Artículo de Revisión

Endosporas de Bacillus subtilis con potencial probiótico en animales de interés zootécnico

0000-0002-4035-8643Grethel Milián^{1  *}  , 0000-0003-3019-1971Ana J. Rondón¹  , 0000-0003-4248-3728Marlen Rodríguez¹  , 0000-0002-8525-6595A. Beruvides¹  , 0000-0002-9473-6507M. L. Pérez² 

¹Universidad de Matanzas. Autopista Varadero km 3 ½. Matanzas, Cuba

²Universidad Estatal Amazónica. Departamento de Ciencias de la Tierra. km 2 ½. Vía a Tena (Paso Lateral). Puyo, Pastaza, Ecuador

RESUMEN

En la actualidad, las producciones avícolas, porcinas y bovinas constituyen las ramas de la producción animal de mayor importancia en el mundo, lo que contribuye en estos momentos a la satisfacción de las necesidades proteicas de la población mundial. Se pronostica el uso de probióticos, prebióticos y simbióticos con el propósito de utilizarlos como promotores del crecimiento animal. Entre las especies que más se utilizan para la elaboración de estos productos, están las del género Bacillus. Una de ellas es Bacillus subtilis, una bacteria capaz de estimular el sistema inmunológico, producir enzimas, resistir las barreras gástricas de pH ácido, y producir sustancias antimicrobianas que inhiben diferentes microorganismos patógenos. Por estas razones, los aditivos zootécnicos, elaborados con Bacillus, se consideran una alternativa en la industria pecuaria actual. Esta reseña tiene como objetivo demostrar el potencial probiótico en la porcinocultura, avicultura y crianza de terneros que tienen las endosporas de Bacillus subtilis.

Palabras-clave: alternativas en la producción animal; cerdos; pollos; terneros

La Organización Internacional de Epizootias y la Food and Agriculture Organization of the United Nations/World Health Organization (^{FAO/OMS 2001}) trabajan por introducir en los sistemas de producción animal nuevos productos que contrarresten el efecto de los antibióticos promotores del crecimiento, sin que se afecte la producción de carne, leche y huevo, y que a su vez no se generen efectos adversos en la salud del consumidor (^{Vélez et al. 2019}). Las expectativas de los productores son cada vez mayores con respecto a los aditivos alimentarios que garanticen mejoras en la tasa de crecimiento y otros indicadores de producción, como la absorción de los alimentos y la calidad de sus productos, así como la protección de la salud contra infecciones (^{Markowiak y Katarzyna 2019}).

En la actualidad, se utilizan probióticos como promotores del crecimiento animal, pues mejoran la composición de la microbiota gastrointestinal y la eficiencia en el uso de los alimentos, estimulan el sistema inmune e inhiben microorganismos patógenos, sin la utilización de antibióticos (^{Barros 2018}, ^{Molina 2019} y ^{Rondón et al. 2020a}).

Entre los probióticos que se utilizan en la producción pecuaria se encuentran los elaborados con endosporas de Bacillus spp. (BioPlus 2B^®, Biostart^®, Toyocerin^®, Liqualife^®, Biosporin^®, CenBiot^®, Bactisubtil, Biosubtyl “Dalat” y Clostat^®), con efecto probiótico en una amplia categoría de animales de interés zootécnico (^{Kizerwetter y Binek 2016} y ^{Milián et al. 2021}). Por lo antes referido, el objetivo de esta reseña fue valorar los resultados de las investigaciones acerca del potencial probiótico de las endosporas de Bacillus subtilis y su efecto en la porcinocultura, avicultura y crianza de terneros.

Propiedades probióticas de las endosporas de bacillus subtilis

Los probióticos permiten la mejora en los indicadores fisiológicos y estimulan los mecanismos de acción para evitar efectos secundarios en productos de origen animal destinados al consumo humano. Del mismo modo, favorecen un óptimo crecimiento del animal, lo que proporciona buena función de la mucosa intestinal, aumento de la digestibilidad y la síntesis de vitaminas; además de estimular la motilidad y la ausencia de enfermedades, elementos importantes para el desarrollo de la producción (^{Sefer et al. 2015}). Además, generan la estimulación de la respuesta inmune específica del animal, y esto permite el incremento en los valores de inmunoglobulina, lo que se traduce en un efecto positivo en el crecimiento y la producción (^{Kassa 2016} y ^{Molina 2019}). Existen varios mecanismos de acción de los probióticos elaborados con cepas de Bacillus, que favorecen lo antes mencionado.

