هذا المقال جزء من موضوع البحث "استخدام مضادات الميكروبات، ومقاومة مضادات الميكروبات، والميكروبيوم في حيوانات الغذاء". اطلع على جميع المقالات الـ 13
لا تزال الأحماض العضوية مطلوبة بشدة كمضافات لأعلاف الحيوانات. وحتى الآن، انصبّ التركيز على سلامة الغذاء، ولا سيما الحدّ من انتشار مسببات الأمراض المنقولة بالغذاء في الدواجن والحيوانات الأخرى. ويجري حاليًا دراسة العديد من الأحماض العضوية، أو أنها قيد الاستخدام التجاري بالفعل. ومن بين الأحماض العضوية العديدة التي خضعت لدراسات مستفيضة، يُعدّ حمض الفورميك أحدها. يُضاف حمض الفورميك إلى علائق الدواجن للحدّ من وجود السالمونيلا وغيرها من مسببات الأمراض المنقولة بالغذاء في العلف وفي الجهاز الهضمي بعد تناوله. ومع تزايد فهم فعالية حمض الفورميك وتأثيره على العائل ومسببات الأمراض المنقولة بالغذاء، يتضح أن وجوده يُمكن أن يُحفّز مسارات مُحددة في السالمونيلا. وقد يصبح هذا التفاعل أكثر تعقيدًا عندما يدخل حمض الفورميك إلى الجهاز الهضمي ويتفاعل ليس فقط مع السالمونيلا الموجودة فيه، بل أيضًا مع البكتيريا المعوية الطبيعية. ستتناول هذه المراجعة النتائج الحالية وآفاق المزيد من الأبحاث حول الميكروبيوم في الدواجن والأعلاف المُعالجة بحمض الفورميك.
في كلٍ من إنتاج الماشية والدواجن، يكمن التحدي في تطوير استراتيجيات إدارة تُحسّن النمو والإنتاجية مع الحدّ من مخاطر سلامة الغذاء. تاريخيًا، ساهم استخدام المضادات الحيوية بتركيزات دون علاجية في تحسين صحة الحيوان ورفاهيته وإنتاجيته (1-3). من منظور آلية العمل، يُقترح أن المضادات الحيوية المُعطاة بتركيزات دون مثبطة تُؤثر على استجابات الجسم المضيف من خلال تعديل البكتيريا المعوية، وبالتالي تفاعلاتها مع الجسم المضيف (3). مع ذلك، أدت المخاوف المستمرة بشأن الانتشار المحتمل لمسببات الأمراض المنقولة بالغذاء المقاومة للمضادات الحيوية، وارتباطها المحتمل بالعدوى المقاومة للمضادات الحيوية لدى البشر، إلى التوقف التدريجي عن استخدام المضادات الحيوية في حيوانات الغذاء (4-8). لذلك، يُعدّ تطوير إضافات ومُحسّنات الأعلاف التي تُلبّي بعض هذه المتطلبات على الأقل (تحسين صحة الحيوان ورفاهيته وإنتاجيته) ذا أهمية بالغة من منظور البحث الأكاديمي والتطوير التجاري (5، 9). دخلت مجموعة متنوعة من إضافات الأعلاف التجارية إلى سوق أغذية الحيوانات، بما في ذلك البروبيوتيك، والبريبيوتيك، والزيوت العطرية والمركبات ذات الصلة من مصادر نباتية مختلفة، ومواد كيميائية مثل الألدهيدات (10-14). وتشمل إضافات الأعلاف التجارية الأخرى الشائعة الاستخدام في الدواجن العاثيات، وأكسيد الزنك، والإنزيمات الخارجية، ومنتجات الاستبعاد التنافسي، والمركبات الحمضية (15، 16).
من بين إضافات الأعلاف الكيميائية المتوفرة، تُعدّ الألدهيدات والأحماض العضوية من أكثر المركبات دراسةً واستخدامًا على مرّ التاريخ (12، 17-21). وتُعرف الأحماض العضوية، ولا سيما الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة، بقدرتها الفائقة على مقاومة البكتيريا الممرضة. تُستخدم هذه الأحماض العضوية كإضافات للأعلاف ليس فقط للحدّ من وجود مسببات الأمراض في العلف، بل أيضًا لإحداث تأثيرات فعّالة على وظائف الجهاز الهضمي (17، 20-24). إضافةً إلى ذلك، تُنتَج الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة عن طريق التخمر بواسطة البكتيريا المعوية في الجهاز الهضمي، ويُعتقد أنها تلعب دورًا أساسيًا في قدرة بعض البروبيوتيك والبريبيوتيك على مقاومة مسببات الأمراض التي يتم تناولها في الجهاز الهضمي (21، 23، 25).
على مر السنين، حظيت الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة (SCFAs) باهتمام كبير كمضافات علفية. وعلى وجه الخصوص، خضعت أحماض البروبيونات والبيوتيرات والفورمات للعديد من الدراسات والتطبيقات التجارية (17، 20، 21، 23، 24، 26). وبينما ركزت الدراسات المبكرة على مكافحة مسببات الأمراض المنقولة بالغذاء في علف الحيوانات والدواجن، حوّلت الدراسات الحديثة تركيزها إلى التحسين الشامل لأداء الحيوانات وصحة الجهاز الهضمي (20، 21، 24). وقد حظيت أحماض الأسيتات والبروبيونات والبيوتيرات باهتمام كبير كمضافات علفية من الأحماض العضوية، ومن بينها حمض الفورميك الذي يُعدّ مرشحًا واعدًا (21، 23). وقد انصبّ اهتمام كبير على جوانب سلامة الغذاء لحمض الفورميك، ولا سيما الحدّ من انتشار مسببات الأمراض المنقولة بالغذاء في علف الماشية. ومع ذلك، يجري النظر أيضًا في استخدامات أخرى محتملة. والهدف العام من هذه المراجعة هو دراسة تاريخ حمض الفورميك ووضعه الحالي كمُحسِّن لعلف الماشية (الشكل 1). سنتناول في هذه الدراسة آلية عمل حمض الفورميك كمضاد للبكتيريا. كما سنلقي نظرة فاحصة على تأثيراته على الماشية والدواجن، وسنناقش الطرق الممكنة لتحسين فعاليته.
الشكل 1. خريطة ذهنية للمواضيع التي تغطيها هذه المراجعة. وعلى وجه الخصوص، تم التركيز على الأهداف العامة التالية: وصف تاريخ حمض الفورميك ووضعه الحالي كمحسن لعلف الماشية، وآليات عمل حمض الفورميك المضادة للميكروبات وتأثير استخدامه على صحة الحيوانات والدواجن، والأساليب المحتملة لتحسين فعاليته.
يُعدّ إنتاج الأعلاف للماشية والدواجن عملية معقدة تتضمن خطوات متعددة، منها المعالجة الفيزيائية للحبوب (مثل الطحن لتقليل حجم الجزيئات)، والمعالجة الحرارية للتكوير، وإضافة عناصر غذائية متعددة إلى العلف وفقًا للاحتياجات الغذائية الخاصة بالحيوان (27). ونظرًا لهذا التعقيد، فليس من المستغرب أن تُعرّض عملية تصنيع الأعلاف الحبوب لمجموعة متنوعة من العوامل البيئية قبل وصولها إلى مطحنة الأعلاف، وأثناء الطحن، ولاحقًا أثناء النقل والتغذية في علائق الأعلاف المركبة (9، 21، 28). وبالتالي، على مر السنين، تم تحديد مجموعة متنوعة جدًا من الكائنات الحية الدقيقة في الأعلاف، لا تقتصر على البكتيريا فحسب، بل تشمل أيضًا العاثيات والفطريات والخمائر (9، 21، 28-31). ويمكن لبعض هذه الملوثات، مثل بعض الفطريات، أن تُنتج سمومًا فطرية تُشكّل مخاطر صحية على الحيوانات (32-35).
تتنوع التجمعات البكتيرية نسبيًا، وتعتمد إلى حد ما على الطرق المستخدمة لعزل الكائنات الدقيقة وتحديدها، فضلًا عن مصدر العينة. على سبيل المثال، قد يختلف التركيب الميكروبي قبل المعالجة الحرارية المصاحبة لعملية التكوير (36). ورغم أن طرق الاستزراع التقليدية وزراعة الأطباق قد وفرت بعض المعلومات، إلا أن تطبيق تقنية التسلسل الجيني من الجيل التالي (NGS) القائمة على جين 16S rRNA قد أتاح تقييمًا أكثر شمولًا لمجتمع الميكروبيوم في العلف (9). عندما فحص سولانكي وآخرون (37) الميكروبيوم البكتيري لحبوب القمح المخزنة لفترة من الزمن في وجود الفوسفين، وهو مبيد تبخيري لمكافحة الحشرات، وجدوا أن الميكروبيوم كان أكثر تنوعًا بعد الحصاد وبعد ثلاثة أشهر من التخزين. علاوة على ذلك، ذكر سولانكي وآخرون... أظهرت الدراسة (37) أن شعبة البروتيوكتيريا، والفيرميكوتس، والأكتينوبكتيريا، والبكتيرويديت، والبلانكتوميسيس هي الشعب السائدة في حبوب القمح، وأن أجناس العصوية، والإروينيا، والزائفة هي الأجناس السائدة، بينما شكلت الأمعائيات نسبة ضئيلة. وبناءً على المقارنات التصنيفية، خلص الباحثون إلى أن التبخير بالفوسفين أدى إلى تغيير ملحوظ في التجمعات البكتيرية، ولكنه لم يؤثر على التنوع الفطري.
أظهرت دراسة سولانكي وآخرون (37) أن مصادر الأعلاف قد تحتوي أيضًا على مسببات الأمراض المنقولة بالغذاء والتي قد تُسبب مشاكل صحية عامة، وذلك استنادًا إلى الكشف عن بكتيريا الأمعاء في الميكروبيوم. وقد ارتبطت مسببات الأمراض المنقولة بالغذاء، مثل المطثية الحاطمة، والمطثية الوشيقية، والسالمونيلا، والعطيفة، والإشريكية القولونية O157:H7، والليستيريا المستوحدة، بأعلاف الحيوانات والسيلاج (9، 31، 38). ولا يزال مدى بقاء مسببات الأمراض الأخرى المنقولة بالغذاء في أعلاف الحيوانات والدواجن غير معروف. وقد قام جي وآخرون (39) بفحص أكثر من 200 مكون من مكونات أعلاف الحيوانات، وعزلوا السالمونيلا، والإشريكية القولونية، والمكورات المعوية، لكنهم لم يعثروا على الإشريكية القولونية O157:H7 أو العطيفة. ومع ذلك، قد تُشكل مواد مثل الأعلاف الجافة مصدرًا للإشريكية القولونية الممرضة. في تتبع مصدر تفشي بكتيريا الإشريكية القولونية المنتجة لسم شيغا (STEC) من المجموعتين المصليتين O121 وO26 المرتبطتين بأمراض بشرية عام 2016، استخدم كرو وآخرون (40) تقنية تسلسل الجينوم الكامل لمقارنة العزلات السريرية مع العزلات المأخوذة من المنتجات الغذائية. وبناءً على هذه المقارنة، خلصوا إلى أن المصدر المحتمل هو دقيق القمح الخام منخفض الرطوبة من مطاحن الدقيق. يشير انخفاض محتوى الرطوبة في دقيق القمح إلى أن بكتيريا STEC يمكنها البقاء على قيد الحياة أيضًا في علف الحيوانات منخفض الرطوبة. ومع ذلك، وكما أشار كرو وآخرون (40)، فإن عزل بكتيريا STEC من عينات الدقيق أمر صعب ويتطلب طرق الفصل المناعي المغناطيسي لاستعادة أعداد كافية من الخلايا البكتيرية. قد تؤدي عمليات التشخيص المماثلة أيضًا إلى تعقيد عملية الكشف عن مسببات الأمراض النادرة المنقولة بالغذاء وعزلها في علف الحيوانات. قد تعود صعوبة الكشف أيضًا إلى استمرار هذه المسببات لفترة طويلة في المواد منخفضة الرطوبة. (41) أظهرت أن دقيق القمح المخزن في درجة حرارة الغرفة والملقح بمزيج من مجموعات المصل من الإشريكية القولونية النزفية المعوية (EHEC) O45 و O121 و O145 والسالمونيلا (S. Typhimurium و S. Agona و S. Enteritidis و S. Anatum) كان قابلاً للقياس الكمي في 84 و 112 يومًا ولا يزال قابلاً للكشف في 24 و 52 أسبوعًا.
تاريخيًا، لم يتم عزل بكتيريا كامبيلوباكتر من أعلاف الحيوانات والدواجن باستخدام طرق الاستزراع التقليدية (38، 39)، على الرغم من سهولة عزلها من الجهاز الهضمي للدواجن ومنتجاتها (42، 43). ومع ذلك، لا يزال للأعلاف مزاياها كمصدر محتمل. فعلى سبيل المثال، أثبت ألفيس وآخرون (44) أن تلقيح علف الدجاج المُسمّن ببكتيريا كامبيلوباكتر جيجوني، ثم تخزين العلف في درجتي حرارة مختلفتين لمدة 3 أو 5 أيام، أدى إلى استعادة بكتيريا كامبيلوباكتر جيجوني حية، بل وفي بعض الحالات، إلى تكاثرها. وخلصوا إلى أن بكتيريا كامبيلوباكتر جيجوني قادرة على البقاء في علف الدواجن، وبالتالي، قد تكون مصدرًا محتملاً للعدوى للدجاج.
حظي تلوث أعلاف الحيوانات والدواجن بالسالمونيلا باهتمام كبير في الماضي، ولا يزال محورًا للجهود المستمرة لتطوير طرق كشف خاصة بالأعلاف، وإيجاد تدابير مكافحة أكثر فعالية (12، 26، 30، 45-53). على مر السنين، تناولت العديد من الدراسات عزل وتوصيف السالمونيلا في مختلف مصانع الأعلاف (38، 39، 54-61). تشير هذه الدراسات عمومًا إلى إمكانية عزل السالمونيلا من مجموعة متنوعة من مكونات الأعلاف، ومصادرها، وأنواعها، وعمليات تصنيعها. كما تباينت معدلات الانتشار والأنماط المصلية السائدة من السالمونيلا المعزولة. على سبيل المثال، أكد لي وآخرون (57) وجود السالمونيلا، حيث تم الكشف عنها في 12.5% ​​من 2058 عينة جُمعت من أعلاف حيوانية كاملة، ومكونات أعلاف، وأغذية حيوانات أليفة، ومكافآت حيوانات أليفة، ومكملات غذائية للحيوانات الأليفة خلال فترة جمع البيانات من 2002 إلى 2009. بالإضافة إلى ذلك، كانت أكثر الأنماط المصلية شيوعًا التي تم الكشف عنها في 12.5% ​​من عينات السالمونيلا التي ثبتت إيجابيتها هي السالمونيلا سينفتنبرغ والسالمونيلا مونتيفيديو (57). وفي دراسة أجريت على الأطعمة الجاهزة للأكل ومخلفات أعلاف الحيوانات في تكساس، أفاد هسيه وآخرون (58) أن أعلى معدل انتشار للسالمونيلا كان في مسحوق السمك، يليه البروتينات الحيوانية، مع كون السالمونيلا مبانكا والسالمونيلا مونتيفيديو أكثر الأنماط المصلية شيوعًا. كما تُشكل مصانع الأعلاف عدة نقاط محتملة لتلوث الأعلاف أثناء خلط المكونات وإضافتها (9، 56، 61). وقد تمكن ماغوسي وآخرون (61) من إثبات إمكانية حدوث تلوث في نقاط متعددة أثناء إنتاج الأعلاف في الولايات المتحدة. في الواقع، وجد ماغوسي وآخرون (61) مزرعة واحدة على الأقل إيجابية للسالمونيلا في 11 مصنعًا للأعلاف (12 موقعًا لأخذ العينات إجمالاً) في ثماني ولايات في الولايات المتحدة. بالنظر إلى احتمالية تلوث السالمونيلا أثناء التعامل مع الأعلاف ونقلها وتغذيتها اليومية، فليس من المستغرب بذل جهود كبيرة لتطوير إضافات الأعلاف التي يمكنها تقليل مستويات التلوث الميكروبي والحفاظ عليها منخفضة طوال دورة الإنتاج الحيواني.
لا يُعرف الكثير عن آلية استجابة السالمونيلا النوعية لحمض الفورميك. مع ذلك، أشار هوانغ وآخرون (62) إلى وجود حمض الفورميك في الأمعاء الدقيقة للثدييات، وأن أنواع السالمونيلا قادرة على إنتاجه. استخدم هوانغ وآخرون (62) سلسلة من الطفرات الحذفية لمسارات رئيسية للكشف عن تعبير جينات ضراوة السالمونيلا، ووجدوا أن الفورمات يمكن أن يعمل كإشارة قابلة للانتشار لحث السالمونيلا على غزو خلايا Hep-2 الظهارية. مؤخرًا، عزل ليو وآخرون (63) ناقلًا للفورمات، يُسمى FocA، من السالمونيلا التيفية، يعمل كقناة فورمات نوعية عند درجة حموضة 7.0، ولكنه يعمل أيضًا كقناة تصدير سلبية عند درجة حموضة خارجية عالية، أو كقناة استيراد ثانوية نشطة للفورمات/أيون الهيدروجين عند درجة حموضة منخفضة. مع ذلك، أُجريت هذه الدراسة على نمط مصلي واحد فقط من السالمونيلا التيفية. يبقى السؤال مطروحًا حول ما إذا كانت جميع الأنماط المصلية تستجيب لحمض الفورميك بآليات متشابهة. ولا يزال هذا سؤالًا بحثيًا بالغ الأهمية ينبغي تناوله في الدراسات المستقبلية. وبغض النظر عن النتائج، يبقى من الحكمة استخدام أنماط مصلية متعددة من السالمونيلا، أو حتى سلالات متعددة من كل نمط مصلي، في تجارب الفحص عند وضع توصيات عامة لاستخدام المكملات الحمضية لخفض مستويات السالمونيلا في العلف. وتتيح الأساليب الحديثة، مثل استخدام الترميز الجيني لترميز السلالات لتمييز المجموعات الفرعية المختلفة من النمط المصلي نفسه (9، 64)، فرصةً لاكتشاف اختلافات أدق قد تؤثر على الاستنتاجات وتفسير هذه الاختلافات.
