در دهههای گذشته، آنتیبیوتیکها به عنوان محرک رشد به طور گسترده در صنعت خوراک طیور برای بهبود عملکرد پرورشی و اقتصادی استفاده میشدند. با این حال، استفاده مستمر و بیرویه از آنتیبیوتیکها در دوزهای پایین و غیردرمانی به عنوان محرک رشد، پیامد ناخواسته و بسیار خطرناکی به نام ایجاد مقاومت ضدمیکروبی در طیور را به همراه داشته است. در پی اثبات این خطرات، در سال ۲۰۰۶ استفاده از آنتیبیوتیکها در اتحادیه اروپا به دلیل نگرانیهای عمیق درباره ایجاد مقاومت آنتیبیوتیکی و به خطر افتادن سلامت انسان به طور رسمی ممنوع شد و پس از آن کشورهای دیگر نیز از این سیاست سختگیرانه پیروی کردند. بنابراین، یافتن افزودنیهای خوراکی ایمنی که بتوانند به عنوان یک جایگزین آنتی بیوتیک در جیره طیور در سیستمهای تولید صنعتی عمل کنند، به یک اقدام حیاتی و ضروری در دامپزشکی مدرن تبدیل شده است. به همین دلیل، طیف گستردهای از افزودنیهای خوراکی مورد مطالعه قرار گرفتند؛ از جمله آنزیمها، پروبیوتیکها، پریبیوتیکها، اسانسها، اسیدهای آلی و سایر ترکیبات بیولوژیک. تمامی این مواد فعال میتوانند تولید و سلامت دستگاه گوارش پرندگان را به شکل قابلتوجهی بهبود دهند و ممکن است در مدیریت مدرن فارمها، جایگزینهای برتری نسبت به آنتیبیوتیکهای سنتی باشند.
اسیدهای آلی قدرتمندترین جایگزین آنتی بیوتیک در جیره طیور
دانشمندان و متخصصان تغذیه به گزینههای دیگری مانند اسیدیکنندهها یا اسیدهای آلی (جایگزین آنتی بیوتیک در جیره طیور) توجه ویژهای کردهاند، زیرا این ترکیبات دارای خاصیت اثباتشده ضدباکتریایی در برابر انواع میکروبهای بیماریزای رودهای هستند. همچنین این اسیدهای ارگانیک باعث کاهش چشمگیر pH در محیط دستگاه گوارش پرنده میشوند که در نتیجه آن، استفاده بهتر و بهینهتر از مواد مغذی در جوجههای گوشتی رخ میدهد. مطالعات نشان داده است که اسیدهای آلی میتوانند قابلیت هضم پروتئین، خاصیت ضدباکتریایی، ترشح آنزیمهای پانکراس و ساختار بافتی روده را به شدت بهبود دهند. این اسیدها به عنوان افزودنی خوراک برای کاهش حضور عوامل بیماریزا در دان و بهبود عملکرد کلی دستگاه گوارش با موفقیت مورد استفاده قرار گرفتهاند.
ساختار شیمیایی و طبقه بندی تخصصی اسیدهای آلی در تغذیه
از منظر بیوشیمیایی، اسیدهای آلی جایگزین آنتی بیوتیک در جیره طیور در دسته اسیدهای ضعیفی طبقهبندی میشوند که در محیط آبی تنها بهصورت جزئی تجزیه میگردند. گروه عاملی کربوکسیل موجود در ساختار شیمیایی اسیدهای آلی، عامل اصلی ایجاد خاصیت اسیدی آنهاست. نکته قابل توجه این است که اسیدهای آلی نسبت به اسیدهای معدنی و سنتتیک دارای طعمی ملایمتر برای پرنده بوده و در عین حال اثر ضدباکتریایی قویتری از خود نشان میدهند.
اغلب اسیدهای آلی که خاصیت ضدباکتریایی قدرتمندی دارند، دارای شاخص pKa بین ۳ تا ۵ هستند. نمونههایی از انواع اصلی اسیدهای آلی که به عنوان جایگزین آنتی بیوتیک در جیره طیور کاربرد دارند عبارتند از:
- اسیدهای مونوکربوکسیلیک ساده مانند اسید استیک، پروپیونیک، فرمیک و بوتیریک.
- اسیدهای هیدروکسیکربوکسیلیک مانند اسید مالیک، تارتاریک، لاکتیک و سیتریک.