1) Producción de sustancias antimicrobianas. Participan en la destrucción de las células diana mediante la formación de poros o la inhibición de la síntesis de la pared celular. En el caso de las bacteriocinas, la nisina, por ejemplo, forma un complejo con el último precursor de la pared celular, y de esta forma se inhibe su biosíntesis en bacilos formadores de endosporas. Posteriormente, constituye un complejo que agrega e incorpora péptidos para formar un poro en la membrana bacteriana y generar la muerte celular (^{Tao et al. 2018}). En la figura 1 se describen los cambios morfológicos que ocurren en una población bacteriana tras la exposición a la nisina.

Figura 1 Modelo que representa la interacción de la nisina con la membrana bacteriana y la formación de poros (^{Ahumada 2020}). 

2) Producción de enzimas específicas. Las enzimas que se utilizan como aditivos en la alimentación animal son abundantes y variadas. ^{Pérez-Chabela et al. (2020)} refieren que entre las enzimas que produce Bacillus spp en la fase vegetativa se encuentran las enzimas líticas (proteasas, quitinasas, celulasa, ß-1,3-glucanasas, entre otras). Su utilización favorece la acción sinérgica de estas proteínas en los sustratos más complejos presentes en los alimentos. Generalmente, su utilización se dirige a mejorar la disponibilidad de polisacáridos, lípidos y proteínas, que se encuentran protegidos de las enzimas digestivas por estructuras impermeables de la pared celular de las plantas, y también a degradar compuestos que interfieren en la digestión, absorción y utilización de nutrientes (^{Aftab y Bedford 2018} y ^{Handique et al. 2018}).

En los últimos años, el uso efectivo de las celulasas, xilanasas y β-mananasas, como aditivos en las dietas para monogástricos, generó gran interés por parte de los productores (^{Alagawany et al. 2018}).

^{Medina-Saavereda et al. (2017)} encontraron que B. subtilis produce xilanasa, la que tiene un efecto similar a los antibióticos en la microbiota a nivel del intestino delgado. La reducción de la viscosidad acelera la velocidad de tránsito intestinal. Estos autores refirieron que en la hidrólisis de los arabinoxilanos (AX), la xilanasa permite reducir el efecto antinutriente, y aumentar así su valor alimenticio.

^{Bedford (2018)} adicionó en la dieta para gallinas ponedoras la enzima xilanasa y observó cambios adaptativos en el microbioma de las aves, además de comprobar que se incrementó la capacidad para degradar las fuentes fibrosas que no se hidrolizan en el intestino de esta especie. La inclusión de β-mananasas en dietas que contenían soya para pollos de ceba en la etapa de inicio aumentó el contenido de glucosa en sangre, la homeostasis de las hormonas anabólicas y la digestibilidad de los aminoácidos (^{Caldas et al. 2018}). Asimismo, la adición de esta enzima en dietas compuestas por maíz y soya aumentó el rendimiento de los pollos de ceba, al disminuir el contenido de galactomananos del pienso (^{Latham et al. 2018}).

El uso de cócteles enzimáticos en gallinas ponedoras mejoró la retención de nutrientes y mostró tendencia al incremento de la actividad de las enzimas en el intestino (^{Wen et al. 2012}). ^{El-Hack et al. (2017)} señalaron que en esta misma categoría, la sustitución de soya por fabas (Vacia faba L.), suplementada con celulasas, xilanasas, α-amilasas y proteasas, mejoró la eficiencia alimentaria, sin afectar la calidad y la productividad de los huevos.

3) Competencia para evitar la adhesión de patógenos a las células epiteliales. El mecanismo de competencia antipatógenos se describe como un proceso en el que una especie bacteriana compite rigurosamente por la adhesión a los receptores en el tracto gastrointestinal de un animal (figura 2) (^{Van et al. 2020}).

Figura 2 Mecanismo de adhesión de patógenos a las células epiteliales (^{Ahumada 2020}) 

^{Pérez-Chabela et al. (2020)} refirieron algunos de los mecanismos utilizados por Bacillus spp. para evitar la adhesión de patógenos: 1) despolarización celular por formación de poros en la membrana celular, 2) inhibición del crecimiento por competencia en sitios de adhesión y 3) inhibición de la expresión de genes de virulencia.

4) Modulación de la inmunidad intestinal. Una de las características que distingue a los probióticos con endosporas de Bacillus es la capacidad de activar el sistema inmunológico. La implementación de estrategias para el cuidado de la microbiota ayuda al huésped a mantener una función inmunológica normal mediante la expresión de patrones moleculares asociados a metabolitos derivados de enzimas y antígenos (figura 3). Por lo tanto, el sistema inmunológico depende, en gran medida, de la microbiota comensal para la protección contra patógenos invasores (^{Tao et al. 2018}). A su vez, los probióticos tienen un efecto inmunomodulador, que estimula la fagocitosis y la proliferación de células inmunes (macrófagos, monocitos y células especializadas, como CD3, CD4 y CD8 T), además de la formación de anticuerpos (IgM y IgG) (^{Romero et al. 2013} y ^{Ajuwon 2016}).

