulunabilirliğini de etkileyebilir (123).
Yeme eklenen formik asidin antimikrobiyal aktivitesini optimize etme stratejileri de kritik öneme sahiptir. Yem değirmeni ekipmanına potansiyel hasarı ve hayvan yemi lezzetindeki sorunları en aza indirmek için, yem karıştırmadan önce yüksek kontaminasyonlu yem bileşenleri için daha yüksek asit konsantrasyonları önerilmiştir (105). Jones (51), kimyasal temizlemeden önce yemde bulunan Salmonella'nın, kimyasal işlemden sonra yemle temas eden Salmonella'dan daha zor kontrol edildiği sonucuna varmıştır. Yem değirmeninde işleme sırasında yemin ısıl işlemden geçirilmesi, yemdeki Salmonella kontaminasyonunu sınırlamak için bir müdahale olarak önerilmiştir, ancak bu, yem bileşimine, partikül boyutuna ve öğütme işlemiyle ilişkili diğer faktörlere bağlıdır (51). Asitlerin antimikrobiyal aktivitesi de sıcaklığa bağlıdır ve organik asitlerin varlığında yüksek sıcaklıklar, Salmonella'nın sıvı kültürlerinde gözlemlendiği gibi, Salmonella üzerinde sinerjik bir inhibitör etkiye sahip olabilir (124, 125). Salmonella ile kontamine olmuş yemlerle ilgili çeşitli çalışmalar, yüksek sıcaklıkların yem matrisindeki asitlerin etkinliğini artırdığı fikrini desteklemektedir (106, 113, 126). Amado ve ark. (127), çeşitli sığır yemlerinden izole edilen ve asitlendirilmiş sığır peletlerine aşılanan 10 Salmonella enterica ve Escherichia coli suşunda sıcaklık ve asit (formik veya laktik asit) etkileşimini incelemek için merkezi bir bileşik tasarım kullandılar. Isının, asit ve bakteri izolatının türüyle birlikte mikrobiyal azalmayı etkileyen baskın faktör olduğu sonucuna vardılar. Asit ile sinerjik etki hala baskın olduğundan, daha düşük sıcaklıklar ve asit konsantrasyonları kullanılabilir. Bununla birlikte, formik asit kullanıldığında sinerjik etkilerin her zaman gözlenmediğini de belirttiler ve bu da daha yüksek sıcaklıklarda formik asidin buharlaşmasının veya yem matrisi bileşenlerinin tamponlama etkilerinin bir faktör olabileceğinden şüphelenmelerine yol açtı.
Hayvanlara yem verilmeden önce yemlerin raf ömrünün sınırlandırılması, yemleme sırasında hayvanın vücuduna gıda kaynaklı patojenlerin girişini kontrol etmenin bir yoludur. Bununla birlikte, yemdeki asit gastrointestinal sisteme girdikten sonra antimikrobiyal aktivitesini sürdürebilir. Gastrointestinal sistemde dışarıdan verilen asidik maddelerin antimikrobiyal aktivitesi, mide asidi konsantrasyonu, gastrointestinal sistemin aktif bölgesi, gastrointestinal sistemin pH ve oksijen içeriği, hayvanın yaşı ve gastrointestinal mikrobiyal popülasyonun nispi bileşimi (gastrointestinal sistemin konumuna ve hayvanın olgunluğuna bağlı olarak) dahil olmak üzere çeşitli faktörlere bağlı olabilir (21, 24, 128–132). Ek olarak, gastrointestinal sistemdeki yerleşik anaerobik mikroorganizma popülasyonu (tek mideli hayvanlarda olgunlaştıkça alt sindirim sisteminde baskın hale gelir), fermantasyon yoluyla aktif olarak organik asitler üretir ve bu da gastrointestinal sisteme giren geçici patojenler üzerinde antagonistik bir etkiye sahip olabilir (17, 19–21).