- اسیدهای کربوکسیلیک زنجیره کوتاه با پیوند دوگانه مانند اسید سوربیک و فوماریک.
برخی از مهمترین اسیدهای آلی جایگزین آنتی بیوتیک در جیره طیور مورد مطالعه که اثرات بسیار مثبتی بر عملکرد و سلامت حیوان نشان دادهاند شامل اسید فرمیک، فوماریک، سیتریک و بوتیریک هستند.
اگر به دنبال درمان آدنوویروس در طیور و شناخت بهتر این بیماری شایع پرندگان هستید، مقالات تخصصی وبسایت محمدیان را از دست ندهید.
مکانیسم بیوشیمیایی نفوذ به غشای سلولی و افت سطح pH
اسیدیکنندهها با پایین آوردن سطح pH خوراک مصرفی، از همان ابتدا از تکثیر و رشد باکتریهای مضر در دان جلوگیری میکنند. در محیطهای گوارشی با pH کمتر از ۵، رشد بسیاری از باکتریهای حساس به اسید (مانند باکتریهای خطرناک E. coli و Salmonella) کاهش مییابد. تغییر pH خوراک میتواند با جلوگیری از تکثیر باکتریهای مضر، رقابت میکروبی برای مصرف منابع غذایی میزبان را به شدت کاهش دهد که این امر یک وضعیت کاملاً نامطلوب برای میکروبهای بیماریزا ایجاد میکند. خاصیت لیپوفیلیک (چربیدوستی) مولکولهای تجزیهنشده اسیدهای آلی موجب میشود که این ترکیبات بتوانند به راحتی از سد نیمهتراوای غشای سلولی باکتریها عبور کرده و وارد فضای داخلی آنها شوند.
تخلیه مرگبار انرژی سلولی در باکتری های بیماری زا
مکانیسم کلیدی و نابودگر اسیدهای آلی جایگزین آنتی بیوتیک در جیره طیور در فضای داخلی سلول باکتری رخ میدهد. اسیدهای آلی قادرند با ایجاد اختلال شدید در انتقال مواد غذایی و متابولیسم انرژی باکتریها، ساختار غشای سلولی آنها را دگرگون سازند. اسیدهای آلی پس از اینکه از طریق غشای سلولی وارد سلول شدند، در محیط سیتوپلاسم باکتری به پروتونها و آنیونها تجزیه میشوند که انباشت این یونها برای سلول بسیار سمی است. سلولهای باکتریایی برای محافظت از بقای خود مجبورند این یونهای سمی را به سرعت از سلول خارج کنند؛ اما این فرایند پمپاژ یون به مصرف انرژی بسیار بالایی نیاز دارد. در نتیجه این واکنش اجباری، تمامی ذخایر انرژی سلول باکتری تخلیه شده و در نهایت پدیده مرگ سلولی رخ میدهد.
مقاومت بیولوژیک و سازگاری باکتری های مفید روده
یکی از برتریهای استفاده از این ترکیبات به عنوان جایگزین آنتی بیوتیک در جیره طیور، حفظ فلور طبیعی روده است. خوشبختانه باکتریهای مفیدی مانند گونههای Bifidobacteria و Lactobacillus نسبت به Salmonella حساسیت به مراتب کمتری به افت pH محیط دارند و در نتیجه در برابر اثرات کشنده اسیدهای آلی مقاومتر هستند. در واقع باکتریهای مفید نسبت به باکتریهای بیماریزا در محیطهای با pH پایینتر توانایی رشد بهتری دارند. افزایش جمعیت باکتریهای مفید در روده احتمالاً به دلیل مهار گسترده باکتریهای بیماریزا است که باعث افزایش دسترسی به منابع غذایی برای سایر میکروارگانیسمهای همزیست در روده پرنده میشود. همچنین مطالعات اثبات کرده است که استفاده از اسیدهای آلی (جایگزین آنتی بیوتیک در جیره طیور) در گلههای مرغهای تخمگذار موجب بهبود عملکرد تولیدی، تقویت پاسخ سیستم ایمنی ضد سالمونلا و کاهش میزان عفونت سالمونلوز میشود و میتواند مقاومت سیستمیک پرندگان را در برابر این باکتری افزایش دهد.
