Prebióticos são ingredientes não digeríve is da dieta que afetam beneficamente o organismo animal, pelo estímulo seletivo ao crescimento e/ou atividade de um limitado grupo de microrganismos no cólon, podendo melhorar a saúde do hospedeiro. Atualmente iniciou-se a utilização do termo prebiótico também para animais. A principal ação dos prebióticos é estimular o crescimento e/ou ativar o metabolismo de algum grupo de bactérias do trato gastrointestinal (Gibson & Fuller, 2000; Miltenburg, 2000).
O conceito de substâncias prebióticas é relativamente recente e já na década de 80 foi demonstrada a importância da ingestão de carboidratos não
digeríveis no aumento de bifidobactérias como sendo efetivos na melhoria da microbiota intestinal (Yazawa e Tamura, 1982).
O uso de prebióticos ou fator bifidogênico (termo anteriormente empregado) tem sido demonstrado como uma das alternativas aos antibióticos promotores do crescimento. Eles notadamente não determinam resíduos nos produtos de origem animal e não induzem o desenvolvimento de resistência bacteriana, por serem produtos essencialmente naturais.
Atualmente, os prebióticos de maior interesse são aqueles que objetivam estimular bifidobactérias residentes na porção do intestino delgado (cólon). A maneira de reequilibrar a microbiota nessa área do intestino resultou do acúmulo de informações que propiciaram um melhor entendimento da regulação da microbiota intestinal nas diversas espécies animais. Enfim, a microbiota do intestino delgado, onde as barreiras naturais são muito grandes, tem a característica de ser instável mas permite alterações. Já na região do íleo e cólon, apresenta uma microbiota mais estável, porém extremamente sensível aos antibióticos e de difícil reposição por via exógena, desbalanceando-se com certa facilidade.
Os seguintes critérios, propostos por Gibson & Roberfroid (1995), permitem a classificação das substâncias como prebióticos:
? não devem ser hidrolisadas ou absorvidas durante sua passagem pelo trato digestivo superior;
? devem ser fermentadas seletivamente por um número limitado de bactérias potencialmente benéficas no cólon;
? devem possuir capacidade de alterar a microbiota intestinal de maneira favorável à saúde do hospedeiro;
? devem induzir efeitos benéficos sistêmicos ou na luz intestinal do hospedeiro.
As principais fontes que estão dentro desse conceito de prebióticos são alguns açúcares absorvíveis ou não, fibras, açúcar-álcoois e oligossacarídeos. Desses, os oligossacarídeos, cadeias curtas de polissacarídeos compostos de três a dez açúcares simples ligados entre si, têm recebido maior atenção pelas suas inúmeras propriedades prebióticas.
Outros compostos são apontados como prebióticos por algumas evidências experimentais, como por exemplo, os dissacarídeos transgalactosilatos (Ito et al. 1990) e oligossacarídeos da semente de soja (Saito et al. 1992).
Além dos oligo e polissacarídeos, alguns peptídeos e certos lipídeos são candidatos a prebióticos. No entanto, as substâncias que têm sido mais estudadas como aditivos em alimentação animal são os oligossacarídeos, especialmente frutoligossacarídeos (FOS), mananoligossacarídeos (MOS) e glucoligossacarídeos (GOS), além de açúcares como manose, arabinose, galactose e lactose (Iji e Tivey, 1998; Perdok, 2000).
Embora não sejam conhecidas todas as atividades dos oligossacarídeos suplementados às dietas e suas relações com a produtividade das aves, alguns pesquisadores mostraram que esses beneficiam bactérias não patogênicas, tais como bifidobactérias e lactobacilos, em detrimento das bactérias patogênicas (Iji e Tivey, 1998). Dessa forma, enquanto glucose e GOS foram igualmente assimilados por espécies de Bifidobacterium, os GOS não foram assimilados por espécies patogênicas, incluindo Clostridium e Salmonella sp. Assim, GOS poderiam então favorecer a proliferação de espécies benéficas e não- patogênicas. Da mesma forma, FOS e MOS na dieta de frangos reduziram a colonização intestinal por Salmonella typhimurium (Iji e Tivey 1998; Spring, 2000).
