Acidi organici e composti naturali identici

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Gli acidi organici e i composti naturali identici sono sempre più utilizzati in avicoltura come alternativa o coadiuvanti agli antibiotici convenzionali.

Gli acidi organici alterano la crescita di microorganismi patogeni attraverso un meccanismo chiamato “modello anionico”. Secondo questo modello, gli acidi organici all’interno della cellula batterica vanno incontro a dissociazione: gli ioni H+ diminuiscono il pH intracellulare con conseguente consumo di energia da parte del microorganismo per espellere i cationi stessi attraverso pompe di membrana; allo stesso tempo gli anioni sono tossici per il DNA batterico, alterano funzioni metaboliche e aumentano la pressione osmotica della cellula batterica.

I composti naturali identici sono molecole sintetizzate chimicamente identiche alle molecole naturali che compongono gli olii essenziali: la loro principale attività antimicrobica si riscontra nella formazione di pori a livello della membrana batterica, cui consegue una perdita di materiale citoplasmatico, la coagulazione dello stesso all’interno della cellula, l’inattivazione di enzimi e il blocco delle ATPasi batteriche.

La Colibacillosi, l’Enterite necrotica e la Spondilite enterococcica sono tre patologie che causano importanti riduzioni delle performance di crescita e notevoli perdite economiche nell’allevamento avicolo. Obiettivo dello studio è stato quello di valutare se acidi organici e composti naturali identici potessero rappresentare molecole alternative o coadiuvanti l’azione di antibiotici convenzionali utilizzati per il trattamento di queste patologie.

La sensibilità dei rispettivi agenti eziologici di queste patologie (Escherichia coli, Clostridium perfringens ed Enterococcus cecorum) è stata investigata nei confronti di antibiotici, acidi organici e composti naturali identici da soli e in combinazione. In particolare, sono stati oggetto dello studio 8 ceppi di Escherichia coli isolati da fegato, 10 ceppi di Clostridium perfringens isolati da intestino, 10 ceppi di Enterococcus cecorum isolati da intestino, testa del femore e colonna vertebrale. L’attività degli agenti antimicrobici è stata valutata attraverso la determinazione della minima concentrazione inibente o MIC, ovvero la più bassa dose di antimicrobico che permette l’inibizione della crescita batterica. La MIC delle sostanze è stata determinata con il metodo della microdiluizione in piastre 96 well: in ogni piastra è stata incubata una concentrazione nota di batteri con dosi decrescenti di antimicrobico o combinazioni di diversi antimicrobici, e a seguito di un’incubazione di 24h è stata valutata la torbidità dei pozzetti attraverso la misurazione dell’assorbanza a 630 nm con l’utilizzo di uno spettrofotometro.

In un primo screening, è stato testato individualmente un set di antibiotici, acidi organici e composti naturali identici.

I pattern di sensibilità agli antibiotici si sono dimostrati molto eterogenei tra i diversi isolati (Tabella 1). I ceppi di E. coli si sono rivelati totalmente resistente al gruppo delle penicilline, mentre C. perfringens ed E. cecorum sono risultati sensibili. La quasi totalità dei ceppi è risultato resistente alla neomicina, antibiotico largamente utilizzato dato il suo ampio spettro d’azione. Infine, per molti antibiotici come, ad esempio, la lincomicina per entrambi C. perfringens ed E. cecorum, si è evidenziata una distribuzione bimodale dei valori MIC, identificata come risultato di un emergente fenomeno di antibiotico-resistenza.

Riguardo gli acidi organici, la crescita di E. coli è stata inibita da acido sorbico, benzoico ed esanoico. Nelle altre due specie batteriche, per la quasi totalità degli acidi organici testati è stato individuato il valore MIC. In particolare, l’attività antimicrobica degli acidi grassi a media catena, oltre ad essere nettamente più elevata rispetto a E. coli, è risultata direttamente proporzionale alla lunghezza della catena carboniosa, con massima efficacia data dall’acido dodecanoico. L’acido butirrico non ha avuto alcun effetto su nessuno dei ceppi testati.

Tra i composti naturali identici testati, timolo, carvacrolo ed eugenolo hanno avuto un potere antimicrobico superiore alla vanillina.

I valori MIC di acidi organici e composti naturali identici sono riportati nella Tabella 2.

Sulla base dei risultati ottenuti da questo screening iniziale, sono state selezionate molecole al fine di combinare concentrazioni inferiori alla MIC di antibiotici con acidi organici o composti naturali identici.

Un risultato promettente è stato il miglioramento dell’azione della neomicina dalla combinazione con timolo contro E. coli. Lo stesso antibiotico ha migliorato la sua efficacia grazie al supporto di acido dodecanoico, sorbico, benzoico e citrico rispetto ai ceppi di E. cecorum. Nel caso particolare dei due ceppi di E. cecorum con una MIC di 64 mg/L anche timolo e carvacrolo hanno completamente inibito la crescita batterica.

L’azione della bacitracina, cui già i ceppi di C. perfringens erano sensibili con una MIC compresa tra 1-2mg/L, è stata ulteriormente aumentata dall’azione di timolo, eugenolo, vanillina e, in maniera meno significativa, dall’acido sorbico. La sensibilità dei sei ceppi di C. perfringens totalmente resistenti alla lincomicina è stata nettamente migliorata dall’eugenolo, permettendo una quasi totale inibizione della crescita batterica.

Da questi risultati si può dedurre come questi antimicrobici naturali abbiano la capacità di supportare l’azione antibiotica, sia nei confronti di ceppi completamente resistenti (ad esempio neomicina o lincomicina), sia di ceppi già sensibili aumentando ancora l’efficacia dei farmaci (ad esempio bacitracina).

In conclusione, si è evinto che la risposta agli antibiotici è risultata sempre specie- e ceppo-specifica. Per acidi organici e composti naturali identici si è evidenziata invece un’azione ad ampio spettro, con un effetto dose dipendente e una risposta univoca per le diverse specie batteriche, anche quando gli antibiotici non avevano alcun effetto. Infine, la combinazione di determinati antibiotici con acidi organici e composti naturali identici ha permesso di aumentare la sensibilità dei ceppi agli antibiotici convenzionali testati, suggerendo che i meccanismi d’azione di queste molecole possano lavorare sinergicamente. Acidi organici e composti naturali identici possono essere una valida risorsa per combattere il fenomeno dell’antibiotico-resistenza.