اسانس های گیاهی (فیتوبیوتیک)؛ دومین جایگزین آنتی بیوتیک در جیره طیور
اسانسهای گیاهی ترکیباتی هستند که از هزاران سال پیش توسط بشر شناسایی شدهاند و در توسعه صنعت داروسازی نقش بسیار مهمی داشتهاند. جالب است بدانید که استخراج اسانسها از گیاهان بیش از ۵ هزار سال پیش انجام میشده است، اما با کشف پنیسیلین و آنتیبیوتیکها به عنوان مؤثرترین روش درمان عفونتهای باکتریایی، تحقیقات علمی درباره اسانسها برای مدتی طولانی متوقف شد. امروزه، در سالهای اخیر استفاده ترکیبی از اسیدیکنندهها و اسانسها به طور گستردهای رواج یافته و نتایج قابل توجهی به همراه داشته است. اسانسها که ترکیباتی فرّار و گیاهی هستند، معمولاً از طریق فرآیند تقطیر از مواد گیاهی استخراج میشوند.
کاربرد اسانس گیاهی در پرورش طیور
این روغنهای فرّار جایگزین آنتی بیوتیک در جیره طیور دارای فعالیتهای قدرتمند ضدباکتریایی، ضدویروسی و ضدقارچی هستند. همچنین این ترکیبات دارای اثرات تعدیلکننده سیستم ایمنی، کاهشدهنده چربی خون و محرک فرآیند هضم بوده و میتوانند برای کاهش استرس گرمایی در سیستمهای پرورش طیور مورد استفاده قرار گیرند. افزایش وزن بدن، بهبود ضریب تبدیل خوراک، افزایش ترشح آنزیمهای گوارشی و بهبود قابلیت هضم مواد مغذی از جمله اثرات بسیار مطلوب اسانسها بر عملکرد جوجههای گوشتی گزارش شدهاند. همچنین استفاده از این ترکیبات در تغذیه طیور تخمگذار نیز موجب بهبودهای قابل توجهی در حجم تولید و کیفیت تخممرغ شده است. به دلیل برخورداری از ترکیب شیمیایی ویژه و غنی، روغنهای اسانسی استخراج شده از گیاهانی مانند پونه کوهی، دارچین، سیر، آویشن، نعناع فلفلی، نعناع سبز، علف لیمو، اسطوخودوس و مریمگلی به عنوان یک جایگزین آنتی بیوتیک در جیره طیور به طور گسترده در سراسر جهان مورد استفاده قرار میگیرند.
طبقهبندی بیوشیمیایی و تنوع ساختاری اسانس های گیاهی
ترکیب شیمیایی اسانسهای گیاهی (جایگزین آنتی بیوتیک در جیره طیور) بسیار پیچیده است و شامل مخلوطهایی از دو گروه اصلی ترکیبات میشود: ترپنوئیدها و ترکیبات آروماتیک. اسانسها بر پایه متابولیتهای ثانویه گیاهان به چهار گروه اصلی دستهبندی میشوند: آلکالوئیدهای نیتروژندار، فنولها، ترپنوئیدها و ترکیبات حاوی گوگرد. تمام این متابولیتهای ارزشمند حاوی گروههای عاملی مشترکی همچون حلقههای بنزیلی، آلکیلها، گروههای هیدروکسیل، استروئیدها و الکلها میباشند. ترکیب متفاوت و درهمتنیده این گروههای شیمیایی منجر به تشکیل مولکولهای جدیدی با ساختار و فعالیت زیستی منحصربهفرد میگردد. این متابولیتهای ثانویه در انواع مختلف سلولهای گیاهی و از مسیرهای پیچیده متابولیسم نیتروژن (به عنوان مثال از طریق فرآیند دیآمیناسیون) شکل میگیرند.
فعالیت زیستی و قدرتمند روغنهای اسانسی جایگزین آنتی بیوتیک در جیره طیور به دلیل وجود همین ترکیبات فرّار متعدد حاصل از متابولیسم ثانویه گیاهان دارویی و معطر است، اگرچه در مقایسه با متابولیتهای اولیه گیاه، مقدار تولید متابولیتهای ثانویه بسیار کمتر است. از آنجا که اسانسها ترکیباتی به شدت واکنشپذیر و فرّار هستند، کارایی نهایی آنها در بدن حیوانات کاملاً به شرایط تولید و فرآوری روغنها و همچنین وضعیت اسیدیته محیط داخلی دستگاه گوارش حیوان بستگی دارد. این تنوع در انتخاب نوع روغن، ترکیب آنها، گروههای عاملی و تعاملات همافزا موجب شده است تا نتایج تحقیقات میان پژوهشگران متفاوت باشد.
