Stato dell’arte
La pressione e le aspettative per migliorare la crescita, la salute e le capacità riproduttive di suini e pollame ha portato, negli ultimi decenni, a un largo uso di antibiotici con effetti negativi sugli animali stessi, sull’ambiente e sui consumatori delle loro carni.

Cosa aggiunge questo studio
Scopo di questa review è quello di valutare le conoscenze attuali riguardo all’utilizzo di ceppi di Bacillus come probiotico e come strumento per ridurre l’utilizzo di antibiotici a scopo profilattico e metafilattico nei maiali e nel pollame, e valutarne l’effetto sulla salute e sulle capacità riproduttive delle femmine di tali animali.

Conclusioni
Ceppi ad azione probiotica di Bacillus spp hanno mostrato effetti benefici paragonabili, o migliori, di quelli degli antimicrobici nel migliorare la salute e la crescita di maiali e polli.

Suini e pollame rappresentano le specie animali monogastrici maggiormente utilizzate per la produzione di carne. 

Per ottimizzarne la produzione, e fare pressione sulla riproduzione di tali specie, spesso si ricorre all’utilizzo di antimicrobici a scopo sia profilattico sia metafilattico, ma l’utilizzo di tali sostanze per lunghi periodi può causare la selezione di specie batteriche resistenti e la perdita della biodiversità batterica. 

Risulta perciò urgente riflettere su un migliore utilizzo dei farmaci antibiotici, ma altresì trovare delle alternative più sicure, per esempio attraverso soluzioni sostenibili come probiotici, detti anche DFM (direct in-feed microbials). 

Tra i probiotici commerciali più utilizzati per il bestiame monogastrico si ricorda Bacillus spp., batterio gram positivo, catalasi positivo, sporigeno, areobio ed anaerobio facoltativo, le cui specie più utilizzate sono: Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis, Bacillus coagulans, Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus velezenis e Bacillus cereus.

Modalità d’azione di Bacillus spp.

• Effetto diretto sui patogeni: le specie di Bacillus hanno un effetto diretto sui batteri patogeni in quanto prevengono, inibiscono o provocano l’arresto delle loro crescita prevenendo la loro proliferazione nell’intestino. Bacillus spp. sono in grado di produrre peptidi e molecole ad azione antimicrobica come batteriocine con effetto antagonista sui microrganismi patogeni quali: subtilina, sublancina 168, bacillocina 22 e subtilosina. Tra i peptidi non sintetizzati a livello ribosomiale da Bacillus spp. si ricordano surfactina, fengicina, fusaricidina e iturina che possiedono anche azione antifungina. Le specie di Bacillus sono anche in grado di modulare la virulenza di microrganismi patogeni anche grazie al meccanismo del quorum sensing (QS) in grado di modulare l’espressione dei geni che conferiscono virulenza. Inoltre, i bacilli sono in grado di sintetizzare enzimi che hanno la capacità di disgregare la parete dei batteri patogeni, come elastasi e endopeptidasi.
• Promuovere la colonizzazione dell’intestino da parte di batteri benefici per l’ospite: le Bacillus spp. sono in grado di promuovere l’eubiosi, favorendo la colonizzazione dell’intestino da parte di batteri commensali e non patogeni modulando le caratteristiche del microambiente intestinale, per esempio abbassandone il pH. In particolare, Bacillus è in grado di favorire la proliferazione di Lactobacillus Leucobacter, Bifidobacteria, Megasphaera, Coprococcus e Prevotella nei maiali e di Enterococcus, Lactobacillus e Bifidobacterium nei polli.
• Effetto immunostimolante: Bacillus spp. sono anche in grado di favorire la reattività del sistema immunitario, di mantenere ed aumentare l’integrità della barriera intestinale e di agire come immunomodulatori. In dettaglio, B. subtilis è in grado di indurre l’attivazione dei macrofagi e la secrezione di citochine pro-infiammatorie. Inoltre, ha un’attività antiossidante capace cioè di ridurre lo stress ossidativo attraverso l’azione dei suoi enzimi superossido dismutasi, glutatione perossidasi e glutatione reduttasi. Bacillus spp. possono inoltre favorire la crescita ed agire sulla lunghezza dei villi intestinali aumentando le capacità e l’integrità di barriera.
• Contributo all’efficienza nutrizionale: la produzione di enzimi extracellulari, di vitamine e di peptidi che favoriscono la digestione e l’assimilazione dei nutrienti, da parte di Bacillus spp. promuove indirettamente la crescita e la modulazione della presenza di batteri commensali nell’intestino del bestiame monogastrico. Per esempio, i bacilli producono enzimi in grado di digerire carboidrati complessi, come α e β-amilasi e cellulasi, proteine, come aminopeptidasi, e lipidi come la fosfolipasi C. Inoltre i ceppi di Bacillus sono in grado di produrre vitamine del gruppo B come cobalamina (B12) e inositolo (B7).

