این مقاله بخشی از موضوع تحقیقاتی «استفاده از داروهای ضدمیکروبی، مقاومت ضدمیکروبی و میکروبیوم حیوانات خوراکی» است. مشاهده همه ۱۳ مقاله
اسیدهای آلی همچنان به عنوان افزودنی به خوراک دام تقاضای زیادی دارند. تا به امروز، تمرکز بر ایمنی مواد غذایی، به ویژه کاهش شیوع عوامل بیماری‌زای منتقله از غذا در طیور و سایر حیوانات بوده است. در حال حاضر چندین اسید آلی در حال مطالعه هستند یا در حال حاضر در حال استفاده تجاری هستند. در میان بسیاری از اسیدهای آلی که به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته‌اند، اسید فرمیک یکی از آنهاست. اسید فرمیک به رژیم غذایی طیور اضافه می‌شود تا وجود سالمونلا و سایر عوامل بیماری‌زای منتقله از غذا را در خوراک و دستگاه گوارش پس از مصرف محدود کند. با افزایش درک اثربخشی و تأثیر اسید فرمیک بر میزبان و عوامل بیماری‌زای منتقله از غذا، مشخص می‌شود که وجود اسید فرمیک می‌تواند مسیرهای خاصی را در سالمونلا تحریک کند. این پاسخ می‌تواند زمانی پیچیده‌تر شود که اسید فرمیک وارد دستگاه گوارش شود و نه تنها با سالمونلا که از قبل در دستگاه گوارش ساکن است، بلکه با فلور میکروبی خود روده نیز تعامل داشته باشد. این بررسی نتایج فعلی و چشم‌اندازهای تحقیقات بیشتر در مورد میکروبیوم طیور و خوراک تیمار شده با اسید فرمیک را بررسی خواهد کرد.
در تولید دام و طیور، چالش، توسعه استراتژی‌های مدیریتی است که رشد و بهره‌وری را بهینه کرده و در عین حال خطرات ایمنی مواد غذایی را محدود کند. از نظر تاریخی، تجویز آنتی‌بیوتیک‌ها در غلظت‌های زیر سطح درمانی، سلامت، رفاه و بهره‌وری حیوانات را بهبود بخشیده است (1-3). از دیدگاه مکانیسم عمل، پیشنهاد شده است که آنتی‌بیوتیک‌های تجویز شده در غلظت‌های زیر سطح مهاری، با تعدیل فلور دستگاه گوارش (GI) و به نوبه خود، تعاملات آنها با میزبان، پاسخ‌های میزبان را میانجی‌گری می‌کنند (3). با این حال، نگرانی‌های مداوم در مورد گسترش بالقوه پاتوژن‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک ناشی از غذا و ارتباط بالقوه آنها با عفونت‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک در انسان، منجر به قطع تدریجی استفاده از آنتی‌بیوتیک در حیوانات غذایی شده است (4-8). بنابراین، توسعه افزودنی‌های خوراکی و بهبوددهنده‌هایی که حداقل برخی از این الزامات (بهبود سلامت، رفاه و بهره‌وری حیوانات) را برآورده می‌کنند، از دیدگاه تحقیقات دانشگاهی و توسعه تجاری بسیار مورد توجه است (5، 9). انواع افزودنی‌های خوراکی تجاری وارد بازار غذای حیوانات شده‌اند، از جمله پروبیوتیک‌ها، پری‌بیوتیک‌ها، روغن‌های ضروری و ترکیبات مرتبط از منابع گیاهی مختلف و مواد شیمیایی مانند آلدئیدها (10-14). سایر افزودنی‌های خوراکی تجاری که معمولاً در طیور استفاده می‌شوند شامل باکتریوفاژها، اکسید روی، آنزیم‌های برون‌زا، محصولات حذف رقابتی و ترکیبات اسیدی هستند (15، 16).
در میان افزودنی‌های شیمیایی خوراک دام موجود، آلدهیدها و اسیدهای آلی از نظر تاریخی بیشترین ترکیبات مورد مطالعه و استفاده را داشته‌اند (12، 17-21). اسیدهای آلی، به ویژه اسیدهای چرب زنجیره کوتاه (SCFAs)، آنتاگونیست‌های شناخته شده باکتری‌های بیماری‌زا هستند. این اسیدهای آلی به عنوان افزودنی‌های خوراک دام نه تنها برای محدود کردن حضور عوامل بیماری‌زا در ماتریکس خوراک دام، بلکه برای اعمال اثرات فعال بر عملکرد دستگاه گوارش نیز استفاده می‌شوند (17، 20-24). علاوه بر این، SCFAs توسط تخمیر توسط فلور روده در دستگاه گوارش تولید می‌شوند و تصور می‌شود که نقش مکانیکی در توانایی برخی از پروبیوتیک‌ها و پری‌بیوتیک‌ها برای مقابله با عوامل بیماری‌زای بلعیده شده در دستگاه گوارش دارند (21، 23، 25).
در طول سال‌ها، اسیدهای چرب زنجیره کوتاه (SCFA) مختلف به عنوان افزودنی‌های خوراک دام توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند. به طور خاص، پروپیونات، بوتیرات و فرمات موضوع مطالعات و کاربردهای تجاری متعددی بوده‌اند (17، 20، 21، 23، 24، 26). در حالی که مطالعات اولیه بر کنترل عوامل بیماری‌زای منتقله از غذا در خوراک دام و طیور متمرکز بودند، مطالعات جدیدتر تمرکز خود را به بهبود کلی عملکرد حیوانات و سلامت دستگاه گوارش معطوف کرده‌اند (20، 21، 24). استات، پروپیونات و بوتیرات به عنوان افزودنی‌های خوراکی اسید آلی توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند، که در میان آنها اسید فرمیک نیز یک کاندیدای امیدوارکننده است (21، 23). توجه زیادی به جنبه‌های ایمنی غذایی اسید فرمیک، به ویژه کاهش میزان بروز عوامل بیماری‌زای منتقله از غذا در خوراک دام، معطوف شده است. با این حال، سایر کاربردهای احتمالی نیز در نظر گرفته می‌شوند. هدف کلی این بررسی، بررسی تاریخچه و وضعیت فعلی اسید فرمیک به عنوان یک بهبود دهنده خوراک دام است (شکل 1). در این مطالعه، مکانیسم ضد باکتریایی اسید فرمیک را بررسی خواهیم کرد. علاوه بر این، نگاه دقیق‌تری به اثرات آن بر دام و طیور خواهیم داشت و روش‌های ممکن برای بهبود اثربخشی آن را مورد بحث قرار خواهیم داد.
شکل 1. نقشه ذهنی از مباحث مطرح شده در این بررسی. به طور خاص، اهداف کلی زیر بر موارد زیر متمرکز بودند: توصیف تاریخچه و وضعیت فعلی اسید فرمیک به عنوان یک بهبود دهنده خوراک دام، مکانیسم‌های ضد میکروبی اسید فرمیک و تأثیر استفاده از آن بر سلامت دام و طیور، و روش‌های بالقوه برای بهبود اثربخشی.
تولید خوراک دام و طیور یک عملیات پیچیده است که شامل مراحل متعددی از جمله فرآوری فیزیکی دانه (مثلاً آسیاب کردن برای کاهش اندازه ذرات)، فرآوری حرارتی برای پلت کردن و افزودن مواد مغذی متعدد به رژیم غذایی بسته به نیازهای غذایی خاص حیوان است (27). با توجه به این پیچیدگی، جای تعجب نیست که فرآوری خوراک، دانه را قبل از رسیدن به آسیاب خوراک، در حین آسیاب کردن و متعاقباً در حین حمل و نقل و تغذیه در جیره‌های غذایی ترکیبی در معرض عوامل محیطی مختلفی قرار می‌دهد (9، 21، 28). بنابراین، در طول سال‌ها، گروه بسیار متنوعی از میکروارگانیسم‌ها در خوراک شناسایی شده‌اند، از جمله نه تنها باکتری‌ها، بلکه باکتریوفاژها، قارچ‌ها و مخمرها (9، 21، 28-31). برخی از این آلاینده‌ها، مانند قارچ‌های خاص، می‌توانند مایکوتوکسین‌هایی تولید کنند که خطرات سلامتی را برای حیوانات ایجاد می‌کنند (32-35).
جمعیت‌های باکتریایی می‌توانند نسبتاً متنوع باشند و تا حدودی به روش‌های مربوطه مورد استفاده برای جداسازی و شناسایی میکروارگانیسم‌ها و همچنین منبع نمونه بستگی دارند. به عنوان مثال، مشخصات ترکیب میکروبی ممکن است قبل از عملیات حرارتی مرتبط با پلت کردن متفاوت باشد (36). اگرچه روش‌های کشت کلاسیک و کشت پلیت اطلاعاتی را ارائه داده‌اند، اما کاربرد اخیر روش تعیین توالی نسل بعدی (NGS) مبتنی بر ژن 16S rRNA ارزیابی جامع‌تری از جامعه میکروبیوم علوفه ارائه داده است (9). هنگامی که سولانکی و همکاران (37) میکروبیوم باکتریایی دانه‌های گندم ذخیره شده برای مدتی در حضور فسفین، یک ماده ضدعفونی کننده کنترل حشرات، را بررسی کردند، دریافتند که میکروبیوم پس از برداشت و پس از 3 ماه ذخیره سازی متنوع‌تر است. علاوه بر این، سولانکی و همکاران. (37) (37) نشان داد که پروتئوباکتریا، فیرمیکوت‌ها، اکتینوباکتریا، باکتروئیدت‌ها و پلانکتومیس‌ها شاخه‌های غالب در دانه‌های گندم بودند، باسیلوس، اروینیا و سودوموناس جنس‌های غالب بودند و انتروباکتریاسه‌ها بخش کوچکی را تشکیل می‌دادند. بر اساس مقایسه‌های طبقه‌بندی، آنها نتیجه گرفتند که بخور فسفین به طور قابل توجهی جمعیت باکتری‌ها را تغییر می‌دهد اما بر تنوع قارچی تأثیری ندارد.
سولانکی و همکاران (37) نشان دادند که منابع خوراک دام نیز می‌توانند حاوی عوامل بیماری‌زای غذایی باشند که بر اساس تشخیص انتروباکتریاسه‌ها در میکروبیوم، می‌توانند باعث مشکلات سلامت عمومی شوند. عوامل بیماری‌زای غذایی مانند کلستریدیوم پرفرنژنس، کلستریدیوم بوتولینوم، سالمونلا، کمپیلوباکتر، اشریشیا کلی O157:H7 و لیستریا مونوسیتوژنز با خوراک دام و سیلو مرتبط بوده‌اند (9، 31، 38). در حال حاضر، پایداری سایر عوامل بیماری‌زای غذایی در خوراک دام و طیور ناشناخته است. جی و همکاران (39) بیش از 200 ماده غذایی دام را غربالگری و سالمونلا، اشریشیا کلی و انتروکوک را جدا کردند، اما اشریشیا کلی O157:H7 یا کمپیلوباکتر را شناسایی نکردند. با این حال، ماتریکس‌هایی مانند خوراک خشک ممکن است به عنوان منبعی از اشریشیا کلی بیماری‌زا عمل کنند. در ردیابی منبع شیوع سال 2016 سروگروه‌های O121 و O26 اشریشیا کلی تولیدکننده سم شیگا (STEC) مرتبط با بیماری‌های انسانی، کرو و همکاران (40) از توالی‌یابی کل ژنوم برای مقایسه جدایه‌های بالینی با جدایه‌های به‌دست‌آمده از محصولات غذایی استفاده کردند. بر اساس این مقایسه، آنها نتیجه گرفتند که منبع احتمالی، آرد گندم خام کم‌رطوبت از کارخانه‌های آرد بوده است. رطوبت کم آرد گندم نشان می‌دهد که STEC می‌تواند در خوراک دام کم‌رطوبت نیز زنده بماند. با این حال، همانطور که کرو و همکاران (40) اشاره می‌کنند، جداسازی STEC از نمونه‌های آرد دشوار است و برای بازیابی تعداد کافی از سلول‌های باکتریایی به روش‌های جداسازی ایمونومغناطیسی نیاز دارد. فرآیندهای تشخیصی مشابه نیز ممکن است تشخیص و جداسازی پاتوژن‌های نادر ناشی از غذا در خوراک دام را پیچیده کند. دشواری تشخیص همچنین ممکن است به دلیل ماندگاری طولانی این پاتوژن‌ها در ماتریس‌های کم‌رطوبت باشد. فرقانی و همکاران. (41) نشان داد که آرد گندم نگهداری شده در دمای اتاق و تلقیح شده با مخلوطی از سروگروه‌های O45، O121 و O145 اشریشیا کلی انتروهموراژیک (EHEC) و سالمونلا (S. Typhimurium، S. Agona، S. Enteritidis و S. Anatum) در 84 و 112 روزگی قابل اندازه‌گیری و در 24 و 52 هفته همچنان قابل تشخیص بود.
از نظر تاریخی، کمپیلوباکتر هرگز با روش‌های سنتی کشت از خوراک دام و طیور جدا نشده است (38، 39)، اگرچه کمپیلوباکتر را می‌توان به راحتی از دستگاه گوارش طیور و محصولات طیور جدا کرد (42، 43). با این حال، خوراک همچنان مزایای خود را به عنوان یک منبع بالقوه دارد. به عنوان مثال، آلوز و همکاران (44) نشان دادند که تلقیح خوراک مرغ پرواری با کمپیلوباکتر ژژونی و نگهداری بعدی خوراک در دو دمای مختلف به مدت 3 یا 5 روز منجر به بازیابی کمپیلوباکتر ژژونی زنده و در برخی موارد، حتی تکثیر آنها می‌شود. آنها نتیجه گرفتند که کمپیلوباکتر ژژونی مطمئناً می‌تواند در خوراک طیور زنده بماند و بنابراین، ممکن است منبع بالقوه عفونت برای مرغ‌ها باشد.
آلودگی خوراک دام و طیور به سالمونلا در گذشته توجه زیادی را به خود جلب کرده است و همچنان محور تلاش‌های مداوم برای توسعه روش‌های تشخیصی است که به طور خاص برای خوراک دام قابل استفاده هستند و اقدامات کنترلی مؤثرتری را پیدا می‌کنند (12، 26، 30، 45-53). در طول سال‌ها، مطالعات بسیاری جداسازی و توصیف سالمونلا را در مراکز مختلف خوراک دام و کارخانه‌های خوراک دام بررسی کرده‌اند (38، 39، 54-61). به طور کلی، این مطالعات نشان می‌دهد که سالمونلا را می‌توان از انواع مواد تشکیل‌دهنده خوراک دام، منابع خوراک دام، انواع خوراک دام و عملیات تولید خوراک دام جدا کرد. میزان شیوع و سروتیپ‌های غالب سالمونلا جدا شده نیز متفاوت بود. به عنوان مثال، لی و همکاران (57) وجود گونه‌های سالمونلا را تأیید کردند. این گونه در 12.5٪ از 2058 نمونه جمع‌آوری شده از خوراک کامل دام، مواد تشکیل‌دهنده خوراک دام، غذای حیوانات خانگی، تشویقی‌های حیوانات خانگی و مکمل‌های حیوانات خانگی در طول دوره جمع‌آوری داده‌ها از 2002 تا 2009 شناسایی شد. علاوه بر این، شایع‌ترین سروتیپ‌های شناسایی‌شده در 12.5٪ از نمونه‌های سالمونلا که آزمایش آنها مثبت بود، S. Senftenberg و S. Montevideo بودند (57). در مطالعه‌ای روی غذاهای آماده مصرف و فرآورده‌های جانبی خوراک دام در تگزاس، Hsieh و همکاران (58) گزارش دادند که بیشترین شیوع سالمونلا در پودر ماهی و پس از آن پروتئین‌های حیوانی است و S. Mbanka و S. Montevideo به عنوان شایع‌ترین سروتیپ‌ها شناخته می‌شوند. کارخانه‌های خوراک دام همچنین چندین نقطه بالقوه آلودگی خوراک را در حین مخلوط کردن و افزودن مواد تشکیل‌دهنده نشان می‌دهند (9، 56، 61). Magossi و همکاران (61) توانستند نشان دهند که چندین نقطه آلودگی می‌تواند در طول تولید خوراک دام در ایالات متحده رخ دهد. در واقع، Magossi و همکاران (61) حداقل یک کشت مثبت سالمونلا را در 11 کارخانه خوراک دام (در مجموع 12 محل نمونه‌برداری) در هشت ایالت در ایالات متحده یافتند. با توجه به احتمال آلودگی سالمونلا در طول جابجایی، حمل و نقل و تغذیه روزانه خوراک، جای تعجب نیست که تلاش‌های قابل توجهی برای توسعه افزودنی‌های خوراکی که می‌توانند سطح آلودگی میکروبی را در طول چرخه تولید دام کاهش داده و پایین نگه دارند، انجام می‌شود.
اطلاعات کمی در مورد مکانیسم پاسخ اختصاصی سالمونلا به اسید فرمیک وجود دارد. با این حال، هوانگ و همکاران (62) نشان دادند که اسید فرمیک در روده کوچک پستانداران وجود دارد و گونه‌های سالمونلا قادر به تولید اسید فرمیک هستند. هوانگ و همکاران (62) از مجموعه‌ای از جهش‌های حذفی مسیرهای کلیدی برای تشخیص بیان ژن‌های بیماری‌زایی سالمونلا استفاده کردند و دریافتند که فرمات می‌تواند به عنوان یک سیگنال قابل انتشار برای القای حمله سالمونلا به سلول‌های اپیتلیال Hep-2 عمل کند. اخیراً، لیو و همکاران (63) یک ناقل فرمات، FocA، را از سالمونلا تیفی موریوم جدا کردند که به عنوان یک کانال فرمات خاص در pH 7.0 عمل می‌کند، اما می‌تواند به عنوان یک کانال خروجی غیرفعال در pH خارجی بالا یا به عنوان یک کانال ورودی فرمات/یون هیدروژن فعال ثانویه در pH پایین نیز عمل کند. با این حال، این مطالعه فقط بر روی یک سروتیپ از S. Typhimurium انجام شد. این سوال باقی می‌ماند که آیا همه سروتیپ‌ها با مکانیسم‌های مشابه به اسید فرمیک پاسخ می‌دهند یا خیر. این یک سوال تحقیقاتی حیاتی است که باید در مطالعات آینده به آن پرداخته شود. صرف نظر از نتایج، استفاده از چندین سروتیپ سالمونلا یا حتی چندین سویه از هر سروتیپ در آزمایش‌های غربالگری هنگام تدوین توصیه‌های کلی برای استفاده از مکمل‌های اسیدی برای کاهش سطح سالمونلا در خوراک، همچنان محتاطانه است. رویکردهای جدیدتر، مانند استفاده از بارکدگذاری ژنتیکی برای کدگذاری سویه‌ها برای تشخیص زیرگروه‌های مختلف از یک سروتیپ (9، 64)، فرصتی را برای تشخیص تفاوت‌های ظریف‌تری فراهم می‌کنند که ممکن است بر نتیجه‌گیری‌ها و تفسیر تفاوت‌ها تأثیر بگذارد.
ماهیت شیمیایی و شکل تفکیک فرمات نیز ممکن است مهم باشد. در یک سری مطالعات، بایر و همکارانش (65-67) نشان دادند که مهار انتروکوکوس فاسیوم، کمپیلوباکتر ژژونی و کمپیلوباکتر کولی با مقدار اسید فرمیک تفکیک شده مرتبط است و مستقل از pH یا اسید فرمیک تفکیک نشده است. به نظر می‌رسد شکل شیمیایی فرمات که باکتری‌ها در معرض آن قرار می‌گیرند نیز مهم باشد. کوواندا و همکارانش (68) چندین ارگانیسم گرم منفی و گرم مثبت را غربالگری کردند و حداقل غلظت‌های مهاری (MIC) فرمات سدیم (500-25000 میلی‌گرم در لیتر) و مخلوطی از فرمات سدیم و فرمات آزاد (40/60 میلی‌لیتر در ولت؛ 10-10000 میلی‌گرم در لیتر) را با هم مقایسه کردند. بر اساس مقادیر MIC، آنها دریافتند که فرمات سدیم فقط در برابر کامپیلوباکتر ژژونی، کلستریدیوم پرفرنژنس، استرپتوکوک سوئیس و استرپتوکوک پنومونیه مهار کننده است، اما در برابر اشریشیا کلی، سالمونلا تیفی موریوم یا انتروکوک فکالیس مهار کننده نیست. در مقابل، مخلوطی از فرمات سدیم و فرمات سدیم آزاد در برابر همه ارگانیسم‌ها مهار کننده بود، که نویسندگان را به این نتیجه رساند که اسید فرمیک آزاد بیشترین خواص ضد میکروبی را دارد. بررسی نسبت‌های مختلف این دو شکل شیمیایی برای تعیین اینکه آیا دامنه مقادیر MIC با سطح اسید فرمیک موجود در فرمول مخلوط و پاسخ به اسید فرمیک ۱۰۰٪ همبستگی دارد، جالب خواهد بود.
گومز-گارسیا و همکاران (69) ترکیباتی از روغن‌های ضروری و اسیدهای آلی (مانند اسید فرمیک) را در برابر چندین جدایه از اشریشیا کلی، سالمونلا و کلستریدیوم پرفرنژنس به دست آمده از خوک‌ها آزمایش کردند. آنها اثربخشی شش اسید آلی، از جمله اسید فرمیک، و شش روغن ضروری را در برابر جدایه‌های خوک، با استفاده از فرمالدئید به عنوان کنترل مثبت، آزمایش کردند. گومز-گارسیا و همکاران (69) MIC50، MBC50 و MIC50/MBC50 اسید فرمیک را در برابر اشریشیا کلی (600 و 2400 ppm، 4)، سالمونلا (600 و 2400 ppm، 4) و کلستریدیوم پرفرنژنس (1200 و 2400 ppm، 2) تعیین کردند که در میان آنها اسید فرمیک از همه اسیدهای آلی در برابر اشریشیا کلی و سالمونلا مؤثرتر بود. (69) اسید فرمیک به دلیل اندازه مولکولی کوچک و زنجیره طولانی (70) خود، در برابر اشریشیا کلی و سالمونلا مؤثر است.
بایر و همکارانش سویه‌های کمپیلوباکتر جدا شده از خوک‌ها (66) و سویه‌های کمپیلوباکتر ژژونی جدا شده از طیور (67) را غربالگری کردند و نشان دادند که اسید فرمیک در غلظت‌هایی مطابق با پاسخ‌های MIC اندازه‌گیری شده برای سایر اسیدهای آلی تجزیه می‌شود. با این حال، قدرت نسبی این اسیدها، از جمله اسید فرمیک، مورد سوال قرار گرفته است زیرا کمپیلوباکتر می‌تواند از این اسیدها به عنوان سوبسترا استفاده کند (66، 67). استفاده از اسید توسط کمپیلوباکتر ژژونی تعجب‌آور نیست زیرا نشان داده شده است که متابولیسم غیرگلیکولیتیک دارد. بنابراین، کمپیلوباکتر ژژونی ظرفیت محدودی برای کاتابولیسم کربوهیدرات دارد و برای بیشتر متابولیسم انرژی و فعالیت بیوسنتزی خود به گلوکونئوژنز از اسیدهای آمینه و اسیدهای آلی متکی است (71، 72). یک مطالعه اولیه توسط لاین و همکارانش (73) از یک آرایه فنوتیپی حاوی 190 منبع کربن استفاده کرد و نشان داد که کمپیلوباکتر ژژونی 11168 (GS) می‌تواند از اسیدهای آلی به عنوان منابع کربن استفاده کند، که اکثر آنها واسطه‌های چرخه اسید تری کربوکسیلیک هستند. مطالعات بیشتر توسط واگلی و همکارانش (74) با استفاده از آرایه فنوتیپی استفاده از کربن نشان داد که سویه‌های C. jejuni و E. coli مورد بررسی در مطالعه آنها قادر به رشد روی اسیدهای آلی به عنوان منبع کربن هستند. فرمات دهنده اصلی الکترون برای متابولیسم انرژی تنفسی C. jejuni و بنابراین منبع اصلی انرژی برای C. jejuni است (71، 75). C. jejuni قادر است از فرمات به عنوان دهنده هیدروژن از طریق یک کمپلکس فرمات دهیدروژناز متصل به غشاء استفاده کند که فرمات را به دی اکسید کربن، پروتون و الکترون اکسید می‌کند و به عنوان دهنده الکترون برای تنفس عمل می‌کند (72).
اسید فرمیک سابقه طولانی در استفاده به عنوان یک بهبود دهنده تغذیه ضد میکروبی دارد، اما برخی از حشرات نیز می‌توانند اسید فرمیک را برای استفاده به عنوان یک ماده شیمیایی دفاعی ضد میکروبی تولید کنند. روسینی و همکاران (76) اظهار داشتند که اسید فرمیک ممکن است یکی از اجزای شیره اسیدی مورچه‌ها باشد که تقریباً 350 سال پیش توسط ری (77) توصیف شده است. از آن زمان، درک ما از تولید اسید فرمیک در مورچه‌ها و سایر حشرات به طور قابل توجهی افزایش یافته است و اکنون مشخص شده است که این فرآیند بخشی از یک سیستم دفاعی سمی پیچیده در حشرات است (78). گروه‌های مختلفی از حشرات، از جمله زنبورهای بدون نیش، مورچه‌های نوک تیز (Hymenoptera: Apidae)، سوسک‌های زمینی (Galerita lecontei و G. janus)، مورچه‌های بدون نیش (Formicinae) و برخی از لاروهای پروانه (Lepidoptera: Myrmecophaga)، به عنوان یک ماده شیمیایی دفاعی شناخته می‌شوند (76، 78-82).
شاید مورچه‌ها به دلیل داشتن اسیدوسیت‌ها، منافذ تخصصی که به آنها اجازه می‌دهد سمی را که عمدتاً از اسید فرمیک تشکیل شده است، اسپری کنند، بهترین گونه‌های شناخته شده باشند (82). مورچه‌ها از سرین به عنوان پیش‌ساز استفاده می‌کنند و مقادیر زیادی فرمات را در غدد سمی خود ذخیره می‌کنند که به اندازه کافی عایق‌بندی شده‌اند تا مورچه‌های میزبان را از سمیت سلولی فرمات تا زمان اسپری شدن محافظت کنند (78، 83). اسید فرمیکی که آنها ترشح می‌کنند ممکن است (1) به عنوان یک فرمون هشدار دهنده برای جذب سایر مورچه‌ها عمل کند؛ (2) یک ماده شیمیایی دفاعی در برابر رقبا و شکارچیان باشد؛ و (3) در صورت ترکیب با رزین به عنوان بخشی از مواد لانه، به عنوان یک عامل ضد قارچ و ضد باکتری عمل کند (78، 82، 84-88). اسید فرمیک تولید شده توسط مورچه‌ها دارای خواص ضد میکروبی است، که نشان می‌دهد می‌توان از آن به عنوان یک افزودنی موضعی استفاده کرد. این موضوع توسط بروخ و همکاران (88) نشان داده شد، که اسید فرمیک مصنوعی را به رزین اضافه کردند و فعالیت ضد قارچی را به طور قابل توجهی بهبود بخشیدند. شواهد بیشتر در مورد اثربخشی اسید فرمیک و کاربرد بیولوژیکی آن این است که مورچه‌خوارهای غول‌پیکر که قادر به تولید اسید معده نیستند، مورچه‌های حاوی اسید فرمیک را مصرف می‌کنند تا اسید فرمیک غلیظ را به عنوان یک اسید گوارشی جایگزین برای خود فراهم کنند (89).
استفاده عملی از اسید فرمیک در کشاورزی سال‌هاست که مورد توجه و مطالعه قرار گرفته است. به طور خاص، اسید فرمیک می‌تواند به عنوان افزودنی به خوراک دام و سیلو استفاده شود. فرمات سدیم به صورت جامد و مایع برای همه گونه‌های جانوری، مصرف‌کنندگان و محیط زیست بی‌خطر در نظر گرفته می‌شود (90). بر اساس ارزیابی آنها (90)، حداکثر غلظت 10000 میلی‌گرم معادل اسید فرمیک در کیلوگرم خوراک برای همه گونه‌های جانوری بی‌خطر در نظر گرفته شد، در حالی که حداکثر غلظت 12000 میلی‌گرم معادل اسید فرمیک در کیلوگرم خوراک برای خوک‌ها بی‌خطر در نظر گرفته شد. استفاده از اسید فرمیک به عنوان یک بهبود دهنده خوراک دام سال‌هاست که مورد مطالعه قرار گرفته است. به عنوان یک ماده نگهدارنده سیلو و یک عامل ضد میکروبی در خوراک دام و طیور، ارزش تجاری دارد.
افزودنی‌های شیمیایی مانند اسیدها همیشه عنصر جدایی‌ناپذیر در تولید سیلو و مدیریت خوراک دام بوده‌اند (91، 92). بورانی و همکاران (91) خاطرنشان کردند که برای دستیابی به تولید بهینه سیلو با کیفیت بالا، حفظ کیفیت علوفه و در عین حال حفظ حداکثر ماده خشک ممکن ضروری است. نتیجه چنین بهینه‌سازی، به حداقل رساندن تلفات در تمام مراحل فرآیند سیلو کردن است: از شرایط هوازی اولیه در سیلو گرفته تا تخمیر بعدی، ذخیره‌سازی و باز کردن مجدد سیلو برای تغذیه. روش‌های خاص برای بهینه‌سازی تولید سیلو در مزرعه و تخمیر بعدی سیلو به تفصیل در جای دیگر مورد بحث قرار گرفته است (91، 93-95) و در اینجا به تفصیل مورد بحث قرار نمی‌گیرد. مشکل اصلی، فساد اکسیداتیو ناشی از مخمرها و کپک‌ها در هنگام وجود اکسیژن در سیلو است (91، 92). بنابراین، تلقیح‌کننده‌های بیولوژیکی و افزودنی‌های شیمیایی برای مقابله با اثرات نامطلوب فساد معرفی شده‌اند (91، 92). ملاحظات دیگر برای افزودنی‌های سیلو شامل محدود کردن گسترش عوامل بیماری‌زایی است که ممکن است در سیلو وجود داشته باشند (مثلاً E. coli بیماری‌زا، لیستریا و سالمونلا) و همچنین قارچ‌های تولیدکننده مایکوتوکسین (96-98).
مک و همکاران (92) افزودنی‌های اسیدی را به دو دسته تقسیم کردند. اسیدهایی مانند اسیدهای پروپیونیک، استیک، سوربیک و بنزوئیک، با محدود کردن رشد مخمرها و کپک‌ها، پایداری هوازی سیلاژ را هنگام تغذیه نشخوارکنندگان حفظ می‌کنند (92). مک و همکاران (92) اسید فرمیک را از سایر اسیدها جدا کردند و آن را یک اسیدساز مستقیم دانستند که کلستریدیا و میکروارگانیسم‌های فاسد را مهار می‌کند و در عین حال یکپارچگی پروتئین سیلاژ را حفظ می‌کند. در عمل، اشکال نمکی آنها رایج‌ترین اشکال شیمیایی برای جلوگیری از خواص خورندگی اسیدها در شکل غیر نمکی هستند (91). بسیاری از گروه‌های تحقیقاتی نیز اسید فرمیک را به عنوان یک افزودنی اسیدی برای سیلاژ مطالعه کرده‌اند. اسید فرمیک به دلیل پتانسیل اسیدی شدن سریع و اثر مهاری آن بر رشد میکروارگانیسم‌های مضر سیلاژ که پروتئین و محتوای کربوهیدرات محلول در آب سیلاژ را کاهش می‌دهند، شناخته شده است (99). بنابراین، هی و همکاران (92) اسید فرمیک را با افزودنی‌های اسیدی در سیلاژ مقایسه کردند. (100) نشان داد که اسید فرمیک می‌تواند اشریشیا کلی را مهار کرده و pH سیلاژ را کاهش دهد. کشت‌های باکتریایی تولیدکننده اسید فرمیک و لاکتیک نیز برای تحریک اسیدی شدن و تولید اسید آلی به سیلاژ اضافه شدند (101). در واقع، کولی و همکاران (101) دریافتند که وقتی سیلاژ با 3٪ (وزنی/حجمی) اسید فرمیک اسیدی شد، تولید اسیدهای لاکتیک و فرمیک به ترتیب از 800 و 1000 میلی‌گرم اسید آلی در 100 گرم نمونه فراتر رفت. مک و همکاران (92) ادبیات تحقیقاتی افزودنی‌های سیلاژ را به طور مفصل بررسی کردند، از جمله مطالعات منتشر شده از سال 2000 که بر اسید فرمیک و سایر اسیدها تمرکز داشتند و/یا شامل آن بودند. بنابراین، این بررسی به طور مفصل در مورد مطالعات فردی بحث نخواهد کرد، بلکه به سادگی برخی از نکات کلیدی در مورد اثربخشی اسید فرمیک به عنوان یک افزودنی شیمیایی سیلاژ را خلاصه می‌کند. اسید فرمیک بافر نشده و بافر شده مورد مطالعه قرار گرفته‌اند و در بیشتر موارد گونه‌های کلستریدیوم. فعالیت‌های نسبی آن (جذب کربوهیدرات، پروتئین و لاکتات و دفع بوتیرات) تمایل به کاهش دارند، در حالی که تولید آمونیاک و بوتیرات کاهش و احتباس ماده خشک افزایش می‌یابد (92). محدودیت‌هایی در عملکرد اسید فرمیک وجود دارد، اما به نظر می‌رسد استفاده از آن به عنوان یک افزودنی سیلو در ترکیب با سایر اسیدها بر برخی از این مشکلات غلبه می‌کند (92).
اسید فرمیک می‌تواند باکتری‌های بیماری‌زایی را که برای سلامت انسان خطرناک هستند، مهار کند. به عنوان مثال، پاولی و تام (102) سیلوهای کوچک آزمایشگاهی را با L. monocytogenes حاوی سه سطح ماده خشک مختلف (200، 430 و 540 گرم در کیلوگرم) علف چاودار تلقیح کردند و سپس با اسید فرمیک (3 میلی‌لیتر در کیلوگرم) یا باکتری‌های اسید لاکتیک (8 × 105/g) و آنزیم‌های سلولولیتیک تکمیل کردند. آنها گزارش دادند که هر دو تیمار، L. monocytogenes را در سیلوی با ماده خشک کم (200 گرم در کیلوگرم) به سطوح غیرقابل تشخیص کاهش دادند. با این حال، در سیلوی با ماده خشک متوسط ​​(430 گرم در کیلوگرم)، L. monocytogenes پس از 30 روز در سیلوی تیمار شده با اسید فرمیک هنوز قابل تشخیص بود. به نظر می‌رسد کاهش L. monocytogenes با pH پایین، اسید لاکتیک و اسیدهای غیر تفکیک شده ترکیبی مرتبط باشد. برای مثال، پائولی و تام (102) اشاره کردند که سطح اسید لاکتیک و اسید ترکیبی تفکیک نشده به طور ویژه مهم هستند، که ممکن است دلیل عدم مشاهده کاهش L. monocytogenes در محیط‌های کشت شده با اسید فرمیک از سیلوهایی با محتوای ماده خشک بالاتر باشد. مطالعات مشابهی باید در آینده برای سایر پاتوژن‌های رایج سیلو مانند سالمونلا و E. coli بیماری‌زا انجام شود. تجزیه و تحلیل جامع‌تر توالی 16S rDNA از کل جامعه میکروبی سیلو نیز می‌تواند به شناسایی تغییرات در جمعیت میکروبی کلی سیلو که در مراحل مختلف تخمیر سیلو در حضور اسید فرمیک رخ می‌دهد، کمک کند (103). به دست آوردن داده‌های میکروبیوم می‌تواند پشتیبانی تحلیلی برای پیش‌بینی بهتر پیشرفت تخمیر سیلو و توسعه ترکیبات افزودنی بهینه برای حفظ کیفیت بالای سیلو فراهم کند.
در خوراک دام مبتنی بر غلات، اسید فرمیک به عنوان یک عامل ضد میکروبی برای محدود کردن سطح عوامل بیماری‌زا در ماتریکس‌های مختلف خوراک مشتق شده از غلات و همچنین برخی از مواد تشکیل دهنده خوراک مانند فرآورده‌های جانبی حیوانات استفاده می‌شود. اثرات آن بر جمعیت عوامل بیماری‌زا در طیور و سایر حیوانات را می‌توان به طور کلی به دو دسته تقسیم کرد: اثرات مستقیم بر جمعیت عوامل بیماری‌زای خود خوراک و اثرات غیرمستقیم بر عوامل بیماری‌زایی که پس از مصرف خوراک فرآوری شده در دستگاه گوارش حیوانات ساکن می‌شوند (20، 21، 104). واضح است که این دو دسته به هم مرتبط هستند، زیرا کاهش عوامل بیماری‌زا در خوراک باید منجر به کاهش کلونیزاسیون هنگام مصرف خوراک توسط حیوان شود. با این حال، خواص ضد میکروبی یک اسید خاص اضافه شده به ماتریکس خوراک می‌تواند تحت تأثیر عوامل مختلفی مانند ترکیب خوراک و شکلی که اسید به آن اضافه می‌شود، قرار گیرد (21، 105).
از نظر تاریخی، استفاده از اسید فرمیک و سایر اسیدهای مرتبط، عمدتاً بر کنترل مستقیم سالمونلا در خوراک دام و طیور متمرکز بوده است (21). نتایج این مطالعات به طور مفصل در چندین بررسی منتشر شده در زمان‌های مختلف خلاصه شده است (18، 21، 26، 47، 104-106)، بنابراین تنها برخی از یافته‌های کلیدی این مطالعات در این بررسی مورد بحث قرار گرفته است. مطالعات متعددی نشان داده‌اند که فعالیت ضدمیکروبی اسید فرمیک در ماتریکس‌های خوراک به دوز و زمان قرار گرفتن در معرض اسید فرمیک، میزان رطوبت ماتریکس خوراک و غلظت باکتری در خوراک و دستگاه گوارش حیوان بستگی دارد (19، 21، 107-109). نوع ماتریکس خوراک و منبع مواد تشکیل دهنده خوراک دام نیز از عوامل مؤثر هستند. بنابراین، تعدادی از مطالعات نشان داده‌اند که سطوح سالمونلا، سموم باکتریایی جدا شده از محصولات جانبی حیوانات ممکن است با سموم جدا شده از محصولات جانبی گیاهان متفاوت باشد (39، 45، 58، 59، 110-112). با این حال، تفاوت در پاسخ به اسیدهایی مانند اسید فرمیک ممکن است به تفاوت در بقای سرووار در رژیم غذایی و دمایی که رژیم غذایی در آن فرآوری می‌شود، مربوط باشد (19، 113، 114). تفاوت در پاسخ سرووار به تیمار اسیدی نیز ممکن است عاملی در آلودگی طیور با خوراک آلوده باشد (113، 115) و تفاوت در بیان ژن حدت (116) نیز ممکن است نقشی داشته باشد. تفاوت در تحمل اسید به نوبه خود ممکن است در صورت عدم بافر کافی اسیدهای حاصل از خوراک، بر تشخیص سالمونلا در محیط‌های کشت تأثیر بگذارد (21، 105، 117-122). شکل فیزیکی رژیم غذایی (از نظر اندازه ذرات) نیز ممکن است بر دسترسی نسبی به اسید فرمیک در دستگاه گوارش تأثیر بگذارد (123).
استراتژی‌هایی برای بهینه‌سازی فعالیت ضدمیکروبی اسید فرمیک اضافه شده به خوراک نیز بسیار مهم هستند. غلظت‌های بالاتر اسید برای مواد اولیه خوراک با آلودگی بالا قبل از مخلوط کردن خوراک پیشنهاد شده است تا آسیب احتمالی به تجهیزات کارخانه خوراک و مشکلات مربوط به خوش‌خوراکی خوراک دام به حداقل برسد (105). جونز (51) نتیجه گرفت که کنترل سالمونلای موجود در خوراک قبل از تمیز کردن شیمیایی دشوارتر از سالمونلایی است که پس از تصفیه شیمیایی با خوراک در تماس است. تصفیه حرارتی خوراک در طول فرآوری در کارخانه خوراک به عنوان مداخله‌ای برای محدود کردن آلودگی خوراک به سالمونلا پیشنهاد شده است، اما این به ترکیب خوراک، اندازه ذرات و سایر عوامل مرتبط با فرآیند آسیاب بستگی دارد (51). فعالیت ضدمیکروبی اسیدها نیز وابسته به دما است و دمای بالا در حضور اسیدهای آلی ممکن است اثر مهاری هم‌افزایی بر سالمونلا داشته باشد، همانطور که در کشت‌های مایع سالمونلا مشاهده شده است (124، 125). مطالعات متعددی در مورد خوراک‌های آلوده به سالمونلا از این مفهوم پشتیبانی می‌کنند که دمای بالا اثربخشی اسیدها را در ماتریکس خوراک افزایش می‌دهد (106، 113، 126). آمادو و همکاران. (127) از یک طرح مرکب مرکزی برای مطالعه برهمکنش دما و اسید (اسید فرمیک یا لاکتیک) در 10 سویه سالمونلا انتریکا و اشریشیا کلی جدا شده از خوراک‌های مختلف گاو و تلقیح شده به پلت‌های اسیدی شده گاو استفاده کردند. آنها نتیجه گرفتند که گرما عامل غالب مؤثر بر کاهش میکروبی، همراه با اسید و نوع باکتری جدا شده است. اثر سینرژیک با اسید هنوز غالب است، بنابراین می‌توان از دماهای پایین‌تر و غلظت‌های اسید استفاده کرد. با این حال، آنها همچنین خاطرنشان کردند که اثرات سینرژیک همیشه هنگام استفاده از اسید فرمیک مشاهده نشد، که باعث شد آنها گمان کنند که تبخیر اسید فرمیک در دماهای بالاتر یا اثرات بافری اجزای ماتریس خوراک یک عامل بوده است.
محدود کردن ماندگاری خوراک قبل از تغذیه حیوانات، یکی از راه‌های کنترل ورود عوامل بیماری‌زای غذایی به بدن حیوان در طول تغذیه است. با این حال، هنگامی که اسید موجود در خوراک وارد دستگاه گوارش شد، ممکن است به اعمال فعالیت ضد میکروبی خود ادامه دهد. فعالیت ضد میکروبی مواد اسیدی تجویز شده خارجی در دستگاه گوارش ممکن است به عوامل مختلفی از جمله غلظت اسید معده، محل فعال دستگاه گوارش، pH و میزان اکسیژن دستگاه گوارش، سن حیوان و ترکیب نسبی جمعیت میکروبی دستگاه گوارش (که به محل دستگاه گوارش و بلوغ حیوان بستگی دارد) بستگی داشته باشد (21، 24، 128-132). علاوه بر این، جمعیت ساکن میکروارگانیسم‌های بی‌هوازی در دستگاه گوارش (که با بالغ شدن در دستگاه گوارش تحتانی حیوانات تک معده‌ای غالب می‌شوند) به طور فعال از طریق تخمیر اسیدهای آلی تولید می‌کنند که به نوبه خود ممکن است اثر آنتاگونیستی بر عوامل بیماری‌زای گذرا که وارد دستگاه گوارش می‌شوند نیز داشته باشد (17، 19-21).
بسیاری از تحقیقات اولیه بر استفاده از اسیدهای آلی، از جمله فرمات، برای محدود کردن سالمونلا در دستگاه گوارش طیور متمرکز بودند که در چندین بررسی به تفصیل مورد بحث قرار گرفته است (12، 20، 21). هنگامی که این مطالعات با هم در نظر گرفته شوند، می‌توان چندین مشاهده کلیدی انجام داد. مک‌هان و شاتس (133) گزارش دادند که تغذیه اسید فرمیک و پروپیونیک، سطح سالمونلا تیفی موریوم را در سکوم مرغ‌های تلقیح شده با باکتری کاهش داده و آنها را در سن 7، 14 و 21 روزگی اندازه‌گیری کردند. با این حال، هنگامی که هیوم و همکاران (128) پروپیونات نشاندار شده با C-14 را بررسی کردند، به این نتیجه رسیدند که پروپیونات بسیار کمی در رژیم غذایی ممکن است به سکوم برسد. هنوز مشخص نشده است که آیا این موضوع در مورد اسید فرمیک نیز صادق است یا خیر. با این حال، اخیراً بوراسا و همکاران... (134) گزارش داد که تغذیه با اسید فرمیک و پروپیونیک، سطح سالمونلا تیفی موریوم را در سکوم جوجه‌های تلقیح شده با باکتری کاهش می‌دهد، که در سنین 7، 14 و 21 روزگی اندازه‌گیری شد. (132) اشاره کرد که تغذیه با اسید فرمیک به میزان 4 گرم در تن به جوجه‌های گوشتی در طول دوره رشد 6 هفته‌ای، غلظت S. Typhimurium را در سکوم به زیر سطح قابل تشخیص کاهش می‌دهد.