Erken dönem araştırmalarının çoğu, kümes hayvanlarının gastrointestinal sisteminde Salmonella'yı sınırlamak için format da dahil olmak üzere organik asitlerin kullanımına odaklanmıştır ve bu konu çeşitli incelemelerde ayrıntılı olarak ele alınmıştır (12, 20, 21). Bu çalışmalar birlikte değerlendirildiğinde, birkaç önemli gözlem yapılabilir. McHan ve Shotts (133), formik ve propiyonik asit ile beslemenin, bakteri ile aşılanmış tavukların kör bağırsaklarında Salmonella Typhimurium seviyelerini azalttığını ve bunları 7, 14 ve 21 günlük yaşlarda ölçtüğünü bildirmiştir. Bununla birlikte, Hume ve ark. (128) C-14 etiketli propiyonatı izlediklerinde, diyetteki propiyonatın çok azının kör bağırsağa ulaşabileceği sonucuna varmışlardır. Bunun formik asit için de geçerli olup olmadığı henüz belirlenmemiştir. Ancak, yakın zamanda Bourassa ve ark. (134), formik ve propiyonik asit verilmesinin, bakterilerle aşılanmış tavukların kör bağırsaklarında Salmonella Typhimurium seviyelerini azalttığını ve bu seviyelerin 7, 14 ve 21 günlük yaşlarda ölçüldüğünü bildirmiştir. (132), 6 haftalık büyüme döneminde broyler tavuklara 4 g/t formik asit verilmesinin, kör bağırsaktaki S. Typhimurium konsantrasyonunu tespit seviyesinin altına düşürdüğünü belirtmiştir.
Diyette formik asit bulunmasının, kanatlıların gastrointestinal sisteminin diğer kısımlarını da etkileyebileceği düşünülmektedir. Al-Tarazi ve Alshavabkeh (134), formik asit ve propiyonik asit karışımının kursak ve kör bağırsaktaki Salmonella pullorum (S. PRlorum) kontaminasyonunu azaltabileceğini göstermiştir. Thompson ve Hinton (129), ticari olarak temin edilebilen bir formik asit ve propiyonik asit karışımının, kursak ve taşlıkta her iki asidin konsantrasyonunu artırdığını ve temsili yetiştirme koşulları altında bir in vitro modelde Salmonella Enteritidis PT4'e karşı bakterisidal olduğunu gözlemlemiştir. Bu görüş, Bird ve ark. (135) tarafından yapılan in vivo verilerle desteklenmektedir; bu çalışmada, tavukların bir kanatlı işleme tesisine nakledilmeden önce geçirdikleri oruç dönemine benzer şekilde, sevkiyattan önce simüle edilmiş bir oruç döneminde broyler tavukların içme suyuna formik asit eklenmiştir. İçme suyuna formik asit eklenmesi, kursak ve epididimiste S. Typhimurium sayısında ve S. Typhimurium pozitif kursak sıklığında azalmaya neden oldu, ancak pozitif epididimis sayısında azalma olmadı (135). Organik asitleri alt gastrointestinal sistemde aktif oldukları sırada koruyabilen dağıtım sistemlerinin geliştirilmesi, etkinliğin iyileştirilmesine yardımcı olabilir. Örneğin, formik asidin mikroenkapsülasyonu ve yemeğe eklenmesinin, çekum içeriğindeki Salmonella Enteritidis sayısını azalttığı gösterilmiştir (136). Bununla birlikte, bu durum hayvan türüne bağlı olarak değişebilir. Örneğin, Walia ve ark. (137) formik asit, sitrik asit ve uçucu yağ kapsülleri karışımıyla beslenen 28 günlük domuzların kör bağırsaklarında veya lenf düğümlerinde Salmonella'da bir azalma gözlemlemediler ve dışkıdaki Salmonella atılımı 14. günde azalmış olsa da 28. günde azalmadı. Domuzlar arasında Salmonella'nın yatay bulaşmasının önlendiğini gösterdiler.
