L’importanza del microbiota nei polli

D. Stanley, Y. S. Bajagai - Institute for Future Farming Systems, Central Queensland University, North Rockhampton, QLD, Australia T.T.H. Van, R.J. Moore- RMIT University, School of Science, Bundoora, VIC, Australia

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L’intestino viene colonizzato da una densa comunità di microrganismi dominati da batteri, funghi, protozoi e virus, costituendo quello che viene definito come microbiota. I microbi di queste comunità coesistono in simbiosi con l’ospite.

Il recente calo del costo delle sequenziazioni DNA e l’aumento dei database microbici dei geni rRNA 16 S hanno marcato l’era d’oro dell’ecologia microbica. I ricercatori aviari hanno usato queste tecniche per la manipolazione del microbiota al fine di migliorare diversi aspetti della produzione avicola. Uno dei problemi principali nella ricerca sul microbiota avicolo è la variabilità; essa rende i trattamenti sanitari e i programmi nutrizionali difficili da riprodurre tra gruppi diversi. Un contributo fondamentale per ovviarla è eliminare il trasferimento del microbiota materno grazie alle moderne pratiche di incubazione. 

Il progressivo divieto di uso degli antibiotici ha imposto al settore di ricercare approcci alternativi per controllare lo sviluppo dei patogeni e nuove metodiche per migliorare il microbiota. È molto difficile modificare una comunità intestinale matura, quindi i primi giorni di vita del pulcino sono quelli in cui si può, con un intervento mirato, ridurre in modo costante i patogeni, favorendo invece i batteri benefici. Inoltre, livelli bassi di stress e sistemi di allevamento ottimali sono prerequisiti essenziali per una salute migliore. Come in altre relazioni simbiotiche, ospite e microbiota hanno una relazione a due vie, per cui se l’ospite soffre, anche il microbiota ne risente.

Primi giorni di vita

Fino a poco tempo fa si pensava che il pulcino fosse completamente sterile in ovo. Recentemente, tale opinione è stata messa in discussione da un’ipotesi di colonizzazione a basso livello, ancora prima della schiusa. Inoltre, se la colonizzazione in ovo dell’embrione include patogeni opportunisti, è facile che l’embrione muoia prima della schiusa, come avviene nelle infezioni umane che causano aborto spontaneo. Ci sono molti studi che hanno usato iniezioni di probiotici in ovo per migliorare l’immunità e il vigore dei pulcini, senza effetti negativi sulla schiusa e con benefici sanitari. Nonostante una possibile colonizzazione in ovo di basso livello, la formazione del microbiota intestinale inizia immediatamente dopo la schiusa e viene determinata dai batteri presenti nell’ambiente circostante nei primi giorni di vita. A differenza degli uomini, in cui il microbiota è considerato stabile e formato sin dall’infanzia, il momento ideale per stabilizzare la microflora del pollo è nella prima settimana dopo la schiusa; resta poi costante fino a 30 giorni, con ancora un margine di spazio per acquisire nuovi membri nella comunità microbica, anche se più lentamente. Il microbiota maturo diventa stabile ed è in grado di resistere a variazioni, a differenza di quello immaturo che viene facilmente alterato, per esempio dalla somministrazione di antibiotico o dall’esposizione a patogeni che possono causare conseguenze per tutta la vita. Ad esempio, bastano anche livelli bassi di Salmonella per colonizzare in modo permanente l’intestino di un pulcino, mentre soggetti adulti hanno bisogno di cariche ben maggiori per essere colonizzati. In qualsiasi caso, il trasferimento del microbiota da soggetti vecchi a giovani aumenta la loro resistenza alla colonizzazione. La rapida colonizzazione e maturazione del microbiota nei pulcini suggerisce che è fondamentale agire nella prima settimana di vita, per ridurre la carica dei patogeni e aumentare quella dei ceppi benefici. Entrambi questi aspetti sono cruciali per la salute, sia intestinale che generale. La variabilità del microbiota negli avicoli è più pronunciata che nei mammiferi; i pulcini che schiudono in incubatoi puliti, senza la presenza di microbiota adattato all’ambiente di provenienza comportano una grande variabilità da gruppo a gruppo. L’esposizione dei soggetti al microbiota di gruppi, che precedentemente avevano avuto buone rese, riduce gli effetti di una colonizzazione casuale e variabile tra i pulcini, ma non trasferisce completamente il microbiota del donatore e nemmeno garantisce le medesime rese; ciò dipende in gran parte dalla capacità del microbioma di colonizzare e persistere. Negli Stati Uniti si incoraggia la diversità batterica tramite il riutilizzo delle lettiere dei gruppi precedenti, fornendo un’inoculazione adeguata e ricca al nuovo gruppo accasato. La lettiera precedente è però deleteria se il gruppo aveva una salute compromessa da patogeni subclinici, che potrebbero poi amplificarsi nei gruppi successivi in seguito a un’esposizione precoce.

Fluttuazioni spaziali e temporali

È ben noto nella ricerca umana che il microbiota intestinale di ogni individuo cambia leggermente su base giornaliera. Nei polli il microbiota fecale è così variabile che anche le repliche di un singolo campione possono mostrare variazioni e la materia fecale è spesso visibilmente non omogenea. Il microbiota fecale dello stesso soggetto varierà leggermente a causa del periodico svuotamento delle diverse sezioni intestinali; tuttavia, il microbiota fecale centrale rimane abbastanza costante. Il cieco è il sito gastrointestinale con il microbiota più diversificato negli avicoli ed è più stabile nella composizione rispetto al microbiota fecale; per questo è anche il sito di campionamento preferito durante l’analisi.

Esiste una determinata gamma di fattori dell’ospite che influenzano lo sviluppo e la stabilità del microbiota intestinale. La maggior parte degli studi sul microbiota avicolo viene effettuata sui polli da carne, solitamente su soggetti con meno di 42 giorni di età, quindi le informazioni disponibili rappresentano il microbiota di giovani broiler, ma c’è una considerevole differenza fra broiler e ovaiole. Esiste solo uno studio che paragona polli e ovaiole provenienti dalla stessa schiusa e allevati nel medesimo capannone con schema random con il medesimo mangime e ambiente, che dimostra che ci sono notevoli influenze genetiche sulla composizione intestinale tra le razze da carne e da uova. Anche il sesso è una forte variabile quando consideriamo gli studi sul microbiota, soprattutto in soggetti giunti a maturità sessuale. Fattori ambientali come l’accasamento, le condizioni individuali di svezzamento, il tipo di allevamento, influenzano la composizione del microbioma. L’accesso all’allevamento all’aperto include poi l’ingestione di suolo e di insetti, con ripercussioni sul microbioma. Altri fattori d’influenza sono infine la qualità della lettiera, la gestione, il fotoperiodo, l’accesso al mangime, il clima, la temperatura e l’umidità.

Gestire il microbioma tramite la nutrizione 

Il mangime è fonte di nutrienti e di energia sia per l’ospite che per il microbioma e ne consente la crescita e l’omeostasi. I macronutrienti hanno un’influenza significativa sulla composizione del microbiota: le proteine inducono un aumento dei batteri che sono assai diversi da quelli che preferiscono i carboidrati. Le diete per avicoli sono già formulate per una produttività ottimale, sia nelle ovaiole che nei polli; tramite gli additivi nel mangime si può però influenzare e modificare il microbioma. Un esempio è l’aggiunta di promotori di crescita (AGP), una pratica che è stata usata nel settore per oltre sessanta anni. La funzione primaria degli AGP consisteva in un evidente miglioramento produttivo e nel controllo di patogeni enterici come Clostridium perfringens. Nonostante gli AGP fossero usati a livelli bassi, subterapeutici, e fossero diversi dagli antibiotici usati negli umani, recentemente è stato evidenziato un rapporto tra il loro uso negli allevamenti e il crescente livello di antibiotico-resistenza nei patogeni umani, il che ne ha causato il divieto d’uso in diversi Paesi.

Probiotici e prebiotici

I probiotici sono ampiamente usati in zootecnia per il noto beneficio sanitario. Ciò non è una novità, dato che il microbiota intestinale può avere un ruolo variabile anche in gruppi della stessa genetica, allevati in uguali condizioni e con il medesimo mangime. Gruppi con microbiota diversi rispondono in maniera differente alla somministrazione di probiotici nel mangime. 

I probiotici commerciali formulati per gli allevamenti includono lattobacilli, enterococco, bifidobatterio e streptococco; anche il Bacillus sta emergendo quale alternativa attendibile, grazie alla sua resistenza nella lavorazione del mangime e alla vitalità dovuta alle spore che germinano in seguito. Uno dei principali benefici dell’azione probiotica è la capacità di supportare il microbiota dell’ospite durante un’invasione di patogeni. Affinché l’infezione abbia successo, i patogeni devono colonizzare o, se presenti in forma latente, attivarsi ed espandersi. L’ospite, incluso il microbioma simbiotico, lancia una gamma di difese. 

I probiotici possono agire anche tramite l’esclusione competitiva e la produzione di prodotti antibatterici, come le batteriocine, molto efficaci, oppure con metaboliti tossici, quali il perossido di idrogeno. L’ospite invia dunque una risposta immunitaria per prevenire il passaggio del patogeno dall’intestino, e spesso aiuta tale reazione con frequenti svuotamenti intestinali che spazzano via i patogeni presenti. 

Ci sono molte ricerche che dimostrano gli effetti benefici dei probiotici contro i patogeni, in test in vitro e anche in prove sperimentali. Comunque, i test effettuati su polli in stazioni sperimentali utilizzano spesso probiotici di fresco sviluppo o una partita ben omogenea con numeri elevati di colonie vitali; i polli vengono poi allevati in condizioni ottimali, approvate dai comitati etici, il che esclude che siano sottoposti a stress estremi. A volte sono infettati con patogeni per verificare l’efficienza dei prodotti probiotici. Nella realtà dell’allevamento, invece, i soggetti si trovano spesso in condizioni non ideali, esposti a diversi stress, e ospitano vari microbiomi a livello intestinale. Queste differenze, specialmente nelle ovaiole, sono molto variabili. 

I probiotici incontrano da subito ambienti intestinali assai diversi, in termini di popolazioni microbiche e dei loro metaboliti. Inoltre, la vitalità dei probiotici commerciali e la loro capacità di superare acidi e sali biliari variano notevolmente, anche a causa della loro liofilizzazione, che spesso richiede congelamento e disidratazione che possono alterarne la funzione e le proprietà probiotiche. La vitalità, come pure la tolleranza ad acidi e bile, migliora usando la sporulazione di probiotici a base di Bacillus; la ricerca sui benefici di questo tipo di probiotici si è intensificata negli ultimi anni. Nonostante l’ovvio vantaggio produttivo del Bacillus, non bisogna però rinunciare allo sviluppo di batteri lattici e dei bifidobatteri: i metodi di conservazione dovranno essere ottimizzati in futuro per il sito di destinazione finale anche se sono diffusi in varie sezioni intestinali. I lattobacilli spesso colonizzano l’intestino tenue, mentre i bifidobatteri utilizzano polisaccaridi meno digeribili e colonizzano l’ambiente più anaerobico dell’intestino crasso.

I probiotici paiono essere più efficaci se combinati ai prebiotici. I prebiotici sono i carboidrati della dieta, in particolare oligosaccaridi e polisaccaridi, resistenti alla digestione enzimatica intestinale, ma fermentescibili da parte del microbiota. Essi modulano selettivamente la popolazione microbica o attivano i batteri intestinali, favorendo la salute e il benessere dell’ospite. I prebiotici sono una fonte nutrizionale per il microbiota benefico, che produce acidi grassi a catena corta (SCFA). 

La combinazione di probiotici e prebiotici comporta una migliore salute intestinale e una riduzione dei patogeni, con benefici anche sulle rese dei soggetti. Una microflora intestinale sana è caratterizzata da un rapporto elevato tra specie benefiche e patogene. La somministrazione di probiotici può favorire il mantenimento di tale rapporto, specialmente se vengono somministrati partendo dai primi giorni di vita, il che consente loro di colonizzare per primi la mucosa intestinale, rimanendo protettivi in modo permanente. 

Microbiota e metabolismo dell’ospite

La correlazione tra microbiota intestinale e produttività è dimostrata e indica che il microbiota può influenzare positivamente il metabolismo dell’ospite. I SCFA (acidi biliari coniugati con glicina o taurina) e i sali biliari sono due dei principali metaboliti che influenzano il microbiota e il metabolismo dell’ospite. Il microbiota intestinale produce SCFA tramite la fermentazione dei polisaccaridi non amidacei resistenti agli enzimi digerenti. 

Gli effetti benefici degli SCFA, come promotori antimicrobici e di crescita, vengono studiati da tempo. L’ospite e il microbiota intestinale, grazie alla idrolisi dei sali biliari (BSH), determinano la dimensione della miscela. Nonostante sia stato approfondito il ruolo dei sali biliari sul metabolismo dei lipidi, colesterolo e glucosio nei mammiferi, ciò non è avvenuto per gli avicoli. Uno dei modelli di azione suggeriti per gli AGP, per migliorare la crescita dei polli, consiste nel ridurre l’attività di BHS nell’intestino. Dato che si sta gradualmente riducendo o eliminando gli antibiotici dalla dieta avicola, gli inibitori di BHS potrebbero costituire una risposta alternativa.

Reazioni agli stress

Il microbiota intestinale influenza l’asse intestino-cervello quando l’ospite viene esposto a fattori stressanti. Sia polli che galline possono essere esposti a periodi di stress metabolico, causati dalla variazione delle condizioni ambientali, rumori improvvisi, trasporto, debeccaggio, patogeni intestinali, cambi di alimentazione, ecc. I polli sono macellati da giovani, mentre le ovaiole subiscono le influenze ambientali per lunghi periodi. Vivendo in grandi gruppi, le ovaiole possono risentire anche di piccoli disturbi dovuti alla gerarchia sociale, dell’incapacità di raggiungere il nido preferito o di altri comportamenti sociali. Gli stress possono anche comportare problemi vari a livello intestinale; ciò è diventato argomento di ricerca, con particolare riferimento alla valutazione di vari modelli di permeabilità intestinale negli avicoli.

La bibliografia è disponibile su richiesta

Dagli Atti dell’Australian Poultry Science Symposium