Applicazioni delle specie di Bacillus ad azione probiotica sul bestiame

• I rischi dell’introduzione di probiotici nel cibo fornito agli animali sono relativi al possibile sviluppo di infezioni intestinali e sistemiche, al trasferimento di geni di resistenza agli antibiotici, alla diffusione negli allevamenti di microrganismi infettivi o composti nocivi, alla produzione di tossine e metaboliti dannosi e all’iperstimolazione del sistema immunitario degli animali.
• Utilizzo di Bacillus spp. nel post-svezzamento dei maialini: il periodo successivo allo svezzamento rappresenta un momento molto delicato per i cuccioli di maiale in quanto essi possono accusare stress ed essere frequentemente soggetti a disbiosi, caratterizzata dalla perdita di biodiversità del microbioma e aumento delle specie anaerobie facoltative. Le specie di Bacillus ad azione probiotica sono in grado di ristabilire la biodiversità microbica e contrastare la proliferazione dei batteri patogeni supportando la funzione di barriera dell’intestino.
• Utilizzo di Bacillus spp. per contrastare la diarrea post-svezzamento: la diarrea che spesso affligge i maialini nel periodo del post-svezzamento può trovare beneficio dalla supplementazione di probiotici contrastando l’azione di microbi patogeni.
• Utilizzo di Bacillus spp. per migliorare la salute intestinale dei cuccioli di suino: le specie di Bacillus sono in grado di favorire l’abbondanza di specifici taxa, come Lactobacillus e Clostridium che hanno un effetto beneficio sulle funzioni intestinali.
• Utilizzo di Bacillus spp. per migliorare la crescita e l’efficienza della nutrizione dei maialini: è stato notato che i probiotici sono in grado di eguagliare gli antibiotici per quanto riguarda la crescita media giornaliera (ADG, Average Daily Gain). La promozione della crescita così come il miglioramento dell’efficienza della nutrizione da parte dei probiotici, in particolare delle Bacillus spp., dipendono dalla capacità di questi batteri di produrre enzimi digestivi che possono migliorare l’assimilabilità dei pasti. Inoltre, sono in grado di favorire l’espressione nell’ospite di alcuni geni codificanti per canali che mediano gli scambi di ioni, come sodio e potassio.