Hayvancılıkta antimikrobiyal ajan olarak formik asit üzerine yapılan çalışmalar öncelikle gıda kaynaklı Salmonella'ya odaklanmış olsa da, diğer gastrointestinal patojenleri hedef alan bazı çalışmalar da mevcuttur. Kovanda ve ark. (68) tarafından yapılan in vitro çalışmalar, formik asidin Escherichia coli ve Campylobacter jejuni dahil olmak üzere diğer gastrointestinal gıda kaynaklı patojenlere karşı da etkili olabileceğini göstermektedir. Daha önceki çalışmalar, organik asitlerin (örneğin, laktik asit) ve formik asit içeren ticari karışımların kümes hayvanlarında Campylobacter seviyelerini azaltabileceğini göstermiştir (135, 138). Bununla birlikte, Beyer ve ark. (67) tarafından daha önce belirtildiği gibi, formik asidin Campylobacter'e karşı antimikrobiyal ajan olarak kullanımı dikkat gerektirebilir. Bu bulgu, özellikle kümes hayvanlarında diyet takviyesi için sorunludur çünkü formik asit, C. jejuni için birincil solunum enerji kaynağıdır. Ayrıca, gastrointestinal nişinin bir kısmının, gastrointestinal bakteriler tarafından üretilen karışık asit fermantasyon ürünleriyle (örneğin format) metabolik çapraz beslenmeden kaynaklandığı düşünülmektedir (139). Bu görüşün bazı dayanakları vardır. Format, C. jejuni için kemoçekici bir madde olduğundan, hem format dehidrojenaz hem de hidrojenazda kusurları olan çift mutantların, yabani tip C. jejuni suşlarına kıyasla broyler tavuklarda çekum kolonizasyon oranları daha düşüktür (140, 141). Dışarıdan formik asit takviyesinin, tavuklarda C. jejuni'nin gastrointestinal sistem kolonizasyonunu ne ölçüde etkilediği hala belirsizdir. Gerçek gastrointestinal format konsantrasyonları, diğer gastrointestinal bakteriler tarafından format katabolizması veya üst gastrointestinal sistemde format emilimi nedeniyle daha düşük olabilir, bu nedenle bunu etkileyebilecek çeşitli değişkenler vardır. Ek olarak, format, bazı gastrointestinal bakteriler tarafından üretilen potansiyel bir fermantasyon ürünüdür ve bu da toplam gastrointestinal format seviyelerini etkileyebilir. Metagenomik yöntem kullanılarak gastrointestinal içerikteki format miktarının belirlenmesi ve format dehidrojenaz genlerinin tanımlanması, format üreten mikroorganizmaların ekolojisinin bazı yönlerine ışık tutabilir.
Roth ve ark. (142), broyler tavuklara enrofloksasin antibiyotiği veya formik, asetik ve propiyonik asit karışımı verilmesinin antibiyotiğe dirençli Escherichia coli'nin yaygınlığı üzerindeki etkilerini karşılaştırdı. Toplam ve antibiyotiğe dirençli E. coli izolatları, 1 günlük broyler tavuklardan alınan birleştirilmiş dışkı örneklerinde ve 14 ve 38 günlük broyler tavuklardan alınan çekum içeriği örneklerinde sayıldı. E. coli izolatları, her bir antibiyotik için önceden belirlenmiş kırılma noktalarına göre ampisilin, sefotaksim, siprofloksasin, streptomisin, sülfametoksazol ve tetrasikline karşı direnç açısından test edildi. İlgili E. coli popülasyonları nicelendirildiğinde ve karakterize edildiğinde, ne enrofloksasin ne de asit kokteyli takviyesi, 17 ve 28 günlük broyler tavukların çekumlarından izole edilen toplam E. coli sayısını değiştirmedi. Enrofloksasin takviyeli diyetle beslenen kuşlarda, kör bağırsakta siprofloksasin, streptomisin, sülfametoksazol ve tetrasikline dirençli E. coli seviyelerinde artış, sefotaksime dirençli E. coli seviyelerinde ise azalma gözlemlenmiştir. Karışık asit ile beslenen kuşlarda ise, kontrol ve enrofloksasin takviyeli kuşlara kıyasla kör bağırsakta ampisilin ve tetrasikline dirençli E. coli sayısında azalma görülmüştür. Karışık