قد يكون للطبيعة الكيميائية وشكل تفكك الفورمات أهمية بالغة. في سلسلة من الدراسات، أثبت باير وآخرون (65-67) أن تثبيط نمو بكتيريا المكورة المعوية البرازية، والعطيفة الصائمية، والعطيفة القولونية يرتبط بكمية حمض الفورميك المتفكك، وهو مستقل عن الرقم الهيدروجيني أو حمض الفورميك غير المتفكك. ويبدو أن الشكل الكيميائي للفورمات الذي تتعرض له البكتيريا مهم أيضًا. قام كوفاندا وآخرون (68) بفحص العديد من الكائنات الحية سالبة الغرام وموجبة الغرام، وقارنوا الحد الأدنى للتركيز المثبط (MIC) لفورمات الصوديوم (500-25000 ملغم/لتر) ومزيج من فورمات الصوديوم والفورمات الحر (40/60 وزن/حجم؛ 10-10000 ملغم/لتر). استنادًا إلى قيم التركيز المثبط الأدنى (MIC)، وجد الباحثون أن فورمات الصوديوم يثبط نمو أنواع معينة من البكتيريا فقط، وهي: كامبيلوباكتر جيجوني، وكلوستريديوم بيرفرنجنز، وستربتوكوكس سويس، وستربتوكوكس بنومونيا، ولكنه لا يثبط نمو أنواع أخرى مثل: إشريكية قولونية، وسالمونيلا تيفيموريوم، وإنتيروكوكس فيكاليس. في المقابل، كان مزيج من فورمات الصوديوم وفورمات الصوديوم الحر مثبطًا لنمو جميع الكائنات الحية، مما دفع الباحثين إلى استنتاج أن حمض الفورميك الحر يمتلك معظم الخصائص المضادة للميكروبات. سيكون من المثير للاهتمام دراسة نسب مختلفة من هذين الشكلين الكيميائيين لتحديد ما إذا كان نطاق قيم التركيز المثبط الأدنى (MIC) يرتبط بمستوى حمض الفورميك الموجود في التركيبة المختلطة، والاستجابة لحمض الفورميك النقي (100%).
اختبر غوميز-غارسيا وآخرون (69) توليفات من الزيوت العطرية والأحماض العضوية (مثل حمض الفورميك) ضد عزلات متعددة من الإشريكية القولونية والسالمونيلا والمطثية الحاطمة المأخوذة من الخنازير. وقد اختبروا فعالية ستة أحماض عضوية، بما في ذلك حمض الفورميك، وستة زيوت عطرية ضد عزلات الخنازير، باستخدام الفورمالديهايد كعنصر تحكم إيجابي. وحدد غوميز-غارسيا وآخرون (69) الحد الأدنى للتركيز المثبط (MIC50) والحد الأدنى للتركيز القاتل (MBC50) ونسبة MIC50/MBC50 لحمض الفورميك ضد الإشريكية القولونية (بتركيز 600 و2400 جزء في المليون، 4)، والسالمونيلا (بتركيز 600 و2400 جزء في المليون، 4)، والمطثية الحاطمة (بتركيز 1200 و2400 جزء في المليون، 2)، ووجدوا أن حمض الفورميك أكثر فعالية من جميع الأحماض العضوية ضد الإشريكية القولونية والسالمونيلا. (69) حمض الفورميك فعال ضد الإشريكية القولونية والسالمونيلا بسبب صغر حجم جزيئاته وطول سلسلته (70).
قام باير وآخرون بفحص سلالات كامبيلوباكتر المعزولة من الخنازير (66) وسلالات كامبيلوباكتر جيجوني المعزولة من الدواجن (67)، وأظهروا أن حمض الفورميك يتفكك عند تركيزات تتوافق مع استجابات الحد الأدنى للتركيز المثبط (MIC) المقاسة لأحماض عضوية أخرى. ومع ذلك، فقد أُثيرت تساؤلات حول الفعالية النسبية لهذه الأحماض، بما في ذلك حمض الفورميك، لأن كامبيلوباكتر تستطيع استخدامها كركائز (66، 67). ولا يُعد استخدام كامبيلوباكتر جيجوني للأحماض أمرًا مفاجئًا، إذ ثبت أن لديها استقلابًا غير جليكولي. وبالتالي، فإن قدرة كامبيلوباكتر جيجوني على هدم الكربوهيدرات محدودة، وتعتمد على استحداث الجلوكوز من الأحماض الأمينية والأحماض العضوية في معظم استقلاب الطاقة ونشاطها الحيوي (71، 72). وقد أجرت لاين وآخرون دراسة مبكرة في هذا الشأن. استخدمت الدراسة رقم (73) مصفوفة ظاهرية تضم 190 مصدرًا للكربون، وأظهرت أن بكتيريا العطيفة الصائمية 11168(GS) قادرة على استخدام الأحماض العضوية كمصادر للكربون، ومعظمها مركبات وسيطة في دورة حمض الستريك. وأظهرت دراسات أخرى أجراها واغلي وآخرون (74) باستخدام مصفوفة ظاهرية لاستخدام الكربون أن سلالات العطيفة الصائمية والإشريكية القولونية التي دُرست في دراستهم قادرة على النمو باستخدام الأحماض العضوية كمصدر للكربون. يُعد الفورمات المانح الرئيسي للإلكترونات في عملية استقلاب الطاقة التنفسية لبكتيريا العطيفة الصائمية، وبالتالي فهو المصدر الرئيسي للطاقة لها (71، 75). تستطيع العطيفة الصائمية استخدام الفورمات كمانح للهيدروجين عبر مُركب نازع هيدروجين الفورمات المرتبط بالغشاء، والذي يُؤكسد الفورمات إلى ثاني أكسيد الكربون والبروتونات والإلكترونات، ويعمل كمانح للإلكترونات في عملية التنفس (72).
يُستخدم حمض الفورميك منذ زمن طويل كمُحسِّن للأعلاف مضاد للميكروبات، ولكن بعض الحشرات قادرة أيضًا على إنتاجه لاستخدامه كآلية دفاعية مضادة للميكروبات. وقد أشار روسيني وآخرون (76) إلى أن حمض الفورميك قد يكون أحد مكونات العصارة الحمضية للنمل التي وصفها راي (77) منذ ما يقرب من 350 عامًا. ومنذ ذلك الحين، ازداد فهمنا لإنتاج حمض الفورميك في النمل والحشرات الأخرى بشكل كبير، وأصبح من المعروف الآن أن هذه العملية جزء من نظام دفاعي معقد يعتمد على السموم في الحشرات (78). ومن المعروف أن مجموعات مختلفة من الحشرات، بما في ذلك النحل عديم اللسع، والنمل المدبب (غشائيات الأجنحة: النحلية)، والخنافس الأرضية (Galerita lecontei وG. janus)، والنمل عديم اللسع (Formicinae)، وبعض يرقات العث (حرشفيات الأجنحة: عثّيات الأجنحة)، تُنتج حمض الفورميك كآلية دفاعية (76، 78-82).
ربما تكون النمل من أكثر الكائنات الحية دراسةً، إذ تمتلك خلايا حمضية، وهي فتحات متخصصة تسمح لها برش سم يتكون أساسًا من حمض الفورميك (82). يستخدم النمل السيرين كمادة أولية، ويخزن كميات كبيرة من الفورمات في غدده السمية، المعزولة بشكل كافٍ لحماية النمل المضيف من سمية الفورمات حتى يتم رشه (78، 83). قد يعمل حمض الفورميك الذي يفرزه النمل (1) كفرمون إنذار لجذب النمل الآخر؛ (2) كمادة كيميائية دفاعية ضد المنافسين والمفترسات؛ و(3) كعامل مضاد للفطريات والبكتيريا عند دمجه مع الراتنج كجزء من مواد العش (78، 82، 84-88). يتمتع حمض الفورميك الذي ينتجه النمل بخصائص مضادة للميكروبات، مما يشير إلى إمكانية استخدامه كمادة مضافة موضعية. وقد أثبت ذلك بروش وآخرون (88)، الذين أضافوا حمض الفورميك الاصطناعي إلى الراتنج، مما أدى إلى تحسين فعاليته المضادة للفطريات بشكل ملحوظ. ومن الأدلة الأخرى على فعالية حمض الفورميك وفائدته البيولوجية أن آكلات النمل العملاقة، التي لا تستطيع إنتاج حمض المعدة، تستهلك النمل الذي يحتوي على حمض الفورميك لتزويد نفسها بحمض الفورميك المركز كحمض هضمي بديل (89).