Os frutoligossacarídeos (FOS) são polímeros de D-fructose unidos pelas ligações ?(2? 1) que terminam com uma molécula de sacarose e estão presentes
em muitas plantas. O grau de polimerização dos FOS pode variar de 2 a 35 e os polímeros com cadeias mais alongadas, com grau de polimerização superior a 30, são conhecidos como inulinas (Gibson & Fuller, 2000).
Os FOS que apresentam o grau de polimerização de 2 a 10 unidades são conhecidos como GF2 (1-kestose), GF3 (nistose) e GF4 (1
F -?- frutofuranosilnistose). Eles aparentemente são inertes na boca e no intestino delgado, sendo fisiologicamente úteis por melhorarem o equilíbrio da microbiota do cólon.
Os oligossacarídeos derivados da sacarose são encontrados em quantidades substanciais naturalmente em vegetais e plantas, como cebola, centeio, aveia, aspargo, alcachofra, raiz da chicória, dália, alho, em brotos de bambu, trigo, soja e sakê (Tabela 2). Também foi demonstrado que produtos de origem animal, como leite de várias espécies, contêm um ou mais tipos de oligossacarídeos ou conjugados glicólicos (Hidaka et al., 1986). No entanto, as concentrações presentes são baixas, exigindo consumo extremamente elevado para obtenção dos efeitos fisiológicos desejados (Hidaka et al. 1986; Salminen et al. 1993).
Tabela 2. Oligossacarídeos em alguns alimentos
Oligossacarídeo Alimento
GF Turanose Pinha
Malturose Mel
GF2 1-cetose Cebola, centeio,
aspargo
6-cetose Gramíneas
Neocetose Cebola, banana,aspargo
GF3 Nistose Cebola, aspargo
Bifurcose Centeio
Neobifurcose Aveia
GF4 Frutosilnitose Cebola, aspargo
Bifurcose Centeio
Os oligossacarídeos não digestíveis, apesar de serem adicionados às dietas tanto humana quanto de animal, ocorrem naturalmente em vários alimentos e, também, podem ser sintetizados comercialmente a partir de sacarose, por exemplo, os FOS, que podem ser extraídos dos alimentos mediante cozimento ou por meio de ação enzimática ou álcool (Slominski et al. 1994). No entanto, a maioria dos processos de produção envolve reações enzimáticas com vários açúcares, podendo apresentar diferentes efeitos na função intestinal. No caso da inulina, que é disponível comercialmente no mercado europeu, é principalmente extraída da raiz de chicória e o grau de polimerização desses produtos varia de 11 a 60 unidades monoméricas e sua hidrólise enzimática com a inulase resulta em FOS (Gibson e Fuller, 2000).
Em seres humanos, bem como em outros monogástricos, os oligossacarídeos passam pelo estômago e intestino delgado relativamente intactos. No intestino grosso, bactérias, principalmente as bifidobactérias, fermentam os oligossacarídeos não digestíveis em ácido acético, butírico, propiônico e outros ácidos graxos voláteis. Baixando o pH do intestino grosso, esses ácidos graxos criam um ambiente que é desfavorável às bactérias patogênicas Gram-negativas, tais como E. coli, Salmonella e Campilobacter.
Oligossacarídeos (frutoligossacarídeo e transgalactoligossacarídeo) e lactitol (4-O-?-D-galactopiranosil) são fermentados no ceco e promovem o aumento de lactobacilos. Essas bactérias suprimem o crescimento de patógenos e bactérias putrefáticas pela produção de ácido acético e ácido lático, que diminui o pH e pode reduzir a incidência de diarréia (Modler et al., 1990).