asit ile beslenen kuşlarda da, enrofloksasin ile beslenen kuşlara kıyasla kör bağırsakta siprofloksasin ve sülfametoksazol dirençli E. coli sayısında azalma olmuştur. Asitlerin toplam E. coli sayısını azaltmadan antibiyotik dirençli E. coli sayısını nasıl azalttığı mekanizması hala belirsizdir. Bununla birlikte, Roth ve ark. tarafından yapılan çalışmanın sonuçları, enrofloksasin grubuyla tutarlıdır. (142) Bu, Cabezon ve diğerleri tarafından tanımlanan plazmit bağlantılı inhibitörler gibi E. coli'de antibiyotik direnç genlerinin yayılımının azaldığının bir göstergesi olabilir (143). Formik asit gibi yem katkı maddelerinin varlığında kümes hayvanlarının gastrointestinal popülasyonunda plazmit aracılı antibiyotik direncinin daha derinlemesine bir analizini yapmak ve bu analizi gastrointestinal direnç genomunu değerlendirerek daha da iyileştirmek ilginç olacaktır.
Patojenlere karşı optimal antimikrobiyal yem katkı maddelerinin geliştirilmesi, ideal olarak, özellikle konakçı için yararlı kabul edilen mikrobiyota üzerinde, genel gastrointestinal floraya minimum düzeyde etki etmelidir. Bununla birlikte, dışarıdan uygulanan organik asitler, yerleşik gastrointestinal mikrobiyota üzerinde zararlı etkilere sahip olabilir ve bir ölçüde patojenlere karşı koruyucu özelliklerini ortadan kaldırabilir. Örneğin, Thompson ve Hinton (129), formik ve propiyonik asit karışımıyla beslenen yumurtlayan tavuklarda kursak laktik asit seviyelerinde azalma gözlemlemiş ve kursakta bu ekzojen organik asitlerin varlığının kursak laktobasillerinde azalmaya yol açtığını öne sürmüştür. Kursak laktobasilleri Salmonella için bir bariyer olarak kabul edilir ve bu nedenle yerleşik kursak mikrobiyotasının bozulması, gastrointestinal sistemin Salmonella kolonizasyonunun başarılı bir şekilde azaltılması için zararlı olabilir (144). Açıkgöz ve ark., kuşların alt gastrointestinal sistem etkilerinin daha düşük olabileceğini bulmuştur. (145) Formik asit ile asitlendirilmiş su içen 42 günlük broyler civcivlerde toplam bağırsak florası veya Escherichia coli sayılarında herhangi bir fark bulunmadı. Yazarlar bunun, diğer araştırmacıların ekzojen olarak uygulanan kısa zincirli yağ asitleri (SCFA) ile gözlemlediği gibi, formatın üst gastrointestinal sistemde metabolize edilmesinden kaynaklanabileceğini öne sürdüler (128, 129).
Formik asidin bir tür kapsülleme yoluyla korunması, alt gastrointestinal sisteme ulaşmasına yardımcı olabilir. (146), mikroenkapsüle edilmiş formik asidin, korunmasız formik asit ile beslenen domuzlara kıyasla domuzların kör bağırsaklarında toplam kısa zincirli yağ asidi (SCFA) içeriğini önemli ölçüde artırdığını belirtmiştir. Bu sonuç, yazarların formik asidin uygun şekilde korunması durumunda alt gastrointestinal sisteme etkili bir şekilde ulaşabileceğini öne sürmelerine yol açmıştır. Bununla birlikte, format ve laktat konsantrasyonları gibi diğer bazı parametreler, kontrol diyetiyle beslenen domuzlardakinden daha yüksek olmasına rağmen, korunmasız format diyetiyle beslenen domuzlardakinden istatistiksel olarak farklı değildi. Hem korunmasız hem de korumalı formik asit ile beslenen domuzlarda laktik asitte yaklaşık üç kat artış görülmesine rağmen, laktobasil sayımları her iki tedaviyle de değişmedi. Bu farklılıklar, kör bağırsaktaki diğer laktik asit üreten mikroorganizmalar için daha belirgin olabilir (1) bu yöntemlerle tespit edilemeyen ve/veya (2) metabolik aktivitesi etkilenen ve böylece yerleşik laktobasillerin daha fazla laktik asit üretmesine neden olan mikroorganizmalar için.