Figura 3 Efecto inmunomodulador mediante la interacción de las bacterias probióticas con las células epiteliales, dendríticas (DC), monocitos y linfocitos (^{Ahumada 2020}). 

En Cuba, se cuenta con el producto probiótico SUBTILPROBIO^® elaborado con la cepa de Bacillus subtilis subespecie subtilis (C-31, C-34 y E-44). El uso de este producto evidencia sus propiedades probióticas in vitro (^{Milián et al. 2017}).

Los estudios realizados por ^{Milián (2009)} muestran que las tres cepas (C-31, C-34 y E-44) tienen gran capacidad de crecimiento y producción de endosporas, capaces de inhibir microorganismos Gram positivos y Gram negativos; además de mostrar sensibilidad a un amplio grupo de antibióticos y producir un grupo de enzimas específicas (fosfatasa alcalina, esterasa C4, esterasa lipasa C8, lipasa C14, leucina arilamidasa, naftol-A-S-BI fosfohidrolasa, α-glucosidasa y β-glucosidasa). Esto permite inferir que dichas cepas muestran rangos favorables para su utilización como aditivos zootécnicos, que constituyen una alternativa prometedora ante el uso de antibióticos promotores del crecimiento.

5) Efecto de las endosporas de Bacillus subtilis en cerdos. Uno de los principales objetivos de la producción porcina en la actualidad es obtener el mayor número de lechones destetados por cerda en el año, saludables y de buen peso. Entre las estrategias nutricionales para mejorar el rendimiento de las cerdas, que se asocia generalmente con una mejor eficiencia en la utilización de nutrientes, se encuentra el uso de aditivos. Entre los manejados en la alimentación de cerdas, se encuentran los probióticos, que muestran resultados beneficiosos, relacionados con la producción y calidad de la leche (^{Rocha et al. 2018}).

^{Peet et al. (2020)} estudiaron los efectos de un suplemento probiótico con Bacillus (mezcla de esporas de Bacillus amyloliquefaciens DSM 25840 y Bacillus subtilis DSM 32324) en el crecimiento y la salud de cerdos de engorde. Como resultado del estudio, lograron mejorar el índice de conversión y la ganancia media diaria. ^{Raudez y García (2020)} evaluaron la efectividad de un probiótico con Lactobacillus lactis, Bacillus subtilis, Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium bifidum (PORCI-BIOTIC COMPLEX) durante 28 d. Estos autores obtuvieron resultados favorables para la variable comportamiento zoosanitario, donde el grupo testigo presentó mayor cantidad de enfermedades respiratorias y pulmonares en comparación con el resto (PORCI-BIOTIC COMPLEX).

^{Rondón et al. (2020b)} evaluaron el efecto probiótico de los biopreparados PROBIOLACTlL^®, SUBTILPROBIO^® y su mezcla en indicadores productivos y de salud de cerdos en crecimiento. Los biopreparados evaluados produjeron beneficios en los animales, ya que mejoraron la eubiosis del tracto gastrointestinal, lo que contribuyó a mejorar (P<0.05) el peso vivo (27.15 kg/25.59 kg), la ganancia media diaria de los animales (408.65 g/445.27g), el incremento de peso (19.42 kg/16.36 kg) y la conversión alimentaria (2.44/2.90). Además, disminuyeron la incidencia de diarreas (8.57/67.14 %) en los animales tratados. Los resultados confirmaron el potencial probiótico que tienen estos biopreparados, cuando se aplican a cerdos durante la etapa de crecimiento.

6) Efecto de las endosporas de Bacillus subtilis en aves. Diversas son las investigaciones que demuestran la respuesta positiva de la inclusión de aditivos zootécnicos con efecto probiótico en el alimento para la categoría avícola, a partir de probióticos con endosporas de Bacillus. ^{Morales et al. (2020)} así lo demuestran, cuando evaluaron un complejo multienzimático (proteasas, amilasas y xilanasas) y un probiótico (Bacillus subtilis) en gallinas Bovans White. Estos autores comprobaron incremento en el peso de huevo con la adición de enzimas y probióticos. Sin embargo, para las variables inmunidad humoral, colesterol, LDL y HDL, no se observaron diferencias (P>0.05) entre tratamientos.

^{Bai et al. (2016)} informaron mejoras en el aumento de peso y la tasa de conversión alimentaria en machos Arbor Acres de un día de nacidos, cuando suplementaron dietas basales con Bacillus subtilis mbJ (BSfmbJ) en dosis de 2, 3 y 4 x 10¹⁰ ufc/kg, sin usar promotores del crecimiento.