مکانیسم تخریب فیزیکی و اختلال در اسانس گیاهی
رایجترین مکانیسم فعالیت ضدمیکروبی در اسانسهای گیاهی (جایگزین آنتی بیوتیک در جیره طیور)، ایجاد اختلال فیزیکی در غشای سلولی باکتری است که تا حدی مکانیسمی مشابه عملکرد اسیدهای آلی دارد. تجمع متراکم ترکیبات زیستفعال اسانسها در دولایه فسفولیپیدیِ غشای سیتوپلاسمی میکروارگانیسمها، موجب تخریب بافت غشا، افزایش شدید نفوذپذیری و سیالیت آن، نشت محتویات حیاتی داخل سلولی، اختلال در عملکرد پروتئینهای غشایی و در نهایت مرگ حتمی سلول میشود. در واقع، خاصیت آبگریزی (هیدروفوبیک) در روغنهای اسانسی به طور مستقیمی با فعالیت ضدباکتریایی آنها مرتبط است. این ویژگی منحصربهفرد موجب اختلال در نفوذپذیری غشای سلولی و از بین رفتن هموستاز (تعادل پایدار) سلول میشود و میتواند به از دست رفتن ترکیبات زیستی، ورود مواد جدید و سمی به سلول یا مرگ سلولی منجر شود. به طور کلی ساختار بیولوژیک باکتریهای گرم منفی به دلیل داشتن اجزای آبدوست بیشتر در غشای خارجی خود، نسبت به اثرات تخریبی اسانسها مقاومت بیشتری از باکتریهای گرم مثبت نشان میدهند.
همچنین اسانسهای جایگزین آنتی بیوتیک در جیره طیور برای مهار رشد انواع قارچها نیز از چندین مکانیسم دفاعی همزمان استفاده میکنند؛ از جمله ایجاد اختلال در غشای سلولی، مهار فرایند سنتز دیواره سلولی، اختلال در عملکرد اندامک میتوکندری، مسدود کردن پمپهای خروجی و تولید گونههای اکسیژن فعال (ROS) که منجر به تخریب قارچ میشود.
فارماکوکینتیک، جذب رودهای و متابولیسم اسانس در پرنده
بررسی مسیر عبور این مواد جایگزین آنتی بیوتیک در جیره طیور در دستگاه گوارش نشان میدهد که مولکولهای اسانسها به شدت تمایل دارند تا با مواد غذایی هضمشده در لوله گوارش پیوند برقرار کنند. در نتیجه این اتصال، مواد فعال میتوانند با موفقیت به معده پرنده نفوذ کرده و در آنجا به طور کامل محلول و جذب سیستمیک شوند. زمانبندی این فرآیند بسیار سریع است؛ به طوری که تنها دو ساعت پس از مصرف، ترکیبات فعال اسانسها در بالاترین غلظت خونی خود قرار دارند و پس از گذشت پنج ساعت، بیشتر آنها از جریان خون حذف میشوند. در نهایت بخش زیادی از ترکیبات روغنهای اسانسی از طریق کلیهها دفع میشود و پلیفنولهایی که در روده جذب یا متابولیزه نمیشوند مستقیماً از طریق مدفوع دفع میگردند.
بررسی سمیت بیولوژیک و عوارض جانبی در مصرف غیراصولی
با وجود مزایای بیشمار جایگزین آنتی بیوتیک در جیره طیور، تنوع بسیار زیاد ترکیبات فعال (که گاهی از چند تا صدها ماده در یک نوع اسانس متغیر است) ارزیابی دقیق سمیت آنها را دشوار میسازد. استفاده بیرویه و خارج از دوز مشخص از این ترکیبات میتواند عوارض جانبی ایجاد کند. مکانیسمهای اصلی سمیت بیولوژیک این مواد شامل تولید افراطی گونههای اکسیژن فعال، ایجاد اختلال در چرخه سلولی، آسیب مستقیم به میتوکندری، تغییرات ساختاری در DNA و فعالسازی مسیر التهابی موسوم به NF-κB است که در نهایت به فرآیند آپوپتوز (مرگ سلولی برنامهریزیشده) ختم میشود. به عنوان نمونههای بارز از این عوارض، میتوان اشاره کرد که روغن لیمو دارای خاصیت توهمزا برای حیوان است و مصرف روغن نعناع وحشی در دوزهای بالا میتواند باعث ایجاد سقط جنین در دام و طیور شود.
اثر هم افزایی در جیره بندی طیور
استراتژی برتر در فرمولاسیون یک جایگزین آنتی بیوتیک در جیره طیور، بهرهگیری از خاصیت همافزایی (سینرژیسم) این ترکیبات است. از آنجا که اسیدهای آلی برای اثربخشی کامل باید از غشای سلولی باکتری عبور کنند، اختلال ایجاد شده توسط روغنهای اسانسی در غشای سلولی میتواند میزان نفوذ اسیدهای آلی به داخل سیتوپلاسم باکتری را به شدت افزایش دهد. این اسیدهای آلی در حالت تفکیکنشده وارد سلول شده و باعث کاهش شدید pH داخل سلول میشوند که این افت اسیدیته، متابولیسم باکتری را کاملاً مختل کرده و در نهایت موجب مرگ باکتریهای حساس به تغییرات pH مانند E. coli، Clostridium perfringens و Salmonella میگردد. افزودن ترکیبیِ اسیدهای آلی و اسانسها که موجب کاهش pH میشوند، رشد گروه بزرگی از باکتریهای بیماریزا را مهار کرده و در عین حال شرایط زیستی بسیار مناسبی برای تکثیر باکتریهای مفید فراهم میکند.
پروتکل سه گانه کاربرد ترکیبات آلی در فارم های صنعتی
برای بهرهمندی عملی از اسیدهای آلی به عنوان قدرتمندترین جایگزین آنتی بیوتیک در جیره طیور، تولیدکنندگان صنعتی این محصولات را به سه روش استراتژیک در پروسه تولید به کار میگیرند:
- افزودن بهصورت جامد در خوراک طیور: ترکیب این اسیدها به عنوان جایگزین آنتی بیوتیک در جیره طیور به صورت پودر در جیره، رشد انواع کپکها در خوراک را مهار کرده و با ورود به دستگاه گوارش، pH چینهدان پرنده را به شدت کاهش میدهد.
- افزودن مستقیم به آب آشامیدنی: این اقدام در خطوط آبخوری موجب نابودی گسترده میکروبها شده، به عملکرد گندزدایی کلر در حذف باکتریها کمک کرده و همچنین pH محیط چینهدان را تنظیم و کاهش میدهد.
- اسپری مستقیم روی بستر مرغداری: یکی از کاربردهای نوین و بسیار مؤثر این اسیدهای جایگزین آنتی بیوتیک در جیره طیور، استفاده به عنوان مواد ضدعفونیکننده بستر است. اسپری کردن اسیدهای آلی با مهار میکروارگانیسمها و باکتریهای مسئول در تجزیه اسید اوریک مدفوع، میزان تولید و آزادسازی گاز سمی آمونیاک در هوای سالن پرورش را به حداقل میرساند.
جمعبندی؛ جایگزین آنتی بیوتیک در جیره طیور
حذف آنتیبیوتیکهای محرک رشد در صنعت دامپروری نوین، دیگر یک انتخاب نیست بلکه یک الزام قاطع بهداشتی و قانونی است. عبور ایمن از این محدودیتها نیازمند طراحی استراتژیهای جایگزین بر پایه بیوشیمی دستگاه گوارش است. ترکیب مهندسیشده اسیدهای آلی و اسانسهای گیاهی (فیتوبیوتیکها) به عنوان یک جایگزین آنتی بیوتیک در جیره طیور، با تکیه بر ویژگیهای لیپوفیلیک، توانایی افت pH محیطی و قابلیت تخریب فیزیکی غشای عوامل بیماریزا، یک سد دفاعی غیرقابل نفوذ در سیستم گوارشی پرنده ایجاد میکند. این همافزایی ارگانیک نه تنها فلور طبیعی روده را حفظ و تقویت مینماید، بلکه بدون کوچکترین خطری برای ایجاد مقاومت دارویی، راندمان اقتصادی، قابلیت هضم و سلامت سیستمیک گله را در بالاترین سطح ممکن تضمین خواهد کرد.