Çiftlik hayvanlarının gastrointestinal sistemine yem katkı maddelerinin etkilerini daha doğru bir şekilde incelemek için daha yüksek çözünürlüklü mikrobiyal tanımlama yöntemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Son birkaç yıldır, mikrobiyom taksonlarını tanımlamak ve mikrobiyal toplulukların çeşitliliğini karşılaştırmak için 16S RNA geninin yeni nesil dizilemesi (NGS) kullanılmıştır (147), bu da diyet yem katkı maddeleri ile kümes hayvanları gibi gıda hayvanlarının gastrointestinal mikrobiyotası arasındaki etkileşimlerin daha iyi anlaşılmasını sağlamıştır.
Çeşitli çalışmalar, tavuk gastrointestinal mikrobiyomunun format takviyesine verdiği yanıtı değerlendirmek için mikrobiyom dizileme yöntemini kullanmıştır. Oakley ve ark. (148), içme sularına veya yemlerine çeşitli formik asit, propiyonik asit ve orta zincirli yağ asitleri kombinasyonları eklenmiş 42 günlük broyler tavuklarında bir çalışma yürütmüştür. Bağışıklık kazandırılmış tavuklar, nalidiksik aside dirençli bir Salmonella typhimurium suşu ile enfekte edilmiş ve kör bağırsakları 0, 7, 21 ve 42 günlükken alınmıştır. Kör bağırsak örnekleri 454 pirosekanslama için hazırlanmış ve sekanslama sonuçları sınıflandırma ve benzerlik karşılaştırması için değerlendirilmiştir. Genel olarak, uygulamalar kör bağırsak mikrobiyomunu veya S. Typhimurium seviyelerini önemli ölçüde etkilememiştir. Bununla birlikte, mikrobiyomun taksonomik analiziyle doğrulandığı üzere, kuşlar yaşlandıkça genel Salmonella tespit oranları azalmış ve Salmonella sekanslarının nispi bolluğu da zamanla azalmıştır. Yazarlar, piliçler yaşlandıkça kör bağırsak mikrobiyal popülasyonunun çeşitliliğinin arttığını ve tüm tedavi gruplarında gastrointestinal florada en önemli değişikliklerin gözlemlendiğini belirtmektedir. Yakın zamanda yapılan bir çalışmada, Hu ve ark. (149), iki aşamada (1-21 gün ve 22-42 gün) toplanan piliçlerden alınan kör bağırsak mikrobiyom örnekleri üzerinde içme suyu ve organik asit karışımı (formik asit, asetik asit, propiyonik asit ve amonyum format) ve virginiamisin ile takviye edilmiş bir diyetle beslenmenin etkilerini karşılaştırmıştır. 21 günlük yaşta tedavi grupları arasında kör bağırsak mikrobiyom çeşitliliğinde bazı farklılıklar gözlemlenmesine rağmen, 42 günlük yaşta α- veya β-bakteri çeşitliliğinde herhangi bir farklılık tespit edilmemiştir. 42 günlük yaşta farklılıkların olmaması göz önüne alındığında, yazarlar büyüme avantajının, optimum düzeyde çeşitli bir mikrobiyomun daha erken kurulmasından kaynaklanabileceğini varsaymıştır.
Sadece çekum mikrobiyal topluluğuna odaklanan mikrobiyom analizi, diyet organik asitlerinin etkilerinin gastrointestinal sistemin neresinde daha çok meydana geldiğini yansıtmayabilir. Hume ve ark. (128)'in sonuçlarının da gösterdiği gibi, broyler tavukların üst gastrointestinal sistem mikrobiyomu, diyet organik asitlerinin etkilerine daha duyarlı olabilir. Hume ve ark. (128), dışarıdan eklenen propiyonatın çoğunun kuşların üst gastrointestinal sisteminde emildiğini göstermiştir. Gastrointestinal mikroorganizmaların karakterizasyonu üzerine yapılan son çalışmalar da bu görüşü desteklemektedir. Nava ve ark. (150), organik asitlerin [DL-2-hidroksi-4(metiltiyo)bütirik asit], formik asit ve propiyonik asit (HFP) karışımının bağırsak mikrobiyotasını etkilediğini ve tavukların ileumunda Lactobacillus kolonizasyonunu artırdığını göstermiştir. Son zamanlarda, Goodarzi Borojeni ve ark. (150) organik asit karışımının [DL-2-hidroksi-4(metiltiyo)bütirik asit], formik asit ve propiyonik asit (HFP) kombinasyonunun bağırsak mikrobiyotasını etkilediğini ve tavukların ileumunda Lactobacillus kolonizasyonunu artırdığını göstermiştir. (151) broyler tavuklarına 35 gün boyunca iki konsantrasyonda (%0,75 ve %1,50) formik asit ve propiyonik asit karışımı yedirmeyi incelemiştir. Deneyin sonunda kursak, mide, ileumun distal üçte ikisi ve çekum çıkarılmış ve RT-PCR kullanılarak spesifik gastrointestinal flora ve metabolitlerin kantitatif analizi için örnekler alınmıştır. Kültürde, organik asitlerin konsantrasyonu Lactobacillus veya Bifidobacterium bolluğunu etkilememiş, ancak Clostridium popülasyonunu artırmıştır. İleumda tek değişiklik Lactobacillus ve Enterobacter'da azalma iken, çekumda bu flora değişmeden kalmıştır (151). En yüksek organik asit takviyesi konsantrasyonunda, kursakta toplam laktik asit konsantrasyonu (D ve L) azalmış, taşlıkta her iki organik asidin konsantrasyonu da azalmış ve kör bağırsakta organik asit konsantrasyonu daha düşük olmuştur. İleumda herhangi bir değişiklik gözlenmemiştir. Kısa zincirli yağ asitleri (SCFA'lar) açısından, organik asitlerle beslenen kuşların kursak ve taşlığındaki tek değişiklik propiyonat seviyesinde olmuştur. Daha düşük konsantrasyonda organik asit ile beslenen kuşlarda kursakta propiyonat neredeyse on kat artarken, iki farklı konsantrasyonda organik asit ile beslenen kuşlarda taşlıkta sırasıyla sekiz ve on beş kat propiyonat artışı gözlenmiştir. İleumdaki asetat artışı iki kattan az olmuştur. Genel olarak, bu veriler, dışarıdan organik asit uygulamasının etkilerinin çoğunun verimde görüldüğü, organik asitlerin alt gastrointestinal mikrobiyal topluluk üzerinde ise minimal etkileri olduğu görüşünü desteklemekte ve üst gastrointestinal yerleşik floranın fermantasyon modellerinin değişmiş olabileceğini düşündürmektedir.
Açıkça görülüyor ki, gastrointestinal sistem boyunca formata karşı mikrobiyal tepkileri tam olarak aydınlatmak için mikrobiyomun daha derinlemesine karakterizasyonuna ihtiyaç vardır. Özellikle kursak gibi üst bölümler olmak üzere, belirli gastrointestinal bölümlerin mikrobiyal taksonomisinin daha derinlemesine analizi, belirli mikroorganizma gruplarının seçimine dair daha fazla bilgi sağlayabilir. Metabolik ve enzimatik aktiviteleri, gastrointestinal sisteme giren patojenlerle antagonistik bir ilişki içinde olup olmadıklarını da belirleyebilir. Ayrıca, kuşların yaşamı boyunca asidik kimyasal katkı maddelerine maruz kalmanın daha "asit toleranslı" yerleşik bakterileri seçip seçmediğini ve bu bakterilerin varlığının ve/veya metabolik aktivitesinin patojen kolonizasyonuna ek bir bariyer oluşturup oluşturmadığını belirlemek için metagenomik analizler yapmak da ilginç olacaktır.
Formik asit, uzun yıllardır hayvan yemlerinde kimyasal katkı maddesi ve silaj asitlendirici olarak kullanılmaktadır. Başlıca kullanım alanlarından biri, yemdeki patojen sayısını ve bunların kuşların gastrointestinal sisteminde kolonizasyonunu sınırlamak için antimikrobiyal etkisidir. İn vitro çalışmalar, formik asidin Salmonella ve diğer patojenlere karşı nispeten etkili bir antimikrobiyal ajan olduğunu göstermiştir. Bununla birlikte, formik asidin yem matrislerinde kullanımı, yem bileşenlerindeki yüksek miktarda organik madde ve potansiyel tamponlama kapasiteleri nedeniyle sınırlı olabilir. Formik asit, yem veya içme suyu yoluyla alındığında Salmonella ve diğer patojenler üzerinde antagonistik bir etkiye sahip gibi görünmektedir. Ancak bu antagonizm öncelikle üst gastrointestinal sistemde meydana gelir, çünkü formik asit konsantrasyonları, propiyonik asitte olduğu gibi, alt gastrointestinal sistemde azalabilir. Formik asidi kapsülleme yoluyla koruma kavramı, daha fazla asidi alt gastrointestinal sisteme iletmek için potansiyel bir yaklaşım sunmaktadır. Ayrıca, çalışmalar organik asit karışımının tek bir asidin uygulanmasından daha etkili bir şekilde kümes hayvanı performansını iyileştirdiğini göstermiştir (152). Gastrointestinal sistemdeki Campylobacter, formik asidi elektron verici olarak kullanabildiği ve formik asit onun ana enerji kaynağı olduğu için formik aside farklı tepki verebilir. Gastrointestinal sistemdeki formik asit konsantrasyonlarının artmasının Campylobacter için faydalı olup olmayacağı belirsizdir ve bu durum, formik asidi substrat olarak kullanabilen diğer gastrointestinal floraya bağlı olarak gerçekleşmeyebilir.
Gastrointestinal formik asidin patojenik olmayan yerleşik gastrointestinal mikroplar üzerindeki etkilerini araştırmak için ek çalışmalara ihtiyaç vardır. Konakçı için faydalı olan gastrointestinal mikrobiyom üyelerini bozmadan, patojenleri seçici olarak hedeflemeyi tercih ediyoruz. Bununla birlikte, bu, bu yerleşik gastrointestinal mikrobiyal toplulukların mikrobiyom diziliminin daha derinlemesine bir analizini gerektirir. Formik asit ile tedavi edilen kuşların çekum mikrobiyomu üzerine bazı çalışmalar yayınlanmış olsa da, üst gastrointestinal mikrobiyal topluluğa daha fazla dikkat edilmesi gerekmektedir. Mikroorganizmaların tanımlanması ve formik asit varlığında veya yokluğunda gastrointestinal mikrobiyal topluluklar arasındaki benzerliklerin karşılaştırılması eksik bir tanımlama olabilir. Kompozisyonel olarak benzer gruplar arasındaki fonksiyonel farklılıkları karakterize etmek için metabolomik ve metagenomik dahil olmak üzere ek analizlere ihtiyaç vardır. Bu tür bir karakterizasyon, gastrointestinal mikrobiyal topluluk ile kuşların formik asit bazlı iyileştiricilere karşı performans tepkileri arasındaki ilişkiyi kurmak için kritiktir. Sindirim sistemi fonksiyonunu daha doğru bir şekilde karakterize etmek için birden fazla yaklaşımın birleştirilmesi, daha etkili organik asit takviyesi stratejilerinin geliştirilmesini ve nihayetinde gıda güvenliği risklerini sınırlarken kuşların optimal sağlığı ve performansına ilişkin tahminlerin iyileştirilmesini sağlayacaktır.