لقد تمّت دراسة الاستخدام العملي لحمض الفورميك في الزراعة لسنوات عديدة. ويمكن استخدامه، على وجه الخصوص، كمادة مضافة لأعلاف الحيوانات والسيلاج. ويُعتبر فورمات الصوديوم، سواءً في صورته الصلبة أو السائلة، آمنًا لجميع أنواع الحيوانات والمستهلكين والبيئة (90). وبناءً على تقييمهم (90)، اعتُبر تركيز أقصى قدره 10,000 ملغم من مكافئات حمض الفورميك/كغم علف آمنًا لجميع أنواع الحيوانات، بينما اعتُبر تركيز أقصى قدره 12,000 ملغم من مكافئات حمض الفورميك/كغم علف آمنًا للخنازير. كما دُرست إمكانية استخدام حمض الفورميك كمُحسّن لأعلاف الحيوانات لسنوات عديدة، ويُعتبر ذا قيمة تجارية كمادة حافظة للسيلاج ومضاد للميكروبات في أعلاف الحيوانات والدواجن.
لطالما شكلت الإضافات الكيميائية، كالأحماض، عنصرًا أساسيًا في إنتاج السيلاج وإدارة الأعلاف (91، 92). وقد أشار بوراني وآخرون (91) إلى أنه لتحقيق الإنتاج الأمثل للسيلاج عالي الجودة، من الضروري الحفاظ على جودة العلف مع الاحتفاظ بأكبر قدر ممكن من المادة الجافة. وتتمثل نتيجة هذا التحسين في تقليل الفاقد في جميع مراحل عملية التخمر: بدءًا من الظروف الهوائية الأولية في الصومعة، مرورًا بالتخمر والتخزين، وصولًا إلى إعادة فتح الصومعة للتغذية. وقد نوقشت بالتفصيل في مراجع أخرى (91، 93-95) طرق محددة لتحسين إنتاج السيلاج في الحقل وتخمره اللاحق، ولن نتناولها بالتفصيل هنا. وتتمثل المشكلة الرئيسية في التلف التأكسدي الناتج عن الخمائر والأعفان عند وجود الأكسجين في السيلاج (91، 92). ولذلك، تم إدخال الملقحات البيولوجية والإضافات الكيميائية لمواجهة الآثار الضارة للتلف (91، 92). وتشمل الاعتبارات الأخرى لمضافات السيلاج الحد من انتشار مسببات الأمراض التي قد تكون موجودة في السيلاج (مثل الإشريكية القولونية المسببة للأمراض، والليستيريا، والسالمونيلا) بالإضافة إلى الفطريات المنتجة للسموم الفطرية (96-98).
قسم ماك وآخرون (92) الإضافات الحمضية إلى فئتين. تحافظ الأحماض، مثل حمض البروبيونيك وحمض الأسيتيك وحمض السوربيك وحمض البنزويك، على استقرار السيلاج الهوائي عند تقديمه للمجترات عن طريق الحد من نمو الخمائر والفطريات (92). فصل ماك وآخرون (92) حمض الفورميك عن الأحماض الأخرى واعتبروه مُحمِّضًا مباشرًا يثبط نمو المطثيات والكائنات الدقيقة المُفسدة مع الحفاظ على سلامة بروتين السيلاج. عمليًا، تُعد أملاحه أكثر أشكاله الكيميائية شيوعًا لتجنب خصائصه المُسببة للتآكل في صورته غير الملحية (91). كما درست العديد من المجموعات البحثية حمض الفورميك كمادة مضافة حمضية للسيلاج. يُعرف حمض الفورميك بقدرته السريعة على التحميض وتأثيره المُثبط على نمو الكائنات الدقيقة الضارة بالسيلاج والتي تُقلل من محتوى البروتين والكربوهيدرات الذائبة في الماء (99). لذلك، قام هي وآخرون... قارنت دراسة (92) حمض الفورميك بالمضافات الحمضية في السيلاج. وأظهرت دراسة (100) أن حمض الفورميك قادر على تثبيط نمو بكتيريا الإشريكية القولونية وخفض درجة حموضة السيلاج. كما أُضيفت مزارع بكتيرية منتجة لحمض الفورميك وحمض اللاكتيك إلى السيلاج لتحفيز عملية التحمض وإنتاج الأحماض العضوية (101). في الواقع، وجد كولي وآخرون (101) أنه عند تحميض السيلاج بنسبة 3% (وزن/حجم) من حمض الفورميك، تجاوز إنتاج حمض اللاكتيك وحمض الفورميك 800 و1000 ملغ من الأحماض العضوية/100 غرام من العينة، على التوالي. استعرض ماك وآخرون (92) بالتفصيل الدراسات المنشورة منذ عام 2000 والتي ركزت على حمض الفورميك وأحماض أخرى أو تضمنت استخدامهما. لذلك، لن تتناول هذه المراجعة الدراسات الفردية بالتفصيل، بل ستلخص بعض النقاط الرئيسية المتعلقة بفعالية حمض الفورميك كمضاف كيميائي للسيلاج. تمت دراسة كل من حمض الفورميك غير المخفف والمخفف، وفي معظم الحالات، لوحظ انخفاض في النشاط النسبي لبكتيريا كلوستريديوم (امتصاص الكربوهيدرات والبروتين واللاكتات، وإفراز البيوتيرات)، بينما ينخفض ​​إنتاج الأمونيا والبيوتيرات، ويزداد احتفاظ المادة الجافة (92). توجد بعض القيود على أداء حمض الفورميك، ولكن يبدو أن استخدامه كمضاف علفي مع أحماض أخرى يتغلب على بعض هذه المشكلات (92).
يُمكن لحمض الفورميك أن يُثبّط نمو البكتيريا المُمرضة التي تُشكّل خطرًا على صحة الإنسان. فعلى سبيل المثال، قام باولي وتام (102) بتلقيح صوامع مخبرية صغيرة ببكتيريا الليستيريا المستوحدة (L. monocytogenes) تحتوي على ثلاثة مستويات مختلفة من المادة الجافة (200، 430، و540 غ/كغ) من عشب الراي، ثم أضافا إليها حمض الفورميك (3 مل/كغ) أو بكتيريا حمض اللاكتيك (8 × 10⁵/غ) وإنزيمات السليلوز. وأفادا بأن كلا المعالجتين خفّضتا بكتيريا الليستيريا المستوحدة إلى مستويات غير قابلة للكشف في السيلاج ذي المادة الجافة المنخفضة (200 غ/كغ). مع ذلك، في السيلاج ذي المادة الجافة المتوسطة (430 غ/كغ)، ظلت بكتيريا الليستيريا المستوحدة قابلة للكشف بعد 30 يومًا في السيلاج المُعالج بحمض الفورميك. ويبدو أن انخفاض بكتيريا الليستيريا المستوحدة مرتبط بانخفاض درجة الحموضة، وحمض اللاكتيك، والأحماض غير المتأينة. على سبيل المثال، لاحظ باولي وتام (102) أن مستويات حمض اللاكتيك والأحماض غير المتأينة مجتمعةً ذات أهمية خاصة، وهو ما قد يفسر عدم ملاحظة أي انخفاض في بكتيريا الليستيريا المستوحدة في الأوساط المعالجة بحمض الفورميك من السيلاج ذي المحتوى العالي من المادة الجافة. ينبغي إجراء دراسات مماثلة في المستقبل لمسببات الأمراض الشائعة الأخرى في السيلاج، مثل السالمونيلا والإشريكية القولونية الممرضة. كما قد يساعد تحليل تسلسل الحمض النووي الريبوزي 16S الأكثر شمولاً للمجتمع الميكروبي الكامل للسيلاج في تحديد التغيرات التي تطرأ على التعداد الميكروبي الكلي للسيلاج في مراحل مختلفة من تخمير السيلاج في وجود حمض الفورميك (103). قد يوفر الحصول على بيانات الميكروبيوم دعمًا تحليليًا لتحسين التنبؤ بتقدم تخمير السيلاج وتطوير تركيبات مضافة مثالية للحفاظ على جودة عالية للسيلاج.
في الأعلاف الحيوانية المصنعة من الحبوب، يُستخدم حمض الفورميك كمضاد للميكروبات للحد من مستويات مسببات الأمراض في مختلف أنواع الأعلاف المشتقة من الحبوب، بالإضافة إلى بعض مكونات الأعلاف مثل المنتجات الثانوية الحيوانية. ويمكن تقسيم تأثيرات حمض الفورميك على أعداد مسببات الأمراض في الدواجن والحيوانات الأخرى إلى فئتين رئيسيتين: تأثيرات مباشرة على أعداد مسببات الأمراض في العلف نفسه، وتأثيرات غير مباشرة على مسببات الأمراض التي تستوطن الجهاز الهضمي للحيوانات بعد تناولها العلف المعالج (20، 21، 104). ومن الواضح أن هاتين الفئتين مترابطتان، إذ أن انخفاض مسببات الأمراض في العلف من شأنه أن يؤدي إلى انخفاض استيطانها عند تناول الحيوان للعلف. ومع ذلك، فإن الخصائص المضادة للميكروبات لحمض معين يُضاف إلى العلف قد تتأثر بعدة عوامل، مثل تركيبة العلف وشكل إضافة الحمض (21، 105).
تاريخيًا، انصبّ التركيز في استخدام حمض الفورميك والأحماض الأخرى ذات الصلة بشكل أساسي على المكافحة المباشرة للسالمونيلا في أعلاف الحيوانات والدواجن (21). وقد لُخِّصت نتائج هذه الدراسات بالتفصيل في العديد من المراجعات المنشورة في أوقات مختلفة (18، 21، 26، 47، 104-106)، لذا ستُناقش في هذه المراجعة بعض النتائج الرئيسية فقط. وقد أظهرت دراسات عديدة أن النشاط المضاد للميكروبات لحمض الفورميك في مصفوفات الأعلاف يعتمد على جرعة حمض الفورميك ومدة التعرض له، ومحتوى الرطوبة في مصفوفة العلف، وتركيز البكتيريا في العلف والجهاز الهضمي للحيوان (19، 21، 107-109). كما يُعدّ نوع مصفوفة العلف ومصدر مكوناته من العوامل المؤثرة أيضًا. وهكذا، أظهرت العديد من الدراسات أن مستويات السالمونيلا والسموم البكتيرية المعزولة من المنتجات الثانوية الحيوانية قد تختلف عن تلك المعزولة من المنتجات الثانوية النباتية (39، 45، 58، 59، 110-112). ومع ذلك، قد ترتبط الاختلافات في الاستجابة للأحماض، مثل حمض الفورميك، باختلافات في بقاء النمط المصلي في العلف ودرجة حرارة معالجة العلف (19، 113، 114). كما قد تكون الاختلافات في استجابة النمط المصلي للمعالجة الحمضية عاملاً في تلوث الدواجن بالأعلاف الملوثة (113، 115)، وقد تلعب الاختلافات في التعبير الجيني للضراوة (116) دورًا أيضًا. وقد تؤثر الاختلافات في تحمل الأحماض بدورها على الكشف عن السالمونيلا في أوساط الاستنبات إذا لم يتم معادلة الأحماض الموجودة في العلف بشكل كافٍ (21، 105، 117-122). قد يؤثر الشكل الفيزيائي للنظام الغذائي (من حيث حجم الجسيمات) أيضًا على التوافر النسبي لحمض الفورميك في الجهاز الهضمي (123).
تُعدّ استراتيجيات تحسين فعالية حمض الفورميك المضاد للميكروبات عند إضافته إلى العلف بالغة الأهمية. وقد اقتُرح استخدام تراكيز أعلى من الحمض لمكونات العلف عالية التلوث قبل خلطها، وذلك للحدّ من الأضرار المحتملة لمعدات مصانع الأعلاف ومشاكل استساغة العلف (105). وخلص جونز (51) إلى أن بكتيريا السالمونيلا الموجودة في العلف قبل التنظيف الكيميائي يصعب السيطرة عليها مقارنةً بتلك الموجودة بعد المعالجة الكيميائية. كما اقتُرحت المعالجة الحرارية للعلف أثناء تصنيعه في مصنع الأعلاف كإجراء للحدّ من تلوثه بالسالمونيلا، إلا أن ذلك يعتمد على تركيبة العلف وحجم جزيئاته وعوامل أخرى مرتبطة بعملية الطحن (51). وتعتمد فعالية الأحماض المضادة للميكروبات أيضًا على درجة الحرارة، وقد يكون لارتفاع درجات الحرارة في وجود الأحماض العضوية تأثير مثبط تآزري على السالمونيلا، كما لوحظ في مزارع السالمونيلا السائلة (124، 125). تدعم العديد من الدراسات التي أجريت على الأعلاف الملوثة بالسالمونيلا فكرة أن ارتفاع درجات الحرارة يزيد من فعالية الأحماض في مكونات العلف (106، 113، 126). استخدم أمادو وآخرون (127) تصميمًا مركزيًا مركبًا لدراسة تفاعل درجة الحرارة مع الحمض (حمض الفورميك أو حمض اللاكتيك) في 10 سلالات من السالمونيلا المعوية والإشريكية القولونية المعزولة من أعلاف ماشية مختلفة، والتي تم تلقيحها في كريات علف ماشية مُحمّضة. وخلصوا إلى أن الحرارة هي العامل المهيمن المؤثر على خفض الميكروبات، إلى جانب الحمض ونوع العزلة البكتيرية. ولا يزال التأثير التآزري مع الحمض هو السائد، لذا يمكن استخدام درجات حرارة وتركيزات حمضية أقل. ومع ذلك، لاحظوا أيضًا أن التأثيرات التآزرية لم تُلاحظ دائمًا عند استخدام حمض الفورميك، مما دفعهم إلى الاشتباه في أن تطاير حمض الفورميك عند درجات حرارة أعلى أو التأثيرات المُخففة لمكونات العلف كانت من العوامل المؤثرة.
يُعدّ تحديد مدة صلاحية العلف قبل تقديمه للحيوانات إحدى طرق التحكم في دخول مسببات الأمراض المنقولة بالغذاء إلى جسم الحيوان أثناء التغذية. مع ذلك، بمجرد دخول الحمض الموجود في العلف إلى الجهاز الهضمي، قد يستمر في ممارسة نشاطه المضاد للميكروبات. قد يعتمد النشاط المضاد للميكروبات للمواد الحمضية المُعطاة خارجيًا في الجهاز الهضمي على مجموعة متنوعة من العوامل، بما في ذلك تركيز حمض المعدة، والموقع النشط في الجهاز الهضمي، ودرجة الحموضة ومحتوى الأكسجين فيه، وعمر الحيوان، والتركيب النسبي للميكروبات المعوية (الذي يعتمد على موقع الجهاز الهضمي ونضج الحيوان) (21، 24، 128-132). بالإضافة إلى ذلك، فإن المجموعة المقيمة من الكائنات الحية الدقيقة اللاهوائية في الجهاز الهضمي (والتي تصبح سائدة في الجزء السفلي من الجهاز الهضمي للحيوانات أحادية المعدة مع نضوجها) تنتج بنشاط الأحماض العضوية من خلال التخمر، والتي بدورها قد يكون لها أيضًا تأثير معاكس على مسببات الأمراض العابرة التي تدخل الجهاز الهضمي (17، 19-21).
ركزت معظم الأبحاث المبكرة على استخدام الأحماض العضوية، بما في ذلك الفورمات، للحد من السالمونيلا في الجهاز الهضمي للدواجن، وهو ما نوقش بالتفصيل في العديد من المراجعات (12، 20، 21). عند النظر إلى هذه الدراسات مجتمعة، يمكن استخلاص عدة ملاحظات رئيسية. أفاد ماكهان وشوتس (133) أن تغذية الدجاج بحمض الفورميك والبروبيونيك قللت من مستويات السالمونيلا التيفية في أعور الدجاج الملقح بالبكتيريا، وقاما بقياسها كميًا في عمر 7 و14 و21 يومًا. مع ذلك، عندما راقب هيوم وآخرون (128) البروبيونات الموسومة بالكربون-14، خلصوا إلى أن كمية ضئيلة جدًا من البروبيونات في العلف قد تصل إلى الأعور. ولا يزال من غير المؤكد ما إذا كان هذا ينطبق أيضًا على حمض الفورميك. ومع ذلك، فقد أشار بوراسا وآخرون مؤخرًا إلى أن... أفاد (134) أن تغذية الدجاج بحمض الفورميك والبروبيونيك خفضت مستويات بكتيريا السالمونيلا التيفية في أعور الدجاج الملقح بالبكتيريا، والتي تم قياسها كمياً في عمر 7 و14 و21 يوماً. وأشار (132) إلى أن تغذية دجاج التسمين بحمض الفورميك بتركيز 4 غ/طن خلال فترة النمو التي استمرت 6 أسابيع خفضت تركيز السالمونيلا التيفية في الأعور إلى ما دون مستوى الكشف.