وجود اسید فرمیک در رژیم غذایی ممکن است بر سایر قسمت‌های دستگاه گوارش طیور تأثیر بگذارد. الطرازی و الشوابکه (134) نشان دادند که مخلوطی از اسید فرمیک و اسید پروپیونیک می‌تواند آلودگی سالمونلا پولوروم (S. PRlorum) را در چینه‌دان و سکوم کاهش دهد. تامپسون و هینتون (129) مشاهده کردند که مخلوط تجاری موجود از اسید فرمیک و اسید پروپیونیک، غلظت هر دو اسید را در چینه‌دان و سنگدان افزایش داده و در یک مدل آزمایشگاهی تحت شرایط پرورش نمونه، در برابر سالمونلا انتریتیدیس PT4 باکتری‌کش بوده است. این مفهوم توسط داده‌های درون‌تنی (in vivo) از برد و همکاران (135) پشتیبانی می‌شود. آنها اسید فرمیک را در طول یک دوره گرسنگی شبیه‌سازی شده قبل از حمل و نقل، مشابه دوره گرسنگی جوجه‌های گوشتی قبل از انتقال به کارخانه فرآوری طیور، به آب آشامیدنی جوجه‌های گوشتی اضافه کردند. افزودن اسید فرمیک به آب آشامیدنی منجر به کاهش تعداد S. Typhimurium در چینه‌دان و اپیدیدیم و کاهش فراوانی چینه‌دان‌های مثبت S. Typhimurium شد، اما تعداد اپیدیدیم‌های مثبت کاهش نیافت (135). توسعه سیستم‌های دارورسانی که می‌توانند اسیدهای آلی را در حین فعال بودن در دستگاه گوارش تحتانی محافظت کنند، ممکن است به بهبود اثربخشی کمک کند. به عنوان مثال، نشان داده شده است که میکروکپسولاسیون اسید فرمیک و افزودن آن به خوراک، تعداد Salmonella Enteritidis را در محتویات سکوم کاهش می‌دهد (136). با این حال، این ممکن است بسته به گونه حیوان متفاوت باشد. به عنوان مثال، Walia و همکاران. (137) کاهشی در سالمونلا در سکوم یا غدد لنفاوی خوک‌های 28 روزه که با مخلوطی از اسید فرمیک، اسید سیتریک و کپسول‌های روغن ضروری تغذیه شده بودند، مشاهده نکردند و اگرچه دفع سالمونلا در مدفوع در روز 14 کاهش یافت، اما در روز 28 کاهش نیافت. آنها نشان دادند که از انتقال افقی سالمونلا بین خوک‌ها جلوگیری شد.
اگرچه مطالعات اسید فرمیک به عنوان یک عامل ضد میکروبی در دامپروری در درجه اول بر سالمونلا منتقله از غذا متمرکز شده است، اما مطالعاتی نیز وجود دارد که سایر پاتوژن‌های دستگاه گوارش را هدف قرار می‌دهند. مطالعات آزمایشگاهی توسط کوواندا و همکاران (68) نشان می‌دهد که اسید فرمیک ممکن است در برابر سایر پاتوژن‌های دستگاه گوارش منتقله از غذا، از جمله اشریشیا کلی و کمپیلوباکتر ژژونی نیز مؤثر باشد. مطالعات قبلی نشان داده‌اند که اسیدهای آلی (به عنوان مثال، اسید لاکتیک) و مخلوط‌های تجاری حاوی اسید فرمیک به عنوان یک ماده تشکیل دهنده می‌توانند سطح کمپیلوباکتر را در طیور کاهش دهند (135، 138). با این حال، همانطور که قبلاً توسط بایر و همکاران (67) ذکر شد، استفاده از اسید فرمیک به عنوان یک عامل ضد میکروبی علیه کمپیلوباکتر ممکن است نیاز به احتیاط داشته باشد. این یافته به ویژه برای مکمل‌های غذایی در طیور مشکل‌ساز است زیرا اسید فرمیک منبع اصلی انرژی تنفسی برای C. ژژونی است. علاوه بر این، تصور می‌شود بخشی از جایگاه دستگاه گوارش آن به دلیل تغذیه متقاطع متابولیکی با محصولات تخمیر اسیدی مخلوط تولید شده توسط باکتری‌های دستگاه گوارش، مانند فرمات باشد (139). این دیدگاه تا حدودی پایه و اساس دارد. از آنجا که فرمات یک ماده شیمیایی جاذب برای C. jejuni است، جهش‌یافته‌های دوگانه با نقص در هر دو فرمات دهیدروژناز و هیدروژناز، میزان کلونیزاسیون سکومی کمتری در جوجه‌های گوشتی در مقایسه با سویه‌های وحشی C. jejuni دارند (140، 141). هنوز مشخص نیست که مکمل اسید فرمیک خارجی تا چه حد بر کلونیزاسیون دستگاه گوارش توسط C. jejuni در جوجه‌ها تأثیر می‌گذارد. غلظت واقعی فرمات دستگاه گوارش ممکن است به دلیل کاتابولیسم فرمات توسط سایر باکتری‌های دستگاه گوارش یا جذب فرمات در دستگاه گوارش فوقانی کمتر باشد، بنابراین متغیرهای متعددی ممکن است بر این امر تأثیر بگذارند. علاوه بر این، فرمات یک محصول تخمیر بالقوه است که توسط برخی از باکتری‌های دستگاه گوارش تولید می‌شود و ممکن است بر سطح کل فرمات دستگاه گوارش تأثیر بگذارد. تعیین مقدار فرمات در محتویات دستگاه گوارش و شناسایی ژن‌های فرمات دهیدروژناز با استفاده از متاژنومیکس ممکن است برخی از جنبه‌های اکولوژی میکروارگانیسم‌های تولیدکننده فرمات را روشن کند.
روث و همکاران (142) اثرات تغذیه جوجه‌های گوشتی با آنتی‌بیوتیک انروفلوکساسین یا مخلوطی از اسیدهای فرمیک، استیک و پروپیونیک را بر شیوع اشریشیا کلی مقاوم به آنتی‌بیوتیک مقایسه کردند. تعداد کل و تعداد جدایه‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک اشریشیا کلی در نمونه‌های مدفوع جوجه‌های گوشتی 1 روزه و در نمونه‌های محتویات سکوم جوجه‌های گوشتی 14 و 38 روزه شمارش شدند. جدایه‌های اشریشیا کلی برای مقاومت به آمپی‌سیلین، سفوتاکسیم، سیپروفلوکساسین، استرپتومایسین، سولفامتوکسازول و تتراسایکلین طبق نقاط شکست از پیش تعیین‌شده برای هر آنتی‌بیوتیک آزمایش شدند. هنگامی که جمعیت‌های مربوط به اشریشیا کلی تعیین کمیت و مشخصه‌یابی شدند، نه انروفلوکساسین و نه مکمل کوکتل اسیدی، تعداد کل اشریشیا کلی جدا شده از سکوم جوجه‌های گوشتی 17 و 28 روزه را تغییر ندادند. پرندگانی که با جیره حاوی انروفلوکساسین تغذیه شده بودند، سطح بالایی از E. coli مقاوم به سیپروفلوکساسین، استرپتومایسین، سولفامتوکسازول و تتراسایکلین و سطح پایینی از E. coli مقاوم به سفوتاکسیم را در سکوم نشان دادند. پرندگانی که با کوکتل تغذیه شده بودند، در مقایسه با گروه کنترل و پرندگانی که با انروفلوکساسین تغذیه شده بودند، تعداد کمتری از E. coli مقاوم به آمپی سیلین و تتراسایکلین را در سکوم نشان دادند. پرندگانی که با اسید مخلوط تغذیه شده بودند، در مقایسه با پرندگانی که با انروفلوکساسین تغذیه شده بودند، کاهش تعداد E. coli مقاوم به سیپروفلوکساسین و سولفامتوکسازول را در سکوم نشان دادند. مکانیسمی که اسیدها از طریق آن تعداد E. coli مقاوم به آنتی بیوتیک را بدون کاهش تعداد کل E. coli کاهش می‌دهند، هنوز مشخص نیست. با این حال، نتایج مطالعه Roth و همکاران با نتایج گروه انروفلوکساسین مطابقت دارد. (142) این ممکن است نشانه‌ای از کاهش انتشار ژن‌های مقاومت آنتی‌بیوتیکی در E. coli باشد، مانند مهارکننده‌های متصل به پلاسمید که توسط Cabezon و همکاران (143) شرح داده شده است. انجام تجزیه و تحلیل عمیق‌تر مقاومت آنتی‌بیوتیکی با واسطه پلاسمید در جمعیت دستگاه گوارش طیور در حضور افزودنی‌های خوراکی مانند اسید فرمیک و اصلاح بیشتر این تجزیه و تحلیل با ارزیابی مقاومت دستگاه گوارش، جالب خواهد بود.
توسعه افزودنی‌های خوراکی ضدمیکروبی بهینه علیه عوامل بیماری‌زا در حالت ایده‌آل باید حداقل تأثیر را بر فلور کلی دستگاه گوارش، به ویژه بر میکروبیوتای مفید برای میزبان، داشته باشد. با این حال، اسیدهای آلی تجویز شده به صورت خارجی می‌توانند اثرات مضری بر میکروبیوتای ساکن دستگاه گوارش داشته باشند و تا حدی خواص محافظتی آنها را در برابر عوامل بیماری‌زا خنثی کنند. به عنوان مثال، تامپسون و هینتون (129) کاهش سطح اسید لاکتیک چینه‌دان را در مرغ‌های تخم‌گذار تغذیه شده با مخلوطی از اسیدهای فرمیک و پروپیونیک مشاهده کردند، که نشان می‌دهد وجود این اسیدهای آلی خارجی در چینه‌دان منجر به کاهش لاکتوباسیل‌های چینه‌دان شده است. لاکتوباسیل‌های چینه‌دان به عنوان مانعی در برابر سالمونلا در نظر گرفته می‌شوند و بنابراین اختلال در این میکروبیوتای ساکن چینه‌دان ممکن است برای کاهش موفقیت‌آمیز کلونیزاسیون سالمونلا در دستگاه گوارش مضر باشد (144). آچی‌کگوز و همکاران دریافتند که اثرات دستگاه گوارش تحتانی پرندگان ممکن است کمتر باشد. (145) هیچ تفاوتی در تعداد کل فلور روده یا اشریشیا کلی در جوجه‌های گوشتی 42 روزه که آب اسیدی شده با اسید فرمیک می‌نوشیدند، مشاهده نشد. نویسندگان اظهار داشتند که این ممکن است به دلیل متابولیزه شدن فرمات در دستگاه گوارش فوقانی باشد، همانطور که توسط سایر محققان با اسیدهای چرب زنجیره کوتاه (SCFA) تجویز شده به صورت خارجی مشاهده شده است (128، 129).
