Parte II Proteínas y péptidos bioactivos en nutrición porcina

07/04/2015

Nutrientes

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Escrito por: Dr. Alfred Blanch
Asesor en ingredientes y aditivos en pienso
Revista: NutriNews Marzo 2015

 

El estudio y uso de proteínas y péptidos bioactivos derivados de la leche y del plasma sanguíneo en nutrición porcina han sido recientemente abordados en la primera parte del presente trabajo, publicada en el número 1 de nutriNews (Noviembre 2014).

 

En esta segunda parte, se revisará la aplicación en nutrición porcina de otras proteínas y péptidos funcionales como son aquellos presentes en hidrolizados de mucosa intestinal porcina, en huevo, en el colágeno u otros procedentes de fuentes diversas.

 

Péptidos de Hidrolizados de Mucosa Intestinal Porcina

En destete 

Otra fuente de péptidos bioactivos son los hidrolizados de mucosa intestinal porcina. Los péptidos derivados de dichos hidrolizados de origen animal se caracterizan por su pequeño tamaño molecular promedio.

Durante el proceso de hidrólisis, las grandes moléculas proteicas presentes en la mucosa intestinal se fraccionan en partículas mucho más pequeñas. Así, los péptidos obtenidos a partir de tejido intestinal porcino presentan un tamaño molecular medio no mayor de 500 Dalton o tres aminoácidos (Van Deun, 2014).

A finales de los ochenta, ya se describió un péptido bioactivo aislado del intestino delgado del cerdo, conocido como cecropina P (Lee y col., 1989).

En el año 2000, se realizó una prueba experimental en Mas Bové (Irta, datos no publicados) donde se estudió el efecto de la inclusión de un 5% de un hidrolizado de mucosa intestinal porcina, con un contenido del 62% de proteína, en dietas de destete sobre la morfología y la microflora intestinales de los lechones.

Dicho efecto se comparó con el efecto de la inclusión (6,29%) de un concentrado de proteína de soja (dieta control) y el de la inclusión de un 3,83% de plasma porcino.

Los resultados de la prueba demostraron que la sustitución del concentrado de proteína de soja por el hidrolizado de mucosa intestinal porcina en dietas post destete (entre los 21 y 35 días de vida) mejoró de forma significativa el desarrollo intestinal de los lechones y redujo en una unidad logarítmica las poblaciones de ETEC en íleo, tal como se muestra en la Tabla 1.

 

El uso de este tipo de hidrolizados proteicos a partir de mucosa intestinal porcina para nutrición animal ha sido desarrollado particularmente en nuestro país y desde aquí ampliamente extendido a otros países.

 

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Tabla 1. Efecto de la inclusiónde proteína de hidrolizado demucosa intestinal o de plasmasanguíneo en dietas postdestete sobre la microflora y la morfología intestinales en los lechones.

 

Una característica de los hidrolizados de proteína de mucosa intestinal porcina es su alta palatabilidad cuando se incluyen en dietas para lechones.

 

En cerdas lactantes 

La inclusión de hidrolizados de mucosa intestinal porcina en pienso también ha sido estudiada en cerdas lactantes.

En un trabajo llevado a cabo en la Universidad de trás-os-Montese alto Douro, Portugal, (UTAD, 2000, datos no publicados) se observó que el uso de proteínas y péptidos de hidrolizado de mucosa intestinal en la dieta de cerdas lactantes incrementó la ingesta, favoreciendo una mayor producción de leche y una mejor condición corporal al final de la lactación.

Otro resultado interesante observado en este mismo trabajo fue la tendencia en reducir el intervalo destete-cubrición fértil, así como el aumento de la ganancia diaria de peso de los lechones durante el período pre-destete.

 

En lechones

Martínez-Puig y col. (2007) realizaron un estudio con el objetivo de investigar si los lechones pueden mostrar una preferencia por el consumo de dietas que contienen un tipo específico de concentrado de proteínas. Para probar esta hipótesis, se comparó un hidrolizado de mucosa intestinal porcina, un concentrado de proteína de soja y plasma sanguíneo porcino.

Durante el período experimental no se observaron diferencias significativas en palatabilidad entre la dieta que contenía plasma sanguíneo y la dieta que contenía concentrado de soja. Por el contrario, la dieta que contenía péptidos de hidrolizado de mucosa intestinal (1%) fue preferida significativamente a la dieta que contenía un 4% de concentrado de soja.

Asimismo, los lechones mostraron una mayor preferencia por la dieta que contenía hidrolizado de mucosa intestinal respecto a la dieta con plasma sanguíneo, aunque esta diferencia no fue estadísticamente significativa.

La superioridad en palatabilidad de los péptidos derivados de hidrolizados de mucosa intestinal respecto a otras fuentes  proteicas fue corroborada posteriormente en el Irta por Solà-Oriol (2008), como se presenta en la Gráfica 1.

 

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Gráfica 1. Porcentajes de palatabilidad de distintas fuentes proteicas en lechones destetados

 

En lechones 

El efecto de la inclusión de péptidos de hidrolizado de mucosa intestinal porcina en dietas de destete para lechones sobre los parámetros productivos ha sido estudiado en dos pruebas realizadas por el grupo investigador de la unidad de nutrición animal de la Universitat autònoma de Barcelona (UAB, 2009, datos no publicados), demostrándose mejoras significativas en la ganancia media diaria cuando se administran dietas suplementadas con un 5% de hidrolizado de mucosa intestinal porcina.

Más recientemente, el impacto de la adición de un péptido antibacteriano extraído de la mucosa intestinal porcina en dietas para lechones de 28 días de vida ha sido investigado por Wang y col. (2011).

Los resultados de estos estudios indicaron que dicho péptido antibacteriano derivado de la mucosa intestinal porcina es eficaz en la mejora del crecimiento, de la función inmune y de la actividad de enzimas antioxidantes en lechones.

La presencia de este u otros péptidos funcionales en los hidrolizados de mucosa intestinal porcina explicarían, en parte, los buenos resultados zootécnicos obtenidos con este tipo de productos en dietas para lechones.

 

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Proteínas Bioactivas del Huevo

 

Inmunoglobulinas del huevo

 

Los huevos de gallina contienen todos aquellos nutrientes y factores de crecimiento necesarios para el desarrollo del embrión, incluyendo inmunoglobulinas del huevo que son transportadas desde la sangre de la gallina al huevo, proporcionando de este modo inmunidad pasiva a la descendencia. 

Cuando el huevo se encuentra en el ovario, la gallina transfiere la inmunoglobulina M (IgM) y la inmunoglubulina A (IgA) presentes en circulación a la clara y la inmunoglobulina y (IgY) a la yema. La IgY es la análoga a la IgG de mamíferos y la principal inmunoglobulina del huevo implicada en la respuesta secundaria inmune.

La extracción de IgY a partir de la yema del huevo se ha venido desarrollando desde hace más de 30 años para la aplicación de este tipo de inmunoglobulinas en el campo de la medicina humana y veterinaria, y particularmente en áreas como la inmunoterapia o la inmunoprofilaxis (Romero y col., 2013).

El uso de inmunoglobulinas del huevo con fines terapéuticos o profilácticos cuenta con una serie de ventajas como la preservación del bienestar animal, fácil recogida de los huevos, ausencia de reacciones cruzadas entre la IgY y la IgG de los mamíferos o la inexistencia de riesgo de transmisión de enfermedades (Erhard y Schade, 2001; Karlsson y col., 2004; Chacan y col, 2004; Mavromichalis, 2010; Kovacs-Nolan y Mine, 2012).

Para la producción de estas IgY, las gallinas son inoculadas con antígenos específicos, los cuales inducen una respuesta inmune produciendo gran cantidad de anticuerpos que se transfieren a la yema del huevo.

Para el mantenimiento de sus niveles en huevo se realizan inmunizaciones periódicamente (Schade y col., 2007; Bellingeri y col., 2013).

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Figura 1. Proceso del uso de inmunoglobulinas del huevo con fines terapéuticos o profilácticos

 

En la actualidad se está produciendo IgY específica contra determinados patógenos humanos o de otras especies animales a partir de la inmunización de gallinas.

 

El mecanismo de acción por el cual la adición de IgY en dietas para lechones reduce o evita las infecciones entéricas por Escherichia coli enterotoxigénica (ETEC) es la inhibición bacterina por parte de la IgY.

 

En cerdos

Este mecanismo fue demostrado por Jin y col. (2011) en un estudio in vitro con cultivos de células epiteliales de cerdos infectadas con ETEC K88 al incorporar IgY específica al medio de cultivo.

Han sido diversos los estudios en los que se ha demostrado que la administración de este tipo de IgY en la dieta de lechones ha sido muy efectiva desde el punto de vista zootécnico, así como en la prevención y tratamiento de determinadas infecciones entéricas bacterianas y víricas (Kweon y col. 2000; Owusu-Asiedu y col., 2002, 2003; Schimdt y col., 2003; Li y col., 2009; Park y col., 2011).

Li y col.(2009) en un estudio in vivo evaluaron la eficacia terapéutica de una IgY específica contra ETEC K88 en cerdos de 40 días de edad a los cuales se les había inducido un cuadro diarreico mediante la infección con dicho patógeno.

Los cerdos infectados oralmente con ETEC K88 se distribuyeron entre tres grupos experimentales a los que se les administraron oralmente los siguientes tratamientos:

1 .  Solución salina (control);

2.   IgY no encapsuladas;

3.   IgY microencapsuladas.

 

Los resultados experimentales mostraron que la administración de tanto IgY microencapsuladas como no encapsuladas en la dieta redujo significativamente los casos de diarrea post-infección, no teniendo que medicar a los animales en ninguno de los dos grupos experimentales.

En contraste, los cerdos del grupo control continuaron sufriendo diarrea y deshidratación tres días tras la infección y tuvieron que ser tratados con antibiótico.

Sin embargo, la microencapsulación de las inmunoglobulinas supone un coste importante y por ello, en la práctica, la inclusión de inmunoglobulinas de huevo no encapsuladas parece ser hoy en día la estrategia más interesante desde el punto de vista de retorno de la inversión.

 

En cerdos & lechones

Recientemente, Mavromichalis (2014) señaló que las IgY del huevo tienen el potencial de prevenir el daño causado por el virus de la diarrea epidémica porcina (PEDV).

El autor basa su presunción en los resultados experimentales obtenidos con anterioridad por Kweon y col. (2000) y Ohsugi y col. (2000), quienes observaron en cerdos y lechones lactantes inoculados con distintas dosis de PEDV que aquellos grupos de animales que recibieron anticuerpos específicos contra el PEDV de tipo IgY se recuperaban antes del cuadro diarreico, perdían menos peso y presentaban mayor tasa de supervivencia que los grupos que no recibieron dichos anticuerpos.

Las bases científicas para la incorporación de IgY en piensos porcinos han sido extensamente probadas y ya existen en el mercado productos a base de inmunoglobulinas de huevo, destinados a la nutrición y salud animal.

Su correcta aplicación bajo condiciones comerciales está siendo actualmente motivo de numerosas pruebas de campo.

 

Ovotransferrina

 

claraLa ovotransferrina es una glicoproteína presente en la clara de huevo y se trata de una proteína bioactiva de la familia de las transferrinas, siendo análoga de la lactoferrina de los mamíferos.

Al igual que la lactoferrina, la ovotransferrina posee todas las actividades antibacterianas, antivirales e inmumoduladoras descritas para la lactoferrina (Martínez y Martínez, 2006) y que han sido previamente tratadas en la primera parte de este trabajo, publicada en noviembre de 2014.

Recientemente se ha demostrado in vitro que la ovotransferrina tiene una marcada capacidad antioxidante (Moon y col., 2014).

La lisozima es una proteína con actividad biológica que se encuentra en todo tipo de animales -insectos, anfibios, reptiles, aves y mamíferos-, produciéndose en multitud de tejidos y fluidos, incluyendo huevos de aves, leche, lagrimas o saliva (Niyonsaba y Ogawa, 2005).

 

Lisozima

La lisozima es una proteína con actividad biolígica que se encuentra en todo tipo de animales -insectos, anfibios, reptiles, aves y mamíferos-, produciéndose en multitud de tejidos y fluidos, incluyendo huevos de aves, leche, lagrimas o saliva (Niyonsaba y Ogawa, 2005).

La lisozima es una proteína que inactiva gran cantidad de bacterias Gram positivo al unirse a la pared bacteriana.

La lisozima actúa rompiendo el enlace β-1,4 entre el ácido N-acetilmurámico y la N-acetilglucosamina del peptidoglicano, debilitando así la pared y llevando a la lisis bacteriana (Carrillo, 2013).

También se ha demostrado que la lisozima posee actividad antibacteriana independiente de sus funciones catalíticas y que puede estimular la función fagocítica de los macrófagos (Kovacs-Nolan y Mine, 2005).

La lisozima desempeña funciones inmunoreguladoras, las cuales pueden ser resultado de la estimulación de la función fagocítica y de la hidrólisis del peptidoglicano, derivando en productos que pueden actuar como adyuvantes o inmunomoduladores (Martínez y Martínez, 2006).

Tanto el huevo como la leche contienen lisozima, aunque las cantidades en leche son menores que en huevo, por lo que en general la fuente principal de lisozima comercial es el huevo.

Tal como indican Aminlari y col. (2014), cuando la lisozima de huevo se somete a determinados procesos físicos o químicos logra ampliar su espectro antibacteriano frente a ciertas bacterias Gram negativo, además de potenciar su actividad frente a las Gram positivo.

Hoy en día, los avances tecnológicos también han permitido producir lisozima recombinante al igual que, como hemos visto, sucede con otras proteínas y péptidos funcionales (Brundige y col, 2008).

 

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Figura 3. La lisozima puede estimular la función fagocítica de los macrófagos

 

La lisozima de huevo es reconocida como una proteína bioactiva no tóxica por organismos como la FAO/OMS, la EFSA o la FDA y por ello es utilizada con fines alimentarios, farmacológicos y terapéuticos.

Actualmente la principal aplicación industrial de la lisozima es como conservante natural en la industria alimentaria (en la UE dispone del código E-1105), siendo particularmente utilizada en la industria quesera y en la elaboración de vino (Carrillo 2013).

Además la lisozima tiene uso extendido como aditivo tecnológico en todo el mundo, tanto en Asia como en América ya se están comercializando algunos productos a base de lisozima destinados a la alimentación animal.

En este sentido, distintos trabajos experimentales han estudiado los efectos de la administración oral de lisozima en cerdos (Brundige y col, 2008, 2010; Lee y col., 2009; Maga y col., 2012; May y col., 2012; Nyachoti y col., 2012; Oliver y Wells, 2013; Cooper y col., 2014).

Entre todas estas investigaciones cabe destacar las llevadas a cabo por May y col. (2012) y Nyachoti y col. (2012).

 

En lechones

1. El objetivo del estudio de May y col. (2012) fue determinar el efecto de una lisozima granulada (100 ppm), en comparación con un tratamiento antibiótico (neomicina y oxitetraciclina, 16 mg / kg), sobre el crecimiento, la morfología del intestino delgado y la excreción de Campylobacteren heces en lechones de 10 días de edad.

Después de dos semanas de tratamiento, los animales que recibieron lisozima o antibióticos en la dieta crecieron más y presentaban una morfología intestinal más desarrollada que los animales control (sin lisozima ni antibióticos).

Asimismo, al final de la prueba, se detectó dicho patógeno en el 27% de las muestras intestinales del grupo control, mientras que sólo en el 5% de las muestras de los lechones tratados con antibióticos y en el 8% de las muestras de los lechones alimentados con la dieta que contenía lisozima.

Además de productos de lisozima para la adición en piensos compuestos, hoy en día existen presentaciones solubles de lisozima destinadas al agua de bebida.

2. Nyachoti y col. (2012) llevaron a cabo un experimento para investigar la respuesta de lechones a una infección por ETEC tras recibir 0,1% o 0,2% de lisozima en el aguade bebida.

lisomLa adición de lisozima en el agua de bebida derivó en menores recuentos de ETEC en la mucosa ileal y en el contenido del colon, mayor altura de las vellosidades ileales y niveles reducidos de las citoquinas proinflamatorias.

Si bien el uso de lisozima en la alimentación de lechones parece ya estar implementándose en otros países productores de porcino, se tendrán que ir realizando nuevas investigaciones con el fin de definir con más exactitud la respuesta de los animales, infectados y no infectados, a distintas dosis de esta proteína bioactiva.

 

Otros péptidos Bioactivos

 

Además de las proteínas y péptidos bioactivos que se encuentran en la leche, el plasma, el huevo y en la mucosa intestinal, existen moléculas de naturaleza proteica con actividades biológicas definidas presentes en otros tejidos animales o en plantas, las cuales, no por menos estudiadas, merecen menor interés para considerar su potencial en nutrición y salud porcina.

 

Gliprolinas

 

Entre estas moléculas, se encuentran los péptidos bioactivos conocidos como gliprolinas, las cuales son dipéptidos o tripéptidos lineales, o excepcionalmente cíclicos, de glicina y prolina.

Las gliprolinas tienen diversas actividades biológicas entre las que cabe destacar la protección de la mucosa gástrica contra factores ulcerogénicos o el estímulo de la quimiotaxis en epitelios dañados.

En el organismo animal, estos pequeños péptidos bioactivos derivan del catabolismo del colágeno y la elastina (Samonia y col., 2002).

Además de esta fuente endógena de gliprolinas, los hidrolizados de colágeno son una fuente exógena de este tipo de moléculas bioactivas, siendo muy utilizados en investigaciones biomédicas.

Es importante señalar que las gliprolinas son resistentes a la acción de las proteasas del tracto gastrointestinal, además de poder ser absorbidas por los enterocitos y pasar a circulación sanguínea (Backwell y col., 1995), lo que posibilita su administración oral con fines terapéuticos o profilácticos.

Recientemente, Ao y Li (2012) demostraron la actividad quelante de metales y el potente efecto antioxidante de las gliprolinas presentes en los hidrolizados de colágeno porcino.

Esta capacidad quelante podría constituir la base para investigar una potencial actividad antimicrobiana de las gliprolinas contra determinados patógenos.

Además de la actividad quelante de metales, otras investigaciones han demostrado el efecto antiulcerogénico de los hidrolizados de colágeno (Lee y col., 2006; Castro y col.,2007, 2010), su efecto antinflamatorio (Zhang y col., 2010; Hartog y col., 2013; Kumar y col., 2014), así como su efecto positivo sobre la proliferación y diferenciación de los osteoblastos y consecuentemente sobre el crecimiento óseo (Leem y col., 2013; Liu y col., 2014).

Sería necesario que estos efectos observados experimentalmente, fueran corroborados bajo condiciones prácticas en explotaciones porcinas para desarrollar el uso de los hidrolizados de colágeno en ganado porcino.

 

Cecropinas

 

cecropinasLas cecropinas son una familia de péptidos bioactivos que se aislaron por primera vez de la hemolinfa del gusano de seda Hyalophoracecropia principios de los ochenta (Hultmark y col., 1980).

Como ya se ha visto en esta presentación, determinado tipo de cecropinas se ha aislado también de la mucosa intestinal.

Las cecropinas presentan actividad antimicrobiana al unirse a las vesículas y liberar su contenido (Gregory y col., 2008).

En una prueba con lechones destetados a los que se les infectó oralmente con 5 ml de una solución de ETEC K88 (109 CFU/mL), Wu y col. (2012) demostraron que la adición en la dieta de 400 mg/kg de una cecropina producida biotecnológicamente estimula la respuesta inmune y reduce las poblaciones de patógenos intestinales, incluida E. coli, mejorando significativamente el rendimiento productivo de los animales infectados y su estado sanitario.

 

Defensinas & Plectasina

 

pseudoplectania_nigrellaLas defensinas son pequeños péptidos bioactivos ricos en cisteínas que se encuentran en tanto en vertebrados e invertebrados y funcionan como antibióticos naturales al interaccionar con la estructura de la membrana bacteriana (Stotz y col., 2009).

Las defensinas funcionan como antibióticos naturales al interaccionar con la estructura de la membrana bacteriana

La plectasina es un péptido de la familia de las defensinas aislado del hongo Pseudoplectania nigrella y que actúa inhibiendo la síntesis de la pared bacteriana, particularmente eficaz contra bacterias Gram positivo (Schneider y col., 2010).

 

En lechones

Recientemente, Xiong y col. (2014) llevaron una extensa investigación en cinco granjas comerciales con un total de 2.808 lechones destetados

Los autores concluyeron que la mezcla de péptidos bioactivos utilizada en este trabajo (defensina, plectasina, lactoferrina y cecropina) incrementó significativamente la ganancia media diaria y el consumo de pienso de los lechones, así como mejoró el índice de conversión en todas las granjas que participaron en la investigación.

En la Tabla 2 se muestran las ganancias medias diarias de los distintos tratamientos experimentales en las distintas granjas.

 

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Tabla 2. Efecto de la adición en la dieta de una mezcla de péptidos antimicrobianos sobre los rendimientos productivos de lechones destetados

 

Asimismo, los animales que recibieron la mezcla de péptidos en su dieta presentaron menor incidencia de diarreas y un mayor porcentaje de supervivencia.

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Péptidos Bioactivos de Origen Vegetal

 

En la actualidad también se están estudiando las actividades biológicas de determinados péptidos de origen vegetal en cerdos.

En lechones

1. Jin y col. (2008, 2009) observaron que la inclusión de distintos niveles de proteína de patata rica en el péptido bioactivo potide-G en dietas para lechones tras el destete reducía significativamente las poblaciones de Staphylococcus aureus, Salmonella choleraesuis, Salmonella gallinarum y Escherichia coli en heces e intestino grueso.

2. Por otro lado, Young y col. (2012) han demostrado por primera vez el potente efecto antiinflamatorio de la administración oral de dipéptidos y tripéptidos extraídos de la soja, con un peso molecular entre 150 y 500 Da, en lechones a los cuales se les había inducido previamente inflamación intestinal con sulfato de dextrano sódico.

 

Péptidos Bioactivos de Síntesis

 

Finalmente, la industria de química fina está ya desarrollando péptidos bioactivos de síntesis cuya estructura molecular se diseña persiguiendo el sinergismo de distintas configuraciones de péptidos naturales e incluso añadiendo nuevos elementos estructurales con el fin de mejorar la eficacia de estas nuevas moléculas.

El uso de algunos de estos péptidos sintéticos en nutrición porcina ya está siendo motivo de estudio, demostrándose efectos positivos sobre el rendimiento productivo de los animales, la digestibilidad aparente de los nutrientes, la morfología de la mucosa del intestino y el equilibrio de su microflora (Yoon y col., 2011, 2012, 2013).

 

CONCLUSIONES

 

Las proteínas y péptidos bioactivos muestran un amplio espectro de acción y son seguros al tratarse de estructuras moleculares que mayoritariamente ya se encuentran de forma natural en el organismo animal.

Además, las bacterias patógenas difícilmente podrían desarrollar resistencias contra estas moléculas bioactivas debido a la capacidad de las mismas de alterar la estructura de la membrana y/o de la pared bacteriana a través de interacciones no específicas.

Esta actividad antimicrobiana de proteínas y péptidos bioactivos, así como sus efectos positivos sobre la respuesta inmune, y sobre todo el ecosistema intestinal en cerdos ponen de manifiesto el gran potencial de estas sustancias como aditivos para piensos o incluso como medicamentos veterinarios.

Sin embargo, varios son los retos que el desarrollo de este tipo de productos tendrá que ir superando como son el afianzamiento de los resultados en animales que permita optimizar su uso en la práctica, la garantía de su rentabilidad económica y su encaje en el complejo marco jurídico que regula los aditivos alimentarios y los medicamentos veterinarios en la Unión Europea.

 

 

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