قد يؤثر وجود حمض الفورميك في العلف على أجزاء أخرى من الجهاز الهضمي للدواجن. وقد أثبت الطرازي والشوابكة (134) أن مزيجًا من حمض الفورميك وحمض البروبيونيك يُمكن أن يُقلل من تلوث الحوصلة والأعور ببكتيريا السالمونيلا بولوروم (S. PRlorum). ولاحظ تومسون وهينتون (129) أن مزيجًا متوفرًا تجاريًا من حمض الفورميك وحمض البروبيونيك يزيد من تركيز كلا الحمضين في الحوصلة والقانصة، وكان له تأثير قاتل للبكتيريا ضد السالمونيلا المعوية PT4 في نموذج مخبري في ظل ظروف تربية نموذجية. وتدعم هذه الفكرة بيانات من دراسة أجريت على الحيوانات الحية من قِبل بيرد وآخرون (135)، حيث أضافوا حمض الفورميك إلى مياه الشرب لدجاج التسمين خلال فترة صيام مُحاكاة قبل الشحن، على غرار فترة الصيام التي يخضع لها دجاج التسمين قبل نقله إلى مصنع معالجة الدواجن. أدى إضافة حمض الفورميك إلى مياه الشرب إلى انخفاض في عدد بكتيريا السالمونيلا التيفية في الحوصلة والبربخ، وانخفاض في نسبة الإصابة بها في الحوصلة، ولكن ليس في عدد حالات الإصابة في البربخ (135). قد يُسهم تطوير أنظمة توصيل قادرة على حماية الأحماض العضوية أثناء نشاطها في الجزء السفلي من الجهاز الهضمي في تحسين الفعالية. على سبيل المثال، ثبت أن التغليف الدقيق لحمض الفورميك وإضافته إلى العلف يقلل من عدد بكتيريا السالمونيلا المعوية في محتويات الأعور (136). مع ذلك، قد يختلف هذا باختلاف أنواع الحيوانات. على سبيل المثال، واليا وآخرون. (137) لم يلاحظ انخفاضًا في السالمونيلا في الأعور أو العقد الليمفاوية للخنازير البالغة من العمر 28 يومًا والتي تم تغذيتها بمزيج من حمض الفورميك وحمض الستريك وكبسولات الزيت العطري، وعلى الرغم من انخفاض إفراز السالمونيلا في البراز في اليوم 14، إلا أنه لم ينخفض ​​في اليوم 28. وقد أظهروا أن الانتقال الأفقي للسالمونيلا بين الخنازير قد تم منعه.
على الرغم من أن الدراسات التي تناولت حمض الفورميك كمضاد للميكروبات في تربية الحيوانات ركزت بشكل أساسي على السالمونيلا المنقولة بالغذاء، إلا أن هناك بعض الدراسات التي تستهدف مسببات الأمراض المعوية الأخرى. تشير الدراسات المخبرية التي أجراها كوفاندا وآخرون (68) إلى أن حمض الفورميك قد يكون فعالاً أيضاً ضد مسببات الأمراض المعوية الأخرى المنقولة بالغذاء، بما في ذلك الإشريكية القولونية والعطيفة الصائمية. وقد أظهرت دراسات سابقة أن الأحماض العضوية (مثل حمض اللاكتيك) والمخاليط التجارية التي تحتوي على حمض الفورميك كمكون يمكن أن تقلل من مستويات العطيفة في الدواجن (135، 138). ومع ذلك، وكما أشار باير وآخرون (67) سابقاً، فإن استخدام حمض الفورميك كمضاد للميكروبات ضد العطيفة قد يتطلب الحذر. وتُعد هذه النتيجة إشكالية بشكل خاص عند استخدامه كمكمل غذائي في الدواجن لأن حمض الفورميك هو المصدر الرئيسي لطاقة التنفس للعطيفة الصائمية. علاوة على ذلك، يُعتقد أن جزءًا من بيئتها المعوية يعود إلى التغذية المتبادلة الأيضية مع نواتج التخمر الحمضي المختلط التي تنتجها بكتيريا الجهاز الهضمي، مثل الفورمات (139). وهذا الرأي له بعض الأسس. فبما أن الفورمات عامل جاذب كيميائي لبكتيريا العطيفة الصائمية، فإن الطفرات المزدوجة التي تعاني من عيوب في كل من إنزيم نازع هيدروجين الفورمات وإنزيم الهيدروجيناز تُظهر معدلات استعمار منخفضة للأعور في دجاج التسمين مقارنةً بسلالات العطيفة الصائمية البرية (140، 141). ولا يزال من غير الواضح إلى أي مدى يؤثر إعطاء حمض الفورميك خارجيًا على استعمار الجهاز الهضمي بواسطة العطيفة الصائمية في الدجاج. وقد تكون تركيزات الفورمات الفعلية في الجهاز الهضمي أقل بسبب هدم الفورمات بواسطة بكتيريا أخرى في الجهاز الهضمي أو امتصاصه في الجزء العلوي من الجهاز الهضمي، لذا قد تؤثر عدة عوامل على ذلك. إضافةً إلى ذلك، يُعد الفورمات ناتج تخمر محتمل تنتجه بعض بكتيريا الجهاز الهضمي، مما قد يؤثر على مستويات الفورمات الكلية في الجهاز الهضمي. قد يؤدي تحديد كمية الفورمات في محتويات الجهاز الهضمي وتحديد جينات نازعة هيدروجين الفورمات باستخدام علم الجينوم البيئي إلى إلقاء الضوء على بعض جوانب بيئة الكائنات الحية الدقيقة المنتجة للفورمات.
قارن روث وآخرون (142) تأثير تغذية دجاج التسمين بالمضاد الحيوي إنروفلوكساسين أو بمزيج من حمض الفورميك وحمض الأسيتيك وحمض البروبيونيك على انتشار بكتيريا الإشريكية القولونية المقاومة للمضادات الحيوية. تم حساب إجمالي عزلات الإشريكية القولونية والعزلات المقاومة للمضادات الحيوية في عينات براز مجمعة من دجاج التسمين بعمر يوم واحد، وفي عينات من محتوى الأعور من دجاج التسمين بعمر 14 و38 يومًا. تم اختبار عزلات الإشريكية القولونية لمقاومتها للأمبيسيلين والسيفوتاكسيم والسيبروفلوكساسين والستربتومايسين والسلفاميثوكسازول والتتراسيكلين وفقًا لنقاط القطع المحددة مسبقًا لكل مضاد حيوي. عند تحديد كمية وتوصيف تجمعات بكتيريا الإشريكية القولونية، لم يُحدث كلٌ من الإنروفلوكساسين وإضافة مزيج الأحماض تغييرًا في العدد الإجمالي لبكتيريا الإشريكية القولونية المعزولة من أعور دجاج التسمين بعمر 17 و28 يومًا. وقد لوحظ ارتفاع في مستويات بكتيريا الإشريكية القولونية المقاومة للسيبروفلوكساسين، والستربتومايسين، والسلفاميثوكسازول، والتتراسيكلين لدى الطيور التي تغذت على العلف المُضاف إليه الإنروفلوكساسين، وانخفاض في مستويات بكتيريا الإشريكية القولونية المقاومة للسيفوتاكسيم في الأعور. كما لوحظ انخفاض في أعداد بكتيريا الإشريكية القولونية المقاومة للأمبيسيلين والتتراسيكلين في الأعور لدى الطيور التي تغذت على مزيج الأحماض مقارنةً بالطيور الضابطة والطيور التي تغذت على الإنروفلوكساسين. ولوحظ أيضًا انخفاض في أعداد بكتيريا الإشريكية القولونية المقاومة للسيبروفلوكساسين والسلفاميثوكسازول في الأعور لدى الطيور التي تغذت على مزيج الأحماض مقارنةً بالطيور التي تغذت على الإنروفلوكساسين. لا تزال الآلية التي تقلل بها الأحماض من عدد بكتيريا الإشريكية القولونية المقاومة للمضادات الحيوية دون التأثير على العدد الإجمالي لهذه البكتيريا غير واضحة. ومع ذلك، تتوافق نتائج دراسة روث وآخرون مع نتائج مجموعة إنروفلوكساسين (142). قد يشير هذا إلى انخفاض انتشار جينات مقاومة المضادات الحيوية في الإشريكية القولونية، مثل المثبطات المرتبطة بالبلازميد التي وصفها كابيزون وآخرون (143). سيكون من المفيد إجراء تحليل أكثر تعمقًا لمقاومة المضادات الحيوية التي تتوسطها البلازميدات في الجهاز الهضمي للدواجن في وجود إضافات علفية مثل حمض الفورميك، وتحسين هذا التحليل من خلال تقييم مقاومة الجهاز الهضمي.
يُفترض أن يكون لتطوير إضافات علفية مضادة للميكروبات مثالية لمكافحة مسببات الأمراض تأثير ضئيل على البكتيريا المعوية بشكل عام، وخاصةً على تلك الميكروبات المفيدة للعائل. مع ذلك، قد يكون للأحماض العضوية المُعطاة خارجيًا آثار ضارة على الميكروبات المعوية المقيمة، وقد تُبطل إلى حد ما خصائصها الوقائية ضد مسببات الأمراض. على سبيل المثال، لاحظ تومسون وهينتون (129) انخفاضًا في مستويات حمض اللاكتيك في حوصلة الدجاج البياض الذي تغذى على خليط من حمض الفورميك وحمض البروبيونيك، مما يشير إلى أن وجود هذه الأحماض العضوية الخارجية في الحوصلة أدى إلى انخفاض في بكتيريا اللاكتوباسيلس. تُعتبر بكتيريا اللاكتوباسيلس في الحوصلة حاجزًا أمام السالمونيلا، وبالتالي فإن تعطيل هذه الميكروبات المقيمة في الحوصلة قد يُعيق نجاح الحد من استعمار السالمونيلا للجهاز الهضمي (144). ووجد أتشيكوز وآخرون أن تأثيرات هذه الإضافات على الجزء السفلي من الجهاز الهضمي للطيور قد تكون أقل. (145) لم تُلاحظ أي اختلافات في إجمالي البكتيريا المعوية أو في تعداد بكتيريا الإشريكية القولونية لدى دجاج التسمين البالغ من العمر 42 يومًا والذي يشرب ماءً مُحمّضًا بحمض الفورميك. وأشار الباحثون إلى أن هذا قد يعود إلى استقلاب الفورمات في الجزء العلوي من الجهاز الهضمي، كما لاحظ باحثون آخرون عند إعطاء الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة (SCFA) من مصدر خارجي (128، 129).
قد يُسهم تغليف حمض الفورميك في وصوله إلى الجزء السفلي من الجهاز الهضمي. وقد لاحظ الباحثون (146) أن تغليف حمض الفورميك ميكرويًا زاد بشكل ملحوظ من إجمالي محتوى الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة في أعور الخنازير مقارنةً بالخنازير التي تغذت على حمض الفورميك غير المحمي. دفعت هذه النتيجة الباحثين إلى اقتراح أن حمض الفورميك قد يصل بفعالية إلى الجزء السفلي من الجهاز الهضمي إذا تم حمايته بشكل صحيح. مع ذلك، لم تكن العديد من المؤشرات الأخرى، مثل تركيزات الفورمات واللاكتات، على الرغم من كونها أعلى من تلك الموجودة في الخنازير التي تغذت على نظام غذائي عادي، مختلفة إحصائيًا عن تلك الموجودة في الخنازير التي تغذت على نظام غذائي يحتوي على الفورمات غير المحمي. وعلى الرغم من أن الخنازير التي تغذت على كل من حمض الفورميك المحمي وغير المحمي أظهرت زيادة تقارب ثلاثة أضعاف في حمض اللاكتيك، إلا أن أعداد بكتيريا اللاكتوباسيلس لم تتأثر بأي من المعالجتين. قد تكون الاختلافات أكثر وضوحًا بالنسبة للكائنات الحية الدقيقة الأخرى المنتجة لحمض اللاكتيك في الأعور (1) التي لا يتم اكتشافها بهذه الطرق و/أو (2) التي تتأثر أنشطتها الأيضية، مما يؤدي إلى تغيير نمط التخمر بحيث تنتج بكتيريا اللاكتوباسيلس المقيمة المزيد من حمض اللاكتيك.
لدراسة تأثيرات إضافات الأعلاف على الجهاز الهضمي لحيوانات المزرعة بدقة أكبر، ثمة حاجة إلى أساليب تحديد ميكروبية ذات دقة أعلى. في السنوات القليلة الماضية، استُخدم تسلسل الجيل التالي (NGS) لجين 16S RNA لتحديد أنواع الميكروبيوم ومقارنة تنوع المجتمعات الميكروبية (147)، مما أتاح فهمًا أفضل للتفاعلات بين إضافات الأعلاف الغذائية والميكروبات المعوية لحيوانات الغذاء، مثل الدواجن.
استخدمت العديد من الدراسات تقنية تسلسل الميكروبيوم لتقييم استجابة ميكروبيوم الجهاز الهضمي للدجاج لإضافة الفورمات. أجرى أوكلي وآخرون (148) دراسة على دجاج التسمين بعمر 42 يومًا، حيث أُضيفت إلى مياه الشرب أو العلف تركيبات مختلفة من حمض الفورميك وحمض البروبيونيك والأحماض الدهنية متوسطة السلسلة. تم تحصين الدجاج وتلقيحه بسلالة من السالمونيلا التيفية المقاومة لحمض الناليديكسيك، ثم أُزيلت أعور الدجاج في عمر 0 ​​و7 و21 و42 يومًا. جُهزت عينات الأعور لتسلسل الحمض النووي بتقنية 454، وقُيّمت نتائج التسلسل للتصنيف ومقارنة التشابه. بشكل عام، لم تؤثر المعالجات بشكل ملحوظ على ميكروبيوم الأعور أو مستويات السالمونيلا التيفية. مع ذلك، انخفضت معدلات الكشف عن السالمونيلا مع تقدم الطيور في العمر، كما أكد التحليل التصنيفي للميكروبيوم، وانخفضت أيضًا الوفرة النسبية لتسلسلات السالمونيلا بمرور الوقت. لاحظ الباحثون أنه مع تقدم دجاج التسمين في العمر، ازداد تنوع الميكروبات المعوية، مع ملاحظة أبرز التغيرات في البكتيريا المعوية في جميع مجموعات المعالجة. في دراسة حديثة، قارن هو وآخرون (149) تأثير شرب الماء وتغذية الدجاج بنظام غذائي مُدعّم بمزيج من الأحماض العضوية (حمض الفورميك، وحمض الخليك، وحمض البروبيونيك، وفورمات الأمونيوم) والفيرجيناميسين على عينات الميكروبيوم المعوي من دجاج التسمين التي جُمعت في مرحلتين عمريتين (من 1 إلى 21 يومًا، ومن 22 إلى 42 يومًا). على الرغم من ملاحظة بعض الاختلافات في تنوع الميكروبيوم المعوي بين مجموعات المعالجة في عمر 21 يومًا، لم تُكتشف أي اختلافات في تنوع بكتيريا ألفا أو بيتا في عمر 42 يومًا. ونظرًا لعدم وجود اختلافات في عمر 42 يومًا، افترض الباحثون أن ميزة النمو قد تعود إلى التأسيس المبكر لميكروبيوم متنوع على النحو الأمثل.
قد لا يعكس تحليل الميكروبيوم الذي يركز فقط على مجتمع الميكروبات في الأعور مكان حدوث معظم تأثيرات الأحماض العضوية الغذائية في الجهاز الهضمي. قد يكون ميكروبيوم الجزء العلوي من الجهاز الهضمي لدجاج التسمين أكثر عرضة لتأثيرات الأحماض العضوية الغذائية، كما تشير نتائج هيوم وآخرون (128). فقد أظهر هيوم وآخرون (128) أن معظم البروبيونات المضافة خارجيًا تم امتصاصها في الجزء العلوي من الجهاز الهضمي للطيور. وتدعم الدراسات الحديثة حول توصيف الكائنات الحية الدقيقة في الجهاز الهضمي هذا الرأي أيضًا. فقد أظهر نافا وآخرون (150) أن مزيجًا من الأحماض العضوية [حمض DL-2-هيدروكسي-4(ميثيل ثيو)بيوتيريك]، وحمض الفورميك، وحمض البروبيونيك (HFP) أثر على ميكروبات الأمعاء وزاد من استعمار بكتيريا اللاكتوباسيلس في اللفائفي للدجاج. وفي الآونة الأخيرة، قام غودارزي بوروجيني وآخرون... أظهرت الدراسة (150) أن مزيجًا من الأحماض العضوية [حمض DL-2-هيدروكسي-4(ميثيل ثيو)بيوتيريك]، وحمض الفورميك، وحمض البروبيونيك (HFP) يؤثر على الميكروبات المعوية ويزيد من استعمار بكتيريا اللاكتوباسيلس في اللفائفي لدى الدجاج. ودرست الدراسة (151) تغذية دجاج التسمين بمزيج من حمض الفورميك وحمض البروبيونيك بتركيزين (0.75% و1.50%) لمدة 35 يومًا. في نهاية التجربة، تم استئصال الحوصلة والمعدة والثلثين الأخيرين من اللفائفي والأعور، وأُخذت عينات لتحليل كمي لأنواع محددة من البكتيريا المعوية ومستقلباتها باستخدام تقنية RT-PCR. في المزرعة، لم يؤثر تركيز الأحماض العضوية على وفرة بكتيريا اللاكتوباسيلس أو البيفيدوباكتيريوم، ولكنه زاد من أعداد بكتيريا الكلوستريديوم. في اللفائفي، اقتصرت التغييرات على انخفاض في بكتيريا اللاكتوباسيلس والإنتيروباكتر، بينما بقيت هذه البكتيريا في الأعور دون تغيير (151). عند أعلى تركيز من مكملات الأحماض العضوية، انخفض تركيز حمض اللاكتيك الكلي (D وL) في الحوصلة، وانخفض تركيز كلا الحمضين العضويين في القانصة، وكان تركيز الأحماض العضوية أقل في الأعور. لم تُلاحظ أي تغييرات في اللفائفي. أما بالنسبة للأحماض الدهنية قصيرة السلسلة (SCFAs)، فقد كان التغيير الوحيد في حوصلة وقانصة الطيور التي تغذت على الأحماض العضوية هو مستوى البروبيونات. أظهرت الطيور التي تغذت على التركيز المنخفض من الأحماض العضوية زيادة تقارب عشرة أضعاف في مستوى البروبيونات في الحوصلة، بينما أظهرت الطيور التي تغذت على التركيزين الآخرين من الأحماض العضوية زيادة قدرها ثمانية أضعاف وخمسة عشر ضعفًا في مستوى البروبيونات في القانصة، على التوالي. وكانت الزيادة في مستوى الأسيتات في اللفائفي أقل من الضعف. بشكل عام، تدعم هذه البيانات وجهة النظر القائلة بأن معظم آثار تطبيق الأحماض العضوية الخارجية كانت واضحة في المحصول، في حين أن الأحماض العضوية كان لها تأثيرات ضئيلة على مجتمع الميكروبات في الجهاز الهضمي السفلي، مما يشير إلى أن أنماط التخمر للفلورا المقيمة في الجهاز الهضمي العلوي ربما تكون قد تغيرت.
من الواضح أن هناك حاجة إلى توصيف أكثر تعمقًا للميكروبيوم لفهم استجابات الميكروبات للفورمات في جميع أنحاء الجهاز الهضمي فهمًا كاملًا. وقد يُسهم تحليلٌ أكثر تعمقًا لتصنيف الميكروبات في أجزاء محددة من الجهاز الهضمي، ولا سيما الأجزاء العلوية كالحوصلة، في توفير فهم أعمق لاختيار مجموعات معينة من الكائنات الدقيقة. كما قد تُحدد أنشطتها الأيضية والإنزيمية ما إذا كانت تربطها علاقة تنافسية مع مسببات الأمراض التي تدخل الجهاز الهضمي. ومن المثير للاهتمام أيضًا إجراء تحليلات ميتاجينومية لتحديد ما إذا كان التعرض للمضافات الكيميائية الحمضية خلال حياة الطيور يُؤدي إلى انتقاء بكتيريا مقيمة أكثر تحملاً للحموضة، وما إذا كان وجود هذه البكتيريا و/أو نشاطها الأيضي يُشكل حاجزًا إضافيًا أمام استعمار مسببات الأمراض.
يُستخدم حمض الفورميك منذ سنوات عديدة كمادة مضافة كيميائية في علف الحيوانات وكمُحمِّض للسيلاج. ومن أهم استخداماته فعاليته كمضاد للميكروبات للحد من أعداد مسببات الأمراض في العلف ومنع استعمارها للجهاز الهضمي للطيور. وقد أظهرت الدراسات المخبرية أن حمض الفورميك عامل فعال نسبيًا ضد السالمونيلا ومسببات الأمراض الأخرى. مع ذلك، قد يحدّ من استخدام حمض الفورميك في تركيبات العلف ارتفاع نسبة المواد العضوية في مكونات العلف وقدرتها على معادلة الحموضة. ويبدو أن لحمض الفورميك تأثيرًا مُضادًا على السالمونيلا ومسببات الأمراض الأخرى عند تناوله عبر العلف أو مياه الشرب. إلا أن هذا التأثير المُضاد يحدث بشكل أساسي في الجزء العلوي من الجهاز الهضمي، حيث قد تنخفض تركيزات حمض الفورميك في الجزء السفلي منه، كما هو الحال مع حمض البروبيونيك. ويُقدّم مفهوم حماية حمض الفورميك من خلال التغليف نهجًا واعدًا لإيصال المزيد من الحمض إلى الجزء السفلي من الجهاز الهضمي. علاوة على ذلك، أظهرت الدراسات أن مزيجًا من الأحماض العضوية أكثر فعالية في تحسين أداء الدواجن من إعطاء حمض واحد (152). قد تستجيب بكتيريا كامبيلوباكتر في الجهاز الهضمي بشكل مختلف للفورمات، إذ يمكنها استخدامه كمانح للإلكترونات، وهو مصدرها الرئيسي للطاقة. من غير الواضح ما إذا كانت زيادة تركيزات الفورمات في الجهاز الهضمي مفيدة لبكتيريا كامبيلوباكتر، وقد لا يحدث ذلك اعتمادًا على أنواع البكتيريا الأخرى الموجودة في الجهاز الهضمي والتي يمكنها استخدام الفورمات كمادة أساسية.
هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات للتحقق من تأثير حمض الفورميك في الجهاز الهضمي على الميكروبات المعوية غير الممرضة. نُفضل استهداف مسببات الأمراض بشكل انتقائي دون الإضرار بأفراد الميكروبيوم المعوي المفيدة للطائر. مع ذلك، يتطلب هذا تحليلًا أكثر تعمقًا لتسلسل الميكروبيوم لهذه المجتمعات الميكروبية المعوية. على الرغم من نشر بعض الدراسات حول ميكروبيوم الأعور لدى الطيور المعالجة بحمض الفورميك، إلا أن هناك حاجة إلى مزيد من الاهتمام بالمجتمع الميكروبي في الجزء العلوي من الجهاز الهضمي. قد لا يكون تحديد الكائنات الدقيقة ومقارنة أوجه التشابه بين المجتمعات الميكروبية المعوية في وجود حمض الفورميك أو غيابه وصفًا كاملًا. هناك حاجة إلى تحليلات إضافية، بما في ذلك علم الأيض وعلم الجينوم البيئي، لتوصيف الاختلافات الوظيفية بين المجموعات المتشابهة في التركيب. يُعد هذا التوصيف بالغ الأهمية لتحديد العلاقة بين المجتمع الميكروبي المعوي واستجابات أداء الطيور للمُحسِّنات القائمة على حمض الفورميك. إن الجمع بين مناهج متعددة لتوصيف وظائف الجهاز الهضمي بدقة أكبر من شأنه أن يمكّن من تطوير استراتيجيات أكثر فعالية لتكملة الأحماض العضوية، وفي النهاية تحسين التنبؤات بصحة الطيور وأدائها الأمثل مع الحد من مخاطر سلامة الغذاء.
كتب SR هذه المراجعة بمساعدة من DD و KR. وقد ساهم جميع المؤلفين بشكل كبير في العمل المقدم في هذه المراجعة.
يُعلن المؤلفون أن هذه المراجعة قد تلقت تمويلًا من شركة أنيتوكس لبدء كتابتها ونشرها. ولم يكن للممولين أي تأثير على الآراء والاستنتاجات الواردة في هذه المقالة أو على قرار نشرها.
ويصرح المؤلفون المتبقون بأن البحث قد تم إجراؤه في غياب أي علاقات تجارية أو مالية يمكن اعتبارها تضاربًا محتملاً في المصالح.
يودّ الدكتور د.د. أن يعرب عن امتنانه للدعم الذي تلقاه من كلية الدراسات العليا بجامعة أركنساس من خلال زمالة التدريس المتميزة، بالإضافة إلى الدعم المستمر من برنامج بيولوجيا الخلية والجزيئية وقسم علوم الأغذية بجامعة أركنساس. كما يودّ المؤلفون شكر شركة أنيتوكس على دعمها الأولي في كتابة هذه المراجعة.
1. ديبنر، جيه جيه، وريتشاردز، جيه دي. استخدام مُحفزات النمو المضادة للميكروبات في الزراعة: التاريخ وآليات العمل. مجلة علوم الدواجن (2005) 84: 634-643. doi: 10.1093/ps/84.4.634
2. جونز، ف. ت.، وريك، س. س. تاريخ تطوير مضادات الميكروبات ومراقبتها في علف الدواجن. مجلة علوم الدواجن (2003) 82: 613-617. doi: 10.1093/ps/82.4.613
3. بروم، إل جيه. نظرية التثبيط الجزئي لمُحفزات النمو المضادة للميكروبات. مجلة علوم الدواجن (2017) 96: 3104-3105. doi: 10.3382/ps/pex114
4. سوروم هـ، لابي-لوند ت.م. مقاومة المضادات الحيوية في البكتيريا المنقولة بالغذاء - عواقب الاضطرابات في الشبكات الجينية البكتيرية العالمية. المجلة الدولية لعلم الأحياء الدقيقة الغذائية (2002) 78: 43-56. doi: 10.1016/S0168-1605(02)00241-6
5. فان إيمرسيل، ف.، كاويرتس، ك.، ديفريز، ل. أ.، هيسبروك، ف.، دوكاتيل، ر. إضافات الأعلاف للسيطرة على السالمونيلا في الأعلاف. المجلة العالمية لعلوم الدواجن (2002) 58: 501-513. doi: 10.1079/WPS20020036
٦. أنجولو إف جيه، بيكر إن إل، أولسن إس جيه، أندرسون إيه، باريت تي جيه. استخدام مضادات الميكروبات في الزراعة: السيطرة على انتقال مقاومة مضادات الميكروبات إلى البشر. ندوات في أمراض الأطفال المعدية (٢٠٠٤) ١٥: ٧٨-٨٥. doi: 10.1053/j.spid.2004.01.010
7. ليكشمي م، أميني ب، كومار س، فاريلا م ف. بيئات إنتاج الغذاء وتطور مقاومة المضادات الحيوية في مسببات الأمراض البشرية المشتقة من الحيوانات. علم الأحياء الدقيقة (2017) 5:11. doi: 10.3390/microorganisms5010011
٨. لورينكو، جيه إم، وسيدل، دي إس، وكالاواي، تي آر. الفصل التاسع: المضادات الحيوية ووظيفة الأمعاء: التاريخ والوضع الراهن. في: ريكي، إس سي، محرر. تحسين صحة الأمعاء في الدواجن. كامبريدج: بيرلي دود (٢٠٢٠). الصفحات ١٨٩-٢٠٤. DOI: 10.19103/AS2019.0059.10
9. ريك إس سي. رقم 8: نظافة الأعلاف. في: Dewulf J، van Immerzeel F، محرران. الأمن الحيوي في الإنتاج الحيواني والطب البيطري. لوفين: أكو (2017). الصفحات 144-76.