Applicazioni delle specie di Bacillus ad azione probiotica nelle scrofe

• Utilizzo di Bacillus spp. per migliorare il peso e la fertilità delle scrofe: la supplementazione di specie di Bacillus durante la gestazione e l’allattamento contribuiscono a migliorare l’assimilazione di nutrienti e l’acquisizione di peso da parte delle scrofe. Ciò ha effetti benefici soprattutto sulla perdita di peso, in questo caso più limitata, che generalmente si verifica durante l’allattamento. L’azione probiotica delle specie di Bacillus contribuiscono anche a ridurre l’intervallo svezzamento-estro, importante per l’efficienza riproduttiva delle scrofe. Inoltre, Bacillus spp. contribuiscono a supportare ed aumentare l’efficienza placentare.
• Utilizzo di Bacillus spp. per controllare l’equilibrio delle popolazioni microbiche intestinali: il microbioma intestinale contribuisce molto a regolare il metabolismo e l’efficienza del sistema immunitario delle scrofe così come la salute dei cuccioli. È stato notato che fornendo probiotici durante la gestazione, le specie di Bacillus contribuiscono a diminuire la biodiversità intestinale favorendo però la proliferazione di specie batteriche utili per l’ospite come Gemmatimonadete, Acidobacteria e Ruminococcaceae oltre che Lactobacillus riducendo la presenza di Clostridium perfingens e E. coli.
• Utilizzo di Bacillus spp. per controllare lo stress ossidativo e migliorare le funzioni immunitarie: le fasi finali della gravidanza così come il periodo dell’allattamento sono momenti delicati per le scrofe le quali sperimentano una riduzione volontaria nella nutrizione ed un aumento dello stress ossidativo. Benefici nel controllo dello stress ossidativo sono stati evidenziati fornendo Bacillus spp. Si riscontra inoltre una diminuzione dei livelli sierici di insulina, cortisolo e glucosio. Durante la gravidanza, è noto e fisiologico un abbassamento delle difese immunitarie che predispongono le scrofe ad infezioni da parte di patogeni. La somministrazione di probiotici come Bacillus spp, come B. cereus, favoriscono l’aumento della conta linfocitaria a livello ematico.
• Utilizzo di Bacillus spp per migliorare la qualità e la quantità di colostro e latte: i probiotici come le specie di Bacillus sono in grado di migliorare la qualità del colostro e del latte che appare più ricco di IgG ed IgA e di proteine.

Riassumendo, il miglioramento della quantità e della qualità del latte sommato al miglioramento delle condizioni di salute delle scrofe che ricevono Bacillus spp. durante la gravidanza e l’allattamento contribuiscono a migliorare le performance riproduttive in termini di maggior numero di cuccioli e di un evidente miglioramento della loro salute a fronte di una diminuzione della mortalità.

Applicazione di probiotici a base di Bacillus al pollame

• Utilizzo di Bacillus spp. per migliorare e la salute e la sopravvivenza del pollame: la supplementazione di Bacillus spp. eguaglia, e in alcuni casi migliora, l’effetto degli antibiotici nella riduzione della mortalità dei polli.
• Utilizzo di Bacillus spp. per migliorare la salute dell’intestino, il suo microbiota e l’immunità: i probiotici, e soprattutto le Bacillus spp., influenzano la composizione del microbiota intestinale promuovendo la proliferazione di batteri utili all’ospite come i lattobacilli e sfavorendo la crescita di Clostridium, Coliforms e Campylobacter jejuni. A livello intestinale, Bacillus spp. contribuiscono ad abbassare il pH e, insieme ai batteri residenti, collaborano alla formazione del biofilm diventando così parte della comunità batterica associata alla mucosa. La supplementazione di Bacillus spp. sin dalla nascita sembra favorire le attività del sistema immunitario, ma anche avere un effetto positivo sul numero e la lunghezza dei villi nonché sul rapporto tra villi e cripte con un effetto favorevole soprattutto sul tratto dell’ileo. I probiotici hanno un effetto benefico anche sulla riduzione dello stress ossidativo promuovendo l’espressione di geni che codificano per enzimi coinvolti nella riduzione dei radicali liberi.
• Utilizzo di Bacillus spp. per migliorare la crescita e l’efficacia della nutrizione: i bacilli sembra abbiano un effetto benefico sull’acquisizione del peso e la crescita del pollame.

Conclusioni

La letteratura raccolta sembra concorde nell’attribuire effetti benefici alla supplementazione di probiotici, in particolare Bacillus spp., al bestiame monogastrico per migliorarne le caratteristiche e la salute con l’obiettivo futuro di sostituire così gli antibiotici.

Fonte

Diana Luise, Paolo Bosi, Lena Raff, Laura Amatucci, Sara Virdis, Paolo Trevisi. Bacillus spp. Probiotic Strains as a Potential Tool for Limiting the Use of Antibiotics, and Improving the Growth and Health of Pigs and Chickens. Front Microbiol. 2022 Feb 7;13:801827. doi: 10.3389/fmicb.2022.801827.