^{Milián et al. (2019)} evaluaron el aditivo zootécnico SUBTILPROBIO^® en gallinas ponedoras de la raza Leghorn Línea L33. Para determinar el efecto probiótico midieron: peso vivo, consumo, conversión, producción total de huevos, huevos cascados y totales de huevos descalificados, así como la mortalidad, muerte por picaje o canibalismo y viabilidad. Los resultados mostraron mejora de los indicadores peso vivo (1640.0 g/1585.0 g), consumo (10780 kg MS), conversión (1.92/2.10), producción de huevos (15 540/15 397), huevos cascados (1092/1114) y descalificados (69/76) para P<0.01 con respecto al grupo control. Los indicadores mortalidad (1/4), viabilidad (99.6/98.6 %) y muerte por picaje/canibalismo (1/2) no tuvieron diferencias entre los tratamientos.

^{Milián et al. (2021)}, al evaluar el aditivo zootécnico SUBTILPROBIO^® E-44 en indicadores productivos y de salud en aves Líneas Puras Pesadas, informaron recientemente que los indicadores productivos peso vivo, uniformidad y conversión mostraron valores significativos para (P<0.001) con respecto al grupo control y al estándar para la línea en estudio. Los indicadores mortalidad (3.8/8) y viabilidad (96.2/92 %) dejaron ver diferencias con respecto al control para P<0.01.

Estudios realizados por ^{Morales et al. (2020)} demostraron que cuando evaluaron un complejo multienzimático, compuesto de amilasas, proteasas y xilanasas, y el probiótico con esporas de Bacillus subtilis, en dietas de sorgo-soya-canola, los resultados de rendimiento productivo mostraron diferencias (P<0.05) en el peso de huevo. Estos autores refirieron que se obtuvo menor peso con el tratamiento (60.0/58.9/59.2), pero con la adición de enzimas y probióticos, se mostró incremento. Para las variables colesterol (100.2/109.7/122.9 mg/dL), LDL (13.9/17.3/16.2 mg/dL) y HDL (30.0/37.0/35.7 mg/dL) no se observaron diferencias (P>0.05) entre tratamientos.

^{Rodríguez et al. (2015)}, al evaluar una mezcla probiótica de dos aditivos zootécnicos (PROBIOLACTIL® C65 y SUBTILPROBIO® E-44) con respecto al estándar en aves de Línea Pura Pesada B4 durante cinco semanas, obtuvieron resultados positivos en cuanto al incremento de peso desde la tercera semana de inclusión de los biopreparados (793, 1249 y 1587g). Este resultado se reafirma en los informes de ^{Valdés (2018)} y ^{Rondón et al. (2020b)}, cuando refieren la utilización de mezclas de microorganismos en biopreparados destinados a la producción animal.

^{Vélez et al. (2019)} evaluaron un probiótico de Bacillus subtilis en la categoría de pollos de engorde Cobb 500. Los indicadores medidos fueron de tipo productivo, como ganancia de peso, índice de conversión alimentaria, factor de eficiencia americana, peso de la canal, mortalidad, cambios en las vellosidades y análisis patológico. Los autores citados demostraron que el probiótico Bacillus subtilis tiene un efecto positivo en los indicadores productivos.

Sin lugar a dudas, en la temática del uso de probióticos en la avicultura, son infinitos los estudios que informan y demuestran la efectividad de los biopreparados con endosporas de Bacillus spp., criterio que se refuta por la Engineering your feed solutions (ORFFA). Esta entidad asegura que los probióticos esporulados son la opción más natural para producir aves sanas, altamente efectiva y muy competitiva, si se usa en producción aviar, de modo que se optimicen sus rendimientos productivos (^{ORFFA 2021}).

7) Efecto de las endosporas de Bacillus subtilis en terneros. En los estudios de la evaluación del aditivo zootécnico SUBTILPROBIO®, en la categoría de terneros lactantes de la raza Siboney de Cuba, ^{Hernández (2012)} observó que los terneros que consumieron el aditivo zootécnico tuvieron mayor peso vivo (GT probiótico 169/Grupo control 110 kg) a su traslado para la unidad de desarrollo. En este caso, se midieron los indicadores de salud, incidencia de diarreas (1/7) y de neumonía (-/2) y mortalidad (-/4) para P≤0.05.

^{Silva (2013)} demostró que al suministrar el biopreparado probiótico SUBTILPROBIO^® C-31 en terneros lactantes de la raza Siboney de Cuba durante 90 días, se logra un incremento en el indicador productivo peso (74.6/58.3 kg) con respecto al control para P≤0.05.

Conclusiones

Bacillus subtilis es una bacteria con efecto probiótico que se encuentra en el tracto digestivo de los animales de interés zootécnico y en otros ambientes. Las investigaciones realizadas hasta la fecha demuestran las potencialidades in vitro e in vivo de esta bacteria y sus endosporas.

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Recibido: 12 de Diciembre de 2021; Aprobado: 05 de Abril de 2022

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