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AUTOR

Jog Raj

Marko Vasiljević

Simon Jackson

Estructura de las Endotoxinas y sus efectos en los animales

Los ingredientes de 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, se conoce poco sobre las endotoxinas. 

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
  • Un lípido A (Figura 1).
El antígeno O es la base de la tipificación serológica de las bacterias Gram negativas. El lípido A es la parte más bioactiva de la molécula. Las alteraciones del lípido A pueden permitir a las bacterias patógenas evadir la respuesta inmunitaria del huésped.

 

Figura 1.Estructura esquemática del LPS de E. coli

(Adaptado de Abate et al., Journal of Medical Microbiology, 2017).

 

Endotoxinas Versus Exotoxinas

Tanto las endotoxinas como las exotoxinas son potencialmente peligrosas para los animales y los seres humanos, aunque provocan sus efectos a través de mecanismos diferentes.

Exotoxinas

Las exotoxinas generalmente son proteínas, secretadas por las bacterias y liberadas fuera de la célula.

  • Tienen efectos tóxicos directos sobre las células del hospedador.

 

Endotoxinas

Las endotoxinas son componentes glicolipídicos de la pared celular de las bacterias y 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).

 

Endotoxinas en la alimentación animal

Las endotoxinas están presentes en todas partes del medio ambiente:

  • En el aire
  • En el agua
  • En 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 alimento hasta la granja.

 

A través de los alimentos, el ganado está constantemente expuesto a bacterias Gram negativas que contienen endotoxinas.

La exposición a la endotoxina en los alimentos está asociada a enfermedades. Los síntomas más comunes en el ganado son la muerte súbita o los síntomas nerviosos.

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

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 de las endotoxinas.

Una barrera intestinal alterada favorece la filtración de endotoxinas al torrente sanguíneo (Figura 2).

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 que actúa como barrera protectora.

  • No obstante, un pH ruminal bajo y una osmolaridad elevada reducen la función de barrera epitelial y aumentan la translocación de endotoxinas del rumen al torrente sanguíneo.

 

Figura 2. Transferencia de endotoxinas desde el lumen al torrente sanguíneo

Mecanismo de acción de los lipopolisacáridos

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.

Las respuestas a los LPS incluyen:

 Estimulación de TLR-4

La estimulación del receptor de LPS TLR-4 presente en células inmunitarias, conduce a la secreción de citoquinas proinflamatorias críticas.

En la sangre, el LPS puede formar complejos con la proteína de unión al LPS (LBP) para iniciar la cascada de señalización que conduce a la activación de los genes inflamatorios.

 

Activación del sistema del Complemento

El LPS activa el sistema del complemento, 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.

  • La activación descontrolada del Complemento por grandes cantidades de LPS causará daños a las células y tejidos del huésped.

 

Expresión de FT

El LPS estimula la expresión del factor tisular (FT) en las células inmunitarias. El FT forma un complejo altamente procoagulante, lo que conduce a la formación de coágulos de fibrina.

  • 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.

 

Síntesis de factores proinflamatorios

El LPS estimula la síntesis de mediadores lipídicos, incluido el FAP (factor activador de las plaquetas).

 

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 y predisposición a la trombosis.

La sepsis con hipotensión profunda se describe como shock séptico y conlleva una elevada mortalidad.

 

Tolerancia a las Endotoxinas
Síntesis

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).

Esta depresión del sistema inmunitario deja al animal expuesto a los agentes patógenos reales.

 

¿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:

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.

 

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.

 

Uso de adsorbentes de micotoxinas (inorgánicos u orgánicos). Se ha informado del uso de adsorbentes de micotoxinas para captar las endotoxinas; sin embargo, 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 alimentos.

 

Adsorción de Endotoxinas 

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 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

 

 

Minazel Plus es un producto a base de Clinoptilolita (zeolita) modificada orgánicamente.

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.

 

 

MycoRaid es un producto que contiene premezclas minerales, pared celular de levaduras, .. y extracto de hierbas.

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.

 

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.



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