Suplementação de dietas com frutoligossacarídeos aumentam a proliferação de células epiteliais no ceco e cólon de leit ões recém-nascidos (Howard et al., 1993). Em ratos, aumentam a taxa de passagem através do intestino delgado e grosso (Roberfroid, 1993).
A adição de frutoligossacarídeo, na forma de neosugar na dieta de animais monogástricos, conduz a algumas mudanças metabólicas e fisiológicas. Essas mudanças incluem melhoria na eficiência alimentar, redução da diarréia, redução do odor das fezes, que tem sido atribuído a mudanças na constituição da população da microflora intestinal (Hidaka et al., 1986).
Embora os tratamentos isolados com carboidratos apresentem alguma ação na inibição da colonização por Salmonella ssp., melhores resultados podem ser obtidos quando as aves são inoculadas com culturas anaeróbias de microbiota cecal, juntamente com os carboidratos (Andreatti Filho et al. 1998). Nesse sentido, quando FOS foi administrado isoladamente para aves, pouca influência sobre a colonização por Salmonella ssp foi observada, mas quando associado com um probiótico, ocorreu redução significativa na quantidade cecal de Salmonella ssp (Bailey et al. 1991).
Especula -se que os oligossacarídeos possam atuar também estimulando o sistema imune, pela redução indireta da passagem intestinal por patógenos, que determinariam infecções após atingir a corrente sanguínea (Iji e Tivey, 1998).
Os mananoligossacarídeos (MOS) são carboidratos complexos (glicomananoproteína), contendo D-manose, derivados de parede celular de leveduras (Saccharomyces cerevisiae), que oferecem uma alternativa potencial para melhorar a saúde, estimular respostas imune específicas e não específicas e aumentar o desempenho animal (Spring, 2000).
A parede celular de levedura consiste principalmente de proteína e carboidrato. Os glucanos e mananos, os dois principais açúcares, estão presentes em concentrações similares. Os glucanos contêm principalmente ligações do tipo
?-(1? 3) com pontos ramificados do tipo ?-(1? 6). A fração de manana nas leveduras é composta de cadeias curtas e longas. As cadeias curtas são formadas de 15 a 17 unidades com ligações do tipo ?-(1? 2 ) e ?-(1? 3) com moléculas de treonina e serina de cadeias peptídicas. As cadeias longas são formadas de
100 a 200 unidades e estão conectadas com ligações do tipo ?-(1? 6) e possui ramificações com estrutura do tipo ?-(1? 2) e ?-(1? 3), que confere uma relativa resistência à ação das enzimas bacterianas do trato gastrointestinal (Spring, 2000).
Segundo Pettigrew (2000), os mananoligossacarídeos influenciam a ecologia microbiana, dificultando a adesão bacteriana e diminuindo a concentração de patógenos. Podem também neutralizar micotoxinas e manter a integridade da mucosa intestinal. Por serem derivados de parede celular de leveduras e consistir principalmente de glicomananas fosforiladas, são reconhecidos dois modos de ação:
? ligam-se às lectinas nas paredes de certas bactérias indesejáveis. Essas lectinas bacterianas ligam-se às células epiteliais intestinais e auxiliam as bactérias na colonização. Todavia, se estiverem ligadas ao mananoligossacarídeo, elas não poderão ligar-se às células epiteliais. Assim, as bactérias indesejáveis serão eliminadas do lúmen intestinal;
? aumentam certas ações do sistema imune, estimulando a produção de imunoglobulina A (IgA).
O mananoligossacarídeo parece ter característica específica de reduzir a prevalência e impedir a colonização do epitélio intestinal por patógenos, assim também de aumentar a digestão de fibras em frangos de corte, provavelmente pela alteração da concentração e da atividade de bactérias que degradam fibras presentes nos cecos das aves. Tais alterações na mult iplicação de organismos anaeróbios benéficos poderiam inibir de forma competitiva o crescimento e a atividade de clostrídios (Kumprech at al., 1997; Spring et al. 1999).
