Kanatlılarda Monogliseridlerin Anti-patojenik Etkisi
Eylem Akkaya – Zooteknist
Patojen, canlı varlıkta hastalığa neden olabilen herşeydir. Patojenlere tipik örnekler virüsler, bakteriler ve mantarlardır. Işgal yoluyla hayvan ya da bitkide hastalığa sebep olabilirler. Her patojenin zaman diliminde ya da zararlı olacak boyutlarda yayılması şekilde kendine has özelliği vardır. Neredeyse çıkımdan hemen sonra, mikroplar ya ebeveyn yoluyla (yatay ve dikey) ya da temas yoluyla, ya da yem yoluyla, tüm sindirim sisteminde kolonize olmaya başlarlar. Bir hayvanın bağırsak mikroflorasında yüzlerce farklı (anaerob) bakteri türü mevcuttur. Sağlıklı bir bağırsak ortamında egemen olan laktobasiller gibi anaerob bakteriler zorunludur, ancak Escherichia coli ve Salmonella gibi fakültatif anaerob bakteriler özellikle antibiyotiklere karşı direnç kazandıklarında önemli sağlık sorunlarına sebep olabilirler. Dünya çapında hayvancılıkta antibiyotik direnci ile ilgili artan endişeler sebebiyle sektör son yıllarda alternatiflere büyük ilgi göstermektedir. Besinlerden en etkili biçimde yararlanmanın yanında, optimal bağırsak sağlığı en önemli ilgi alanıdır.
Monogliseridlerin patojenler üzerine etkileri
Gliseridler 3 ayrı yapıdadır; yağ asitlerinin gliserol molekülüne bağlandığı (C3H8O3) mono, di ve trigliseridler. Yani, trigliserid bir gliserol molekülüne bağlanmış 3 yağ asid zincirinden oluşur, monogliserid ise bir gliserol molekülüne bağlanmış 1 yağ zincirinden oluşur. (Şekil 1)
Pek çok çalışma, yağ asitlerinden sonra, monogliseridlerin patojenler ve virüslere karşı yararlı etkileri olduğunu göstermiştir¹ ² ³. Monogliseridler suda dağılabilen ve kendi kendine emülsifiye olan bileşiklerdir. Kimyasal özellikleri, 4 farklı ortamda aktif olmalarını sağlar: su, yem, mide ve bağırsak sistemi. 1-monogliseridlerin hidro ve lipofilik özelliği, yağ asitleriyle kıyaslandığında bakterilere karşı daha aktif olmalarını sağlamada avantaj olarak kabul edilir⁴. Biyosidal etkinlikleri pek çok farklı virus türüne karşı in vitro olarak test edilmiştir. Tablo 1⁵, Nötr pH’da virüslere, Gram-negatif bakterilere ve Gram-pozitif bakterilere karşı 1-monogliseridlerin ve pek çok yağ asidinin mikrop öldürücü aktivitesini in vitro olarak araştırmak amacıyla yapılan çeşitli çalışmaların etkilerinin gözlemlerini özetlemektedir. Değer yükseldikçe, yağ asidi veya 1-monogliserid inkübe edilen bakteri/virüse karşı daha etkilidir. Maalesef kısa zincirli yağ asitlerinin ve bunların 1-monogliseridlerinin sonuçları bu tabloya dahil edilmemiştir. Tablo 1’e dahil edilen tüm çalışmalar İzlanda Üniversitesi tarafından yürütülmüştür.
Yağ asitlerinin ve 1-monogliseridlerin 3 tip virüse karşı, herpes simpleks virüsü (HSV), solunum sinsitiyal virüs (RSV) ve visna virüsü (VV) ne etkinliklerini, yapılan çalışmalarda değerlendirdiler⁶ ⁷ ⁸ ⁹. Bütün farklı virüsler için, laurik asidin (C12:0) en etkili olduğu tespit edildi. 1-monokaprin’in etkisi 1-monolorin ile kıyaslanabilirken, C10 (kaprik asit) yağ asidinin virüsler üzerinde hemen hemen hiç önleyici etkiye sahip olmadığı gözlendi. Özeti sunulan Tablo 1’e dahil edilmeyen bu sonuçlar çalışmaya göre tutarlı değildir⁶. Bu çalışmanın sonuçları göstermiştir ki; lorik asit ile kıyaslandığında iki kat daha düşük dozda 1-monolorin ile, virus inaktivasyonunda aynı etkiye ulaşılmıştır.
Gram-pozitif bakteriler tarafından 3 ayrı çalışmada araştırılmıştır¹⁴. Genel olarak kaprik asidin (C10:0) ve kaprik asit 1- monogliseridinin Gram-pozitif bakterilere karşı en etkili olduğu görülmektedir. Bundan başka, lorik asit test edilen farklı Gram-pozitif bakterilere karşı nispeten yüksek antibakteriyal etki göstermiştir. Çarpıcı olan, pek çok asidin ve bunların 1-monogliseridlerinin etkileri, Staphylococcus aureus ve Chlamydia trachomatis ile kıyaslandığında,ki inkübasyon ortamı bu iki suş için iki katına çıkarılmasına rağmen, streptokok suşlarına karşı güçlüydü.
İki ayrı çalışmada, yağ asitlerinin (C8:0 – C18:1) ve 1-monogliseridlerin, Gram-negatif bakterilere karşı etkinliği değerlendirildi¹⁵ ¹⁶. Hemen hemen tüm asitler ve 1-monogliseridler Helicobacter pylori‘ye karşı yüksek antibakteriyal etki gösterirken, hemen hemen hiç biri Escherichia coli suşlarına karşı yüksek etkiye sahip değildi. Gram-negatif bakteri olan Campylobacter jejuni, kaprik asit ve monokaprin tarafından en etkili şekilde inhibe edilmiştir. Diğer test edilen ürünler açık ara daha az etkili olmuştur.
Burada belirtilmeyen çalışmalarda, örneğin esas olarak 1-monogliseridlerin farklı Gram-pozitif bakterilere etkilerine odaklanmışlardır⁴ ⁸. Orjinal yağ asitleriyle kıyaslandığında, 1-monogliseridlerinin, “en etkili olan 1-monolorin”, Gram-pozitif bakterilere karşı daha etkili olduğunu belirtmiştir⁸. Kabara, 30 düz zincirli yağ asidinin ve bunların 1-monogliseridlerinin bakterisidal özelliklerii konusunda çalışmıştır. Aynı zamanda 1-monolorin’in Gram-pozitif bakterilere karşı en etkili 1-monogliserid olduğunu bulmuştur⁴.
Sonuç olarak, bütün yağ asitleri ve bunların 1-monogliseridleri, kendi aktivite profilleri önemli ölçüde farklı olmasına rağmen, belirli bir antibakteriyal etkiye sahiptir. Ayrıca, yukarıda belirtilen çalışmalarda bütün bakteriler, laboratuvar koşullarında in vitro olarak test edilmişlerdir, ki bu da sonuçların pratik uygulamaya uyarlanmasında dikkat edilmesi gerektiği anlamına gelir. Örneğin, aktivitenin derecesi çalışmada kullanılan pH ve ortama çok bağlıdır. Bu nedenle, sindirim sistemi ortamındaki lipidlerin ve proteinlerin nötralize etkisinden dolayı, 1-monogliseridlerin mikroplara karşı in vivo ortamda, in vitro ortama göre daha az etkili olabilecekleri olası değildir¹⁷.
Söz konusu çalışmalardaki bir diğer sınırlama da test yoludur. Tüm çalışmalarda MIC (Minimum İnhibitörü Konsantrasyon) testleri, antibakteriyal etkisini değerlendirmek için kullanıldı. Ancak bu şekildeki test yönteminde bazı sınırlamalar vardır. En kayda değer olanları, testin hassasiyetidir ve bundan başka MIC testi süre boyunca olan antibakteriyal aktivite etkinliğinin bir göstergesini sağlamaz.
Böyle bir teste bir alternatif, monogliseridlerin bakteriyal gelişim parametrelerinde etkisini değerlendirmektir. “Bakteriyel Gelişim Eğrisi Testi” kullanılması değerlendirme için önem taşımaktadır. Bu testte, bakteri kolonilerinin gelişimi, katı bir ortamda gelişim, spektrograf ile ölçülür ya da süre içinde koloni oluşturan birim (cfu) ler ölçülür. Bu metodun kullanılması, hücrenin bölünmesi için gereken zaman içinde, genellikle “lag fazı”, “gelişim oranı” ve “nihai biyokütle” olarak sınıflandırılan bakteriyel gelişimin kinetiklerinin ölçülmesini sağlar. Lag fazı, hücrenin yeni bir ortama adaptasyonu için gereken faz olarak açıklanabilir. Gelişim fazı sırasında bakteriler son derece aktiftirler ve katlanarak büyümeye başlarlar ve sonunda biyokütle son haline ulaşır ve hücre miktarı istikrarlı hale ulaşır.
Örneğin 1-monopropiyonin ve 1-monobütirin ile yapılan yeni bir bakteriyal büyüme eğrisi testi, her iki ürünün de tamamlayıcı etkisini (Tablo 2). 1-monopropiyonin’in test edilen bakterilerin lag fazında – katlanarak büyüme başlamadan önceki gecikme- etkisinin olmadığını, ancak 1-monobütirinin E.coli hariç, lag fazı geciktirdiğini göstermiştir. 1-monopropiyoninin hçbir suşun lag fazını etkilememesine rağmen, nihai kütle, control grubu ile karşılaştırıldığında anlamlı ölçüde kıyaslanamaz durumdaydı. Nihai kütleye ulaşılmasının, lag fazını etkilemesiyle gerçekleştirilmiş olmasından dolayı, 1-monobütirin için de benzer eğilim gözlendi. Bu da göstermektedir ki, bu iki ürünün kombinasyonu, nihai kütlenin inhibisyonunda tamamlayıcı etkiye sahiptir. Propiyonik ve bütirik asit gibi kısa zincirli yağ asitleri çok az bir antiviral etkiye sahiptir².
Monogliseridler patojenleri nasıl etkiler?
Bir önceki paragrafta açıklandığı gibi, pek çok çalışma serbest yağ asitlerinin ve 1-monogliseridlerin antibakteriyal etkisini göstermektedir ve hâlâ etki mekanizmalarıyla ilgili açıklamalar ve çalışmalar devam etmektedir.
Bakterilerin duyarlılığı çoğunlukla bakteri duvarı (Gram-pozitif) ve dış zar (Gram-negