في السنوات الأخيرة، ومع تزايد القلق العام بشأن سلامة الأغذية المشتقة من الحيوانات، أصبح البحث والتطوير في مجال إضافات الأعلاف التي تعد بدائل خضراء وآمنة وفعالة للمضادات الحيوية والأدوية المضادة للميكروبات محورًا رئيسيًا. وقد ظهرت مستحضرات البروبيوتيك استجابة لهذا الطلب. في عام 2002، عرّفت جمعية الأغذية والأعلاف الأوروبية (EFFCA)، وهي هيئة أوروبية رائدة، البروبيوتيك على أنها كائنات دقيقة حية تمنح، عند تناولها بكميات كافية، فائدة صحية واحدة أو أكثر محددة ومثبتة علميًا للمضيف. تشير المستحضرات الميكروإيكولوجية إلى المستحضرات البكتيرية الحية المصنوعة من الكائنات الحية الدقيقة المفيدة الموجودة بشكل طبيعي في الحيوانات. ومن بين هذه المستحضرات، أصبحت المستحضرات الميكروإيكولوجية لبكتيريا حمض اللاكتيك (LAB) مجالًا رئيسيًا للبحث في السنوات الأخيرة. من بين الإضافات الميكروبية المختلفة، تُستخدم مستحضرات LAB على نطاق واسع وتعتبر فعالة للغاية كمضافات ميكروبية للأعلاف. إنها بكتيريا تكافلية سائدة في الجهاز الهضمي للعديد من الحيوانات المائية، قادرة على تكوين نباتات طبيعية. كما تعد LAB واحدة من أولى السلالات الميكروبية في الصين التي تمت الموافقة عليها للاستخدام المباشر كمضافات ميكروبية صالحة للأعلاف. يمكن لـ LAB استعمار القناة المعوية للحيوانات المائية، وتنظيم توازن البكتيريا المعوية بشكل فعال، وإفراز حمض اللاكتيك، وإنتاج إنزيمات هضمية مختلفة تساعد في هضم الطعام واستقلابه، وتعزيز امتصاص واستخدام العناصر الغذائية. بالإضافة إلى ذلك، يمكنها التنافس مع البكتيريا المسببة للأمراض على العناصر الغذائية ومواقع الالتصاق، وإفراز البكتيريا، وتثبيط نمو البكتيريا الضارة، وبالتالي تحسين البيئة المعوية، وموازنة ميكروبات الجهاز الهضمي، وتعزيز صحة الحيوان. توفر LAB مسارًا جديدًا فعالًا وغير ضار وخاليًا من التلوث للتنمية الصحية لصناعات الأعلاف وتربية الأحياء المائية.

1. الخصائص الفسيولوجية لـ بكتيريا حمض اللاكتيك

تشير بكتيريا حمض اللاكتيك إلى مجموعة من البكتيريا إيجابية الجرام التي لا تنتج أبواغًا وتتخمر في المقام الأول الكربوهيدرات لإنتاج حمض اللاكتيك. تتنوع خصائصها المورفولوجية والأيضية والفسيولوجية. معظم خلايا LAB على شكل قضيب أو كروية، ولا تنتج أبواغًا، وغير متحركة أو متحركة قليلاً، وحساسة للحرارة ولكنها تتحمل الأحماض، وقادرة على النمو في بيئات بمستويات pH بين 3.0 و 4.5، ولها متطلبات غذائية صارمة، بما في ذلك الحاجة إلى الأحماض الأمينية المختلفة والفيتامينات والببتيدات بالإضافة إلى الكربوهيدرات. داخل جسم الحيوان، تخفض LAB درجة الحموضة من خلال التضاد البيولوجي، وتمنع وتثبط غزو واستعمار البكتيريا المسببة للأمراض وتحلل المواد الضارة مثل النيتروزامين والأمونيا والإندول والسكاتول. تشمل البكتيريا اللاهوائية المكتشفة في الطبيعة، والتي تنقسم إلى 23 جنسًا على الأقل في تصنيف البكتيريا، Lactobacillus وBifidobacterium وCarnobacterium وStreptococcus وLeuconostoc وPediococcus وSporolactobacillus. تزدهر معظم البكتيريا اللاهوائية في بيئات حمضية لاهوائية أو دقيقة هوائية غنية بالمعادن والمغذيات العضوية، وتنتشر على نطاق واسع في المنتجات المخمرة (مثل السيلاج والمخللات والزبادي) والجهاز الهضمي للحيوانات.

2. آليات عمل بكتيريا حمض اللاكتيك

2.1 آليات مضادة للبكتيريا

تعتمد بقاء البكتيريا واستعمارها في أمعاء الحيوانات على عدة عوامل، بما في ذلك حمض المعدة، وأملاح الصفراء، والإنزيمات الهضمية، والاستجابات المناعية، والكائنات الحية الدقيقة الذاتية، وإنتاجها للمضادات الحيوية. وأي تغيير في هذه العوامل قد يؤثر على بقاء البكتيريا. وتستند آليات LAB المضادة للبكتيريا إلى خصائصها الكيميائية الحيوية، والتي تغير بيئة المعيشة وآليات نمو البكتيريا المسببة للأمراض، مما يحقق تأثيرات مضادة للبكتيريا.

2.1.1 تثبيط البكتيريا الضارة عن طريق إنتاج الأحماض:
تخمر البكتيريا اللاكتوز في الجسم لإنتاج كميات كبيرة من الأحماض الخليك واللاكتيكية، والتي تخفض درجة الحموضة البيئية، مما يجعل البيئة المعوية حمضية. تفضل البكتيريا المسببة للأمراض في الأمعاء درجة حموضة تتراوح بين 7.0 و7.4 للنمو الأمثل. يؤدي إنتاج الأحماض بواسطة البكتيريا اللاكتيكية وتحلل الخلايا الناتج عن ذلك إلى تقليل درجة حموضة الأمعاء، مما يمنع استعمار ونمو البكتيريا المسببة للأمراض على جدار الأمعاء، مما يؤدي إلى انخفاض قدرتها على البقاء والشيخوخة والموت، وبالتالي الحفاظ على التوازن البيئي المعوي والوظيفة الفسيولوجية الطبيعية.

2.1.2 تثبيط البكتيريا الضارة عن طريق إنتاج مواد مضادة للبكتيريا:
بالإضافة إلى الأحماض العضوية، تنتج LAB مواد مضادة للبكتيريا أخرى، مثل بيروكسيد الهيدروجين وحمض البنزويك، وكذلك الليزوزيمات والعوامل المضادة للبكتيريا الأخرى مثل النيسين واللاكتيسين والأسيدوفيلين. تعمل هذه المنتجات على تثبيط البكتيريا المسببة للأمراض في الأمعاء. يعمل بيروكسيد الهيدروجين والبكتيريا على تثبيط مسببات الأمراض من خلال آلية تُعرف باسم مقاومة الالتصاق. يعد الالتصاق بالغشاء المخاطي المعوي شرطًا أساسيًا لاستعمار البكتيريا المسببة للأمراض والتسبب في الأعراض السريرية. هناك منافسة على مواقع الالتصاق على ظهارة الأمعاء الدقيقة بين الكائنات الحية الدقيقة المفيدة والمسببة للأمراض، والمعروفة باسم الاستبعاد التنافسي. إذا احتلت السلالات المفيدة المزيد من هذه المواقع، يتم استبعاد البكتيريا المسببة للأمراض. تمنع LAB البكتيريا المسببة للأمراض من خلال التنافس على المساحة والوقت ومواقع الالتصاق والمواد المغذية، وبالتالي منع التصاقها بالخلايا الظهارية المخاطية المعوية.

2.2 آليات التغذية

عندما يكون LAB نشطًا أيضيًا داخل جسم الحيوان، فإنه يزود المضيف مباشرة بالأحماض الأمينية الأساسية والفيتامينات والإنزيمات الهضمية (على سبيل المثال، الأميليز، والبروتياز، والسليلوز)، ويحسن معدلات هضم وامتصاص المعادن (على سبيل المثال، الكالسيوم، والفوسفور، والحديد، والمغنيسيوم)، وبالتالي يعزز التمثيل الغذائي ويعزز النمو والإنتاجية. بالإضافة إلى ذلك، تعمل المنتجات الأيضية الحمضية لـ LAB على حمضية البيئة المعوية، وهو أمر مثالي لنشاط الإنزيمات الهضمية المختلفة (على سبيل المثال، الأميليز عند درجة حموضة 6.5، والجلوكوز أميليز عند درجة حموضة 4.4)، مما يساعد على هضم وامتصاص العناصر الغذائية. كما يعزز إنتاج الأحماض العضوية التمعج المعوي والإفراز، مما يعزز هضم وامتصاص العناصر الغذائية.

2.3 آليات المناعة

يعمل LAB على تعزيز مناعة الحيوان بطريقتين:

1. إنها تؤثر على الاستجابات المناعية غير المحددة عن طريق تعزيز نشاط الخلايا الوحيدة والبلعمية، وتحفيز إفراز أنواع الأكسجين التفاعلية، وأنزيمات الليزوزيم، وعوامل الخلايا الوحيدة.
2. إنها تحفز استجابات مناعية محددة، مثل زيادة مستويات IgA و IgM و IgG على الأسطح المخاطية وفي المصل لتعزيز المناعة الخلطية، وتعزيز تكاثر الخلايا الليمفاوية التائية والبائية لتعزيز المناعة الخلوية. وجد شيفرين وآخرون (1994) أن Lactobacillus johnsonii Lj1 و Bifidobacterium lactis Bb12 يعززان نشاط الخلايا البلعمية ضد Escherichia coli في المختبر. عند استخدامها مع السالمونيلا، تعمل Streptococcus thermophilus كمساعد مناعي، مما يزيد بشكل كبير من مستويات IgA في المصل. لا تزال الآليات التي تحفز بها LAB الجهاز المناعي قيد الدراسة. اقترح أوهاند وآخرون (1999) مسارات محتملة لتحفيز المناعة عن طريق تناول البروبيوتيك (بما في ذلك LAB). تمر المواد المستضدية عبر الظهارة المرتبطة بالجريبات في العقد الليمفاوية عبر طريقين:
3. تمر المستقلبات أو القطع الميكروبية، مثل المستضدات الجزيئية الصغيرة، مباشرة عبر الخلايا الظهارية العادية أو عبر الوصلات الضيقة بين الخلايا الظهارية.
4. يتم توصيل الخلايا الميكروبية إلى الخلايا البلعمية المحاطة بخلايا M من خلال البلعمة الخلوية. بعد دخول الأنسجة الليمفاوية، تتم معالجة المستضدات إما بواسطة الخلايا المقدمة للمستضد أو يتم تسليمها مباشرة إلى الخلايا الليمفاوية لإنتاج الاستجابات المناعية المقابلة.

2.4 إزالة السموم والوقاية من المنتجات المتعفنة

يمكن لبعض البكتيريا تحييد أو تقليل التأثيرات السامة للسموم الداخلية وغيرها من المواد الضارة. وقد وجد أن بكتيريا البيفيدوباكتيريوم تمنع إنتاج الأمونيا في محتويات الأمعاء، بينما تعمل بكتيريا باسيلوس سيريوس على تقليل تركيزات الأمونيا في محتويات الأمعاء والوريد البابي الكبدي، مما يقلل من مستويات المواد الضارة مثل الفينولات والإندول.

3. الفوائد الصحية والتأثيرات العلاجية لـ LAB على الحيوانات

أظهرت العديد من التجارب السريرية والتغذية في الداخل والخارج نتائج متفاوتة، مع تأثيرات إيجابية وسلبية، على الرغم من أن التأثيرات الإيجابية أكثر شيوعًا. قد يكون التناقض بسبب عوامل مثل نوع الحيوان والعمر وبيئة التغذية وجودة السلالة وظروف الإجهاد، ولكن التأثيرات المفيدة لـ LAB على صحة الحيوان معترف بها على نطاق واسع.

3.1 تحسين وظائف الجهاز الهضمي وتقليل الإصابة بأمراض الجهاز الهضمي

تعد البكتيريا اللاهوائية من البكتيريا السائدة في فلورا الأمعاء. بعد تناولها، تتخمر لإنتاج الأحماض، مما يغير البيئة المعوية، ويمنع نمو البكتيريا الضارة، ويوازن ميكروبات الجهاز الهضمي. كما أنها تنتج مواد لاصقة ترتبط بإحكام بخلايا الغشاء المخاطي المعوي، وتستعمر سطح الغشاء المخاطي وتشكل حاجزًا فسيولوجيًا، وبالتالي استعادة مقاومة المضيف، وإصلاح الحاجز البكتيري المعوي، وعلاج أمراض الجهاز الهضمي.

3.2 تعزيز المناعة وتعزيز صحة الحيوان

يعمل LAB على تعزيز مناعة الحيوان من خلال تحفيز الاستجابات المناعية غير المحددة والمحددة، وتحفيز إنتاج الإنترفيرون، وتعزيز انقسام الخلايا، وإنتاج الأجسام المضادة، وتعزيز المناعة الخلوية، وبالتالي زيادة مقاومة الجسم للأمراض.

3.3 تعزيز الإنتاج الحيواني، وزيادة كفاءة الأعلاف، وخفض تكاليف التغذية، وتحسين العائدات الاقتصادية

تنتج LAB العديد من العناصر الغذائية داخل جسم الحيوان، مثل الفيتامينات والأحماض الأمينية الأساسية والإنزيمات الهضمية، مما يعزز عملية التمثيل الغذائي ويعزز النمو والإنتاجية. كما تعمل LAB على خفض درجة الحموضة المعوية، مما يخلق بيئة حمضية مواتية لنشاط الإنزيمات، وتحسين هضم وامتصاص العناصر الغذائية، وتقليل تكاليف التغذية.

4. حالة الطلب الحالية

باختصار، تتمتع LAB بفوائد وقائية وعلاجية وتغذوية وصحية. في السنوات الأخيرة، أصبحت عيوب إضافات الأعلاف المضادة للبكتيريا معروفة بشكل متزايد، مما دفع العديد من الباحثين إلى التركيز على التغلب على هذه العيوب من خلال البحث البيئي الدقيق، مما دفع إلى تطوير مستحضرات بيئية دقيقة. تُستخدم مستحضرات LAB الآن على نطاق واسع في مجالات مختلفة، بما في ذلك الخنازير والدواجن والأبقار والأغنام وتربية الأحياء المائية.

5. القضايا والآفاق

5.1 اختيار السلالة

حاليًا، تشتمل مستحضرات البروبيوتيك المستخدمة في تربية الأحياء المائية والمُباعة في الأسواق بشكل أساسي على البكتيريا الضوئية، والعصية اللبنية، والبيفيدوباكتيريوم، وبكتيريا EM، والعصية، وثقافاتها. يعد اختيار وتحديد نشاط سلالات LAB، وهو أحد المكونات الرئيسية لمستحضرات البروبيوتيك، أمرًا بالغ الأهمية في تحديد فعاليتها. يجب أن تمتلك سلالات LAB المؤهلة الخصائص التالية:

1. نشاط قوي مضاد للبكتيريا المسببة للأمراض، واستعمار فعال، وإنتاج عالي من الإنزيمات الهضمية.
2. قادرة على الحفاظ على حيوية عالية ونشاط التخمير أثناء المعالجة والتخزين والنقل، مع معدل بقاء يزيد عن 90٪ واستقرار التخزين.
3. يجب أن يكون المنتج النهائي للتخمير ذو درجة حموضة منخفضة، وله تأثيرات مضادة للبكتيريا قوية، وتكوين مفيد للأنواع الميكروبية، مع قدر معين من القدرة على التكيف مع البيئة (على سبيل المثال، درجات الحرارة العالية، ومقاومة الأحماض والملح).
4. تتمتع بقدرة قوية على تحمل الضغوطات والقدرة على التكيف مع العوامل المسببة للتوتر، مما يساهم في تحسين بيئات التكاثر.

5.2 عملية التخمير ومراقبة الجودة

تتطلب عملية إنتاج ومراقبة جودة مستحضرات LAB اهتمامًا وثيقًا لضمان الاستقرار والنشاط والفعالية. ويشمل ذلك تحسين ظروف التخمير واستخدام المواد الخام عالية الجودة ومراقبة المنتج النهائي لضمان جودة ثابتة.

5.3 طريقة التطبيق والجرعة

إن تحديد الجرعة المناسبة وطريقة الاستخدام لمستحضرات LAB أمر بالغ الأهمية لتحقيق نتائج مثالية. فالإفراط في الاستخدام أو قلة الاستخدام قد يؤدي إلى انخفاض الفعالية أو الآثار الجانبية السلبية.

5.4 الاعتبارات التنظيمية والسلامة

مع زيادة استخدام مستحضرات LAB في تربية الأحياء المائية، يجب إنشاء أطر تنظيمية لضمان السلامة والفعالية والاستدامة البيئية. ويشمل ذلك إجراء تقييمات شاملة للسلامة، ومراقبة التأثيرات طويلة الأمد، ووضع إرشادات للاستخدام السليم.

6. الخاتمة

تمثل مستحضرات بكتيريا حمض اللاكتيك بديلاً واعدًا وصديقًا للبيئة للمضادات الحيوية في تربية الأحياء المائية. إن قدرتها على تحسين صحة الحيوان، وتعزيز وظيفة المناعة، وتعزيز النمو تجعلها مكونًا أساسيًا لممارسات تربية الأحياء المائية المستدامة. ومن المرجح أن يؤدي البحث والتطوير المستمر في هذا المجال إلى حلول أكثر فعالية وانتشارًا تعتمد على بكتيريا حمض اللاكتيك.