SR bu incelemeyi DD ve KR'nin yardımıyla yazmıştır. Tüm yazarlar bu incelemede sunulan çalışmaya önemli katkılarda bulunmuştur.
Yazarlar, bu incelemenin yazım ve yayın sürecini başlatmak için Anitox Corporation'dan finansman aldıklarını beyan ederler. Finansörlerin bu inceleme makalesinde ifade edilen görüş ve sonuçlar veya yayınlanma kararı üzerinde hiçbir etkisi olmamıştır.
Diğer yazarlar, araştırmanın potansiyel bir çıkar çatışması olarak yorumlanabilecek herhangi bir ticari veya mali ilişki olmaksızın yürütüldüğünü beyan ederler.
Dr. DD, Arkansas Üniversitesi Lisansüstü Okulu'ndan aldığı Seçkin Öğretim Bursu'nun yanı sıra, Arkansas Üniversitesi Hücre ve Moleküler Biyoloji Programı ve Gıda Bilimleri Bölümü'nden aldığı sürekli destek için teşekkürlerini sunar. Ayrıca, yazarlar bu incelemenin yazımında sağladığı ilk destek için Anitox'a teşekkür ederler.
1. Dibner JJ, Richards JD. Tarımda antibiyotik büyüme destekleyicilerinin kullanımı: tarihçe ve etki mekanizmaları. Poultry Science (2005) 84:634–43. doi: 10.1093/ps/84.4.634
2. Jones FT, Rick SC. Kanatlı yemlerinde antimikrobiyal geliştirme ve gözetimin tarihi. Kanatlı Bilimi (2003) 82:613–7. doi: 10.1093/ps/82.4.613
3. Broom LJ. Antibiyotik büyüme destekleyicilerinin alt inhibisyon teorisi. Kanatlı Bilimi (2017) 96:3104–5. doi: 10.3382/ps/pex114
4. Sorum H, L'Abe-Lund TM. Gıda kaynaklı bakterilerde antibiyotik direnci—küresel bakteri genetik ağlarındaki bozulmaların sonuçları. Uluslararası Gıda Mikrobiyolojisi Dergisi (2002) 78:43–56. doi: 10.1016/S0168-1605(02)00241-6
5. Van Immerseel F, Cauwaerts K, Devriese LA, Heesebroek F, Ducatel R. Yemlerde Salmonella kontrolü için yem katkı maddeleri. Dünya Kanatlı Bilimi Dergisi (2002) 58:501–13. doi: 10.1079/WPS20020036
6. Angulo FJ, Baker NL, Olsen SJ, Anderson A, Barrett TJ. Tarımda antimikrobiyal kullanım: antimikrobiyal direncin insanlara bulaşmasının kontrolü. Çocuk Enfeksiyon Hastalıkları Seminerleri (2004) 15:78–85. doi: 10.1053/j.spid.2004.01.010
7. Lekshmi M, Ammini P, Kumar S, Varela MF. Gıda üretim ortamları ve hayvansal kaynaklı insan patojenlerinde antimikrobiyal direncin evrimi. Mikrobiyoloji (2017) 5:11. doi: 10.3390/microorganisms5010011
8. Lourenço JM, Seidel DS, Callaway TR. Bölüm 9: Antibiyotikler ve bağırsak fonksiyonu: tarihçe ve güncel durum. Ricke SC, ed. Kanatlılarda bağırsak sağlığının iyileştirilmesi. Cambridge: Burley Dodd (2020). Sayfalar 189–204. DOI: 10.19103/AS2019.0059.10
9.Rick SC. No. 8: Yem Hijyeni. İçinde: Dewulf J, van Immerzeel F, eds. Hayvansal Üretimde ve Veteriner Hekimlikte Biyogüvenlik. Leuven: ACCO (2017). Sayfalar 144–76.