محافظت از اسید فرمیک از طریق نوعی کپسوله کردن ممکن است به رسیدن آن به دستگاه گوارش تحتانی کمک کند. (146) اشاره کرد که اسید فرمیک میکروکپسوله شده به طور قابل توجهی محتوای کل اسید چرب زنجیره کوتاه (SCFA) را در روده کور خوک‌ها در مقایسه با خوک‌هایی که با اسید فرمیک محافظت نشده تغذیه شده‌اند، افزایش می‌دهد. این نتیجه نویسندگان را به این نتیجه رساند که اگر اسید فرمیک به درستی محافظت شود، ممکن است به طور مؤثر به دستگاه گوارش تحتانی برسد. با این حال، چندین پارامتر دیگر، مانند غلظت فرمات و لاکتات، اگرچه بالاتر از خوک‌هایی بود که با رژیم غذایی کنترل تغذیه می‌شدند، از نظر آماری با خوک‌هایی که با رژیم غذایی فرمات محافظت نشده تغذیه می‌شدند، تفاوت آماری نداشتند. اگرچه خوک‌هایی که هم با اسید فرمیک محافظت نشده و هم محافظت شده تغذیه می‌شدند، تقریباً سه برابر افزایش اسید لاکتیک نشان دادند، تعداد لاکتوباسیل‌ها توسط هیچ یک از این دو روش تغییر نکرد. این تفاوت‌ها ممکن است برای سایر میکروارگانیسم‌های تولیدکننده اسید لاکتیک در روده کور (1) که توسط این روش‌ها شناسایی نمی‌شوند و/یا (2) که فعالیت متابولیکی آنها تحت تأثیر قرار می‌گیرد، بیشتر باشد، در نتیجه الگوی تخمیر را تغییر می‌دهد به طوری که لاکتوباسیل‌های ساکن اسید لاکتیک بیشتری تولید می‌کنند.
برای مطالعه دقیق‌تر اثرات افزودنی‌های خوراکی بر دستگاه گوارش حیوانات مزرعه، روش‌های شناسایی میکروبی با وضوح بالاتر مورد نیاز است. در چند سال گذشته، از توالی‌یابی نسل بعدی (NGS) ژن RNA 16S برای شناسایی گونه‌های میکروبیوم و مقایسه تنوع جوامع میکروبی استفاده شده است (147)، که درک بهتری از تعاملات بین افزودنی‌های خوراکی و میکروبیوتای دستگاه گوارش حیوانات خوراکی مانند طیور فراهم کرده است.
مطالعات متعددی از توالی‌یابی میکروبیوم برای ارزیابی پاسخ میکروبیوم دستگاه گوارش مرغ به مکمل فرمات استفاده کرده‌اند. اوکلی و همکاران (148) مطالعه‌ای را روی جوجه‌های گوشتی 42 روزه که با ترکیبات مختلفی از اسید فرمیک، اسید پروپیونیک و اسیدهای چرب با زنجیره متوسط ​​در آب آشامیدنی یا خوراک آنها مکمل شده بودند، انجام دادند. جوجه‌های ایمن‌شده با سویه سالمونلا تیفی موریوم مقاوم به نالیدیکسیک اسید به چالش کشیده شدند و سکوم‌های آنها در سنین 0، 7، 21 و 42 روزگی برداشته شد. نمونه‌های سکوم برای 454 پیروسکوئینینگ آماده شدند و نتایج توالی‌یابی برای طبقه‌بندی و مقایسه شباهت ارزیابی شد. به طور کلی، تیمارها تأثیر معنی‌داری بر میکروبیوم سکوم یا سطح S. Typhimurium نداشتند. با این حال، میزان کلی تشخیص سالمونلا با افزایش سن پرندگان کاهش یافت، همانطور که با تجزیه و تحلیل طبقه‌بندی میکروبیوم تأیید شد، و فراوانی نسبی توالی‌های سالمونلا نیز با گذشت زمان کاهش یافت. نویسندگان خاطرنشان می‌کنند که با افزایش سن جوجه‌های گوشتی، تنوع جمعیت میکروبی سکوم افزایش می‌یابد و مهم‌ترین تغییرات در فلور دستگاه گوارش در تمام گروه‌های درمانی مشاهده شد. در یک مطالعه اخیر، هو و همکاران (149) اثرات آب آشامیدنی و تغذیه با رژیم غذایی حاوی مخلوطی از اسیدهای آلی (اسید فرمیک، اسید استیک، اسید پروپیونیک و فرمات آمونیوم) و ویرجینیامایسین را بر نمونه‌های میکروبیوم سکوم از جوجه‌های گوشتی جمع‌آوری‌شده در دو مرحله (1 تا 21 روزگی و 22 تا 42 روزگی) مقایسه کردند. اگرچه برخی تفاوت‌ها در تنوع میکروبیوم سکوم در بین گروه‌های درمانی در سن 21 روزگی مشاهده شد، اما هیچ تفاوتی در تنوع باکتری‌های α یا β در 42 روزگی مشاهده نشد. با توجه به عدم وجود تفاوت در 42 روزگی، نویسندگان این فرضیه را مطرح کردند که مزیت رشد ممکن است به دلیل ایجاد زودتر یک میکروبیوم بهینه و متنوع باشد.
تجزیه و تحلیل میکروبیوم که فقط بر جامعه میکروبی سکوم تمرکز دارد، ممکن است منعکس کننده این نباشد که بیشتر اثرات اسیدهای آلی غذایی در کجای دستگاه گوارش رخ می‌دهد. میکروبیوم دستگاه گوارش فوقانی جوجه‌های گوشتی ممکن است بیشتر به اثرات اسیدهای آلی غذایی حساس باشد، همانطور که نتایج هیوم و همکاران (128) نشان می‌دهد. هیوم و همکاران (128) نشان دادند که بیشتر پروپیونات اضافه شده به صورت خارجی در دستگاه گوارش فوقانی پرندگان جذب می‌شود. مطالعات اخیر در مورد توصیف میکروارگانیسم‌های دستگاه گوارش نیز از این دیدگاه پشتیبانی می‌کنند. ناوا و همکاران (150) نشان دادند که ترکیبی از مخلوطی از اسیدهای آلی [DL-2-هیدروکسی-4 (متیل تیو) بوتیریک اسید]، اسید فرمیک و اسید پروپیونیک (HFP) بر میکروبیوتای روده تأثیر گذاشته و کلونیزاسیون لاکتوباسیلوس را در ایلئوم مرغ‌ها افزایش می‌دهد. اخیراً، گودرزی بروجنی و همکاران... (150) نشان داد که ترکیبی از مخلوط اسید آلی [DL-2-هیدروکسی-4 (متیل تیو) بوتیریک اسید]، اسید فرمیک و اسید پروپیونیک (HFP) بر میکروبیوتای روده تأثیر گذاشته و کلونیزاسیون لاکتوباسیلوس را در ایلئوم مرغ‌ها افزایش می‌دهد. (151) تغذیه جوجه‌های گوشتی با مخلوطی از اسید فرمیک و اسید پروپیونیک را در دو غلظت (0.75٪ و 1.50٪) به مدت 35 روز بررسی کرد. در پایان آزمایش، چینه‌دان، معده، دو سوم انتهایی ایلئوم و سکوم برداشته شد و نمونه‌ها برای تجزیه و تحلیل کمی فلور و متابولیت‌های خاص دستگاه گوارش با استفاده از RT-PCR گرفته شد. در کشت، غلظت اسیدهای آلی بر فراوانی لاکتوباسیلوس یا بیفیدوباکتریوم تأثیری نداشت، اما جمعیت کلستریدیوم را افزایش داد. در ایلئوم، تنها تغییرات کاهش لاکتوباسیلوس و انتروباکتر بود، در حالی که در سکوم این فلور بدون تغییر باقی ماند (151). در بالاترین غلظت مکمل اسید آلی، غلظت کل اسید لاکتیک (D و L) در چینه‌دان کاهش یافت، غلظت هر دو اسید آلی در سنگدان کاهش یافت و غلظت اسیدهای آلی در سکوم کمتر بود. هیچ تغییری در ایلئوم مشاهده نشد. در مورد اسیدهای چرب کوتاه‌زنجیر (SCFAs)، تنها تغییر در چینه‌دان و سنگدان پرندگان تغذیه‌شده با اسیدهای آلی، سطح پروپیونات بود. پرندگانی که با غلظت پایین‌تر اسید آلی تغذیه شدند، تقریباً ده برابر افزایش در پروپیونات در چینه‌دان نشان دادند، در حالی که پرندگانی که با دو غلظت اسید آلی تغذیه شدند، به ترتیب هشت و پانزده برابر افزایش در پروپیونات در سنگدان نشان دادند. افزایش استات در ایلئوم کمتر از دو برابر بود. به طور کلی، این داده‌ها از این دیدگاه پشتیبانی می‌کنند که بیشتر اثرات کاربرد خارجی اسید آلی در عملکرد مشهود است، در حالی که اسیدهای آلی اثرات حداقلی بر جامعه میکروبی دستگاه گوارش تحتانی دارند، که نشان می‌دهد الگوهای تخمیر فلور ساکن دستگاه گوارش فوقانی ممکن است تغییر کرده باشد.
واضح است که برای روشن شدن کامل پاسخ‌های میکروبی به فرمات در سراسر دستگاه گوارش، به توصیف عمیق‌تری از میکروبیوم نیاز است. تجزیه و تحلیل عمیق‌تر طبقه‌بندی میکروبی بخش‌های خاص دستگاه گوارش، به ویژه بخش‌های بالایی مانند چینه‌دان، می‌تواند بینش بیشتری در مورد انتخاب گروه‌های خاصی از میکروارگانیسم‌ها ارائه دهد. فعالیت‌های متابولیکی و آنزیمی آنها همچنین ممکن است تعیین کند که آیا آنها رابطه آنتاگونیستی با عوامل بیماری‌زای وارد شده به دستگاه گوارش دارند یا خیر. همچنین انجام تجزیه و تحلیل‌های متاژنومیک برای تعیین اینکه آیا قرار گرفتن در معرض افزودنی‌های شیمیایی اسیدی در طول زندگی پرندگان، باکتری‌های ساکن "مقاوم‌تر به اسید" را انتخاب می‌کند یا خیر، و اینکه آیا وجود و/یا فعالیت متابولیکی این باکتری‌ها مانع دیگری برای کلونیزاسیون عوامل بیماری‌زا خواهد بود، جالب خواهد بود.
اسید فرمیک سال‌هاست که به عنوان یک افزودنی شیمیایی در خوراک دام و به عنوان یک اسیدی‌کننده سیلو استفاده می‌شود. یکی از کاربردهای اصلی آن، اثر ضدمیکروبی آن برای محدود کردن تعداد عوامل بیماری‌زا در خوراک و متعاقباً تجمع آنها در دستگاه گوارش پرندگان است. مطالعات آزمایشگاهی نشان داده‌اند که اسید فرمیک یک عامل ضدمیکروبی نسبتاً مؤثر در برابر سالمونلا و سایر عوامل بیماری‌زا است. با این حال، استفاده از اسید فرمیک در ماتریس‌های خوراک ممکن است به دلیل مقدار زیاد مواد آلی در مواد تشکیل‌دهنده خوراک و ظرفیت بافری بالقوه آنها محدود شود. به نظر می‌رسد اسید فرمیک هنگام مصرف از طریق خوراک یا آب آشامیدنی، اثر آنتاگونیستی بر سالمونلا و سایر عوامل بیماری‌زا دارد. با این حال، این آنتاگونیسم در درجه اول در دستگاه گوارش فوقانی رخ می‌دهد، زیرا غلظت اسید فرمیک ممکن است در دستگاه گوارش تحتانی کاهش یابد، همانطور که در مورد اسید پروپیونیک نیز صادق است. مفهوم محافظت از اسید فرمیک از طریق کپسوله کردن، رویکردی بالقوه برای رساندن اسید بیشتر به دستگاه گوارش تحتانی ارائه می‌دهد. علاوه بر این، مطالعات نشان داده‌اند که مخلوطی از اسیدهای آلی در بهبود عملکرد طیور نسبت به تجویز یک اسید واحد مؤثرتر است (152). کمپیلوباکتر در دستگاه گوارش ممکن است به فرمات واکنش متفاوتی نشان دهد، زیرا می‌تواند از فرمات به عنوان دهنده الکترون استفاده کند و فرمات منبع اصلی انرژی آن است. مشخص نیست که آیا افزایش غلظت فرمات در دستگاه گوارش برای کمپیلوباکتر مفید خواهد بود یا خیر، و این ممکن است بسته به سایر فلورهای دستگاه گوارش که می‌توانند از فرمات به عنوان سوبسترا استفاده کنند، رخ ندهد.
مطالعات بیشتری برای بررسی اثرات اسید فرمیک دستگاه گوارش بر میکروب‌های ساکن غیر بیماری‌زای دستگاه گوارش مورد نیاز است. ما ترجیح می‌دهیم پاتوژن‌ها را به صورت انتخابی هدف قرار دهیم بدون اینکه اعضای میکروبیوم دستگاه گوارش که برای میزبان مفید هستند را مختل کنیم. با این حال، این امر نیاز به تجزیه و تحلیل عمیق‌تری از توالی میکروبیوم این جوامع میکروبی ساکن دستگاه گوارش دارد. اگرچه برخی مطالعات در مورد میکروبیوم سکوم پرندگان تحت درمان با اسید فرمیک منتشر شده است، اما توجه بیشتری به جامعه میکروبی دستگاه گوارش فوقانی مورد نیاز است. شناسایی میکروارگانیسم‌ها و مقایسه شباهت‌ها بین جوامع میکروبی دستگاه گوارش در حضور یا عدم حضور اسید فرمیک ممکن است توصیف ناقصی باشد. تجزیه و تحلیل‌های اضافی، از جمله متابولومیکس و متاژنومیکس، برای توصیف تفاوت‌های عملکردی بین گروه‌های مشابه از نظر ترکیب مورد نیاز است. چنین توصیفاتی برای ایجاد رابطه بین جامعه میکروبی دستگاه گوارش و پاسخ‌های عملکرد پرنده به بهبوددهنده‌های مبتنی بر اسید فرمیک بسیار مهم است. ترکیب رویکردهای متعدد برای توصیف دقیق‌تر عملکرد دستگاه گوارش باید امکان توسعه استراتژی‌های مکمل اسید آلی مؤثرتر را فراهم کند و در نهایت پیش‌بینی‌های سلامت و عملکرد مطلوب پرنده را بهبود بخشد و در عین حال خطرات ایمنی مواد غذایی را محدود کند.
SR این بررسی را با کمک DD و KR نوشت. همه نویسندگان سهم قابل توجهی در کار ارائه شده در این بررسی داشتند.
نویسندگان اعلام می‌کنند که این بررسی برای شروع نگارش و انتشار، از شرکت Anitox بودجه دریافت کرده است. تأمین‌کنندگان مالی هیچ تأثیری بر دیدگاه‌ها و نتیجه‌گیری‌های بیان‌شده در این مقاله مروری یا تصمیم به انتشار آن نداشته‌اند.
نویسندگان باقیمانده اعلام می‌کنند که این تحقیق در غیاب هرگونه روابط تجاری یا مالی که می‌تواند به عنوان یک تضاد منافع بالقوه تعبیر شود، انجام شده است.
دکتر دی‌دی مایل است از حمایت دانشکده تحصیلات تکمیلی دانشگاه آرکانزاس از طریق بورسیه تحصیلی ممتاز، و همچنین حمایت مداوم برنامه زیست‌شناسی سلولی و مولکولی دانشگاه آرکانزاس و گروه علوم غذایی قدردانی کند. علاوه بر این، نویسندگان مایلند از شرکت آنیتوکس برای حمایت اولیه در نوشتن این بررسی تشکر کنند.
۱. دیبنر جی‌جی، ریچاردز جی‌دی. استفاده از محرک‌های رشد آنتی‌بیوتیکی در کشاورزی: ​​تاریخچه و مکانیسم‌های عمل. علوم طیور (۲۰۰۵) ۸۴:۶۳۴–۴۳. doi: 10.1093/ps/84.4.634
2. جونز اف تی، ریک اس سی. تاریخچه توسعه و نظارت بر ضد میکروب‌ها در خوراک طیور. علوم طیور (2003) 82:613–7. doi: 10.1093/ps/82.4.613
۳. بروم ال.جی. نظریه زیرمهارکنندگی محرک‌های رشد آنتی‌بیوتیکی. علوم طیور (۲۰۱۷) ۹۶:۳۱۰۴–۵. doi: 10.3382/ps/pex114
4. Sorum H, L'Abe-Lund TM. مقاومت آنتی‌بیوتیکی در باکتری‌های منتقله از غذا - پیامدهای اختلال در شبکه‌های ژنتیکی باکتریایی جهانی. مجله بین‌المللی میکروبیولوژی مواد غذایی (2002) 78:43–56. doi: 10.1016/S0168-1605(02)00241-6
5. ون ایمرسیل اف، کاوارتس کی، دیوریس ال ای، هیزبروک اف، دوکاتل آر. افزودنی‌های خوراکی برای کنترل سالمونلا در خوراک. مجله جهانی علوم طیور (2002) 58:501–13. doi: 10.1079/WPS20020036
6. آنگولو اف.جی، بیکر ان.ال، اولسن اس.جی، اندرسون ای، بارت تی.جی. استفاده از داروهای ضدمیکروبی در کشاورزی: ​​کنترل انتقال مقاومت ضدمیکروبی به انسان. سمینارهای بیماری‌های عفونی کودکان (2004) 15:78–85. doi: 10.1053/j.spid.2004.01.010
7. لکشمی ام، آمینی پی، کومار اس، وارلا ام اف. محیط‌های تولید مواد غذایی و تکامل مقاومت ضدمیکروبی در پاتوژن‌های انسانی مشتق‌شده از حیوانات. میکروبیولوژی (2017) 5:11. doi: 10.3390/microorganisms5010011
8. لورنسو جی ام، سیدل دی اس، کالاوی تی آر. فصل 9: آنتی‌بیوتیک‌ها و عملکرد روده: تاریخچه و وضعیت فعلی. در: ریک اس سی، ویرایش. بهبود سلامت روده در طیور. کمبریج: برلی داد (2020). صفحات 189-204. DOI: 10.19103/AS2019.0059.10
9. Rick SC. شماره 8: بهداشت خوراک. در: Dewulf J, van Immerzeel F, eds. امنیت زیستی در تولید دام و دامپزشکی. لوون: ACCO (2017). صفحات 144-76.