Um dos efeitos dos mananoligossacarídeos pode ser sua capacidade de alterar a função do sistema imunológico dos animais. O MOS é capaz de induzir a ativação de macrófagos por ocupar os sítios receptores de manose dos
macrófagos nas glicoproteínas da superfície celular. Uma vez que três ou mais desses sítios de ligação estejam ocupados, inic ia-se uma reação em cascata, que resulta em ativação dos macrófagos e liberação de citocinas, o que caracteriza ativação da resposta imune adquirida (Savage et al., 1996).
Os macrófagos ativados são muito mais eficientes na apresentação de antígenos às células produtoras de anticorpos, resultando numa maior capacidade de fagocitar bactérias e destruir organismos invasores. Assim, o MOS é capaz de aumentar os níveis de anticorpos circulantes específicos e a síntese de imunoglobulinas secretórias em resposta à exposição a antígenos (Savage et al., 1997; Spring, 2000).
Spring & Privulescu (1998) verificaram o efeito de mananoligossacarídeo sobre o sistema imune de aves e constataram aumento de cerca de 25% de níveis de IgA secretória. Também foi observado que ocorreu um aumento na resposta de macrófagos em diferentes espécies. No entanto, ainda não está claro como o MOS atua para modificar as respostas do sistema imunológico. A ampla gama de efeitos imunológicos associada à administração desse aditivo na dieta sugere que existe uma mobilização generalizada, tanto de linfócitos B quanto T. Isso é verificado em animais germ-free que apresentam uma resposta imune mais intensa quando são suplementados com esse aditivo na dieta.
Parks et al. (2000) verificaram que alternativas aos antibióticos, tais como tratamentos por exclusão competitiva, foram desenvolvidas para reduzir o crescimento de bactérias patogênicas e neutralizar seus efeitos no hospedeiro. O termo exclusão competitiva foi adotado para designar a inabilidade de uma população de microrganismos em se estabelecer no intestino devido à presença de uma outra população.
Segundo Ofek et al. (1977), outro método de exclusão competitiva explora a presença de fímbrias específicas de manose em bactérias Gram
negativas indesejáveis, incluindo muitas cepas de E. coli e Salmonella, que usam as fímbrias para se unir à parede do intestino e, então, colonizá-lo.
Patógenos que não expressam fímbrias tipo 1, como Clostridium perfringens e Campylobacter, também tiveram suas populações reduzidas na presença de mananoligossacarídeo, sugerindo um efeito indireto (Menten, 2001). Pode ser possível que essas reduções tenham sido influenciadas por outras interações com a microbiota do trato gastrintestinal ou pelo sistema imune.
Quando leveduras e bactérias patogênicas são misturadas, é verificada uma aglutinação das leveduras. Esse fenômeno é utilizado como um teste preliminar para aderência bacteriana no trato intestinal (Tabela 3). Tem-se constatado que prebióticos (oligossacarídeos) não somente inibem a aglutinação, como também liberam as células de leveduras agregadas pelas bactérias. (Spring et al., 2000).
TABELA 3. Efeito de oligossacarídeos sobre a aglutinação bacteriana.
CEPAS AGLUTINAÇÃO -MOS INIBIÇÃO DA AGLUTINAÇÃO
Frutose Galactose Glicose Manose Escherichia E. coli K99 E. coli 4157 E. coli 15R E.coli O157:H7 + - + - Sim Sim Não Não Não Não Sim Sim Salmonela S. enteritidis S. typhimurium S. montevideo S. give S.kedougou S. dublin S. pullorum S. choleraesuis + + + + + + - - Sim Sim Sim Sim Sim Sim Não Não Não Não Não Não Não Não Não Não Não Não Sim Sim Sim Sim Sim Sim Campylobacter C. jejuni C. coli - -
(+) Aglutinação ao MOS. (-) Não aglutinação ao MOS. Adaptado de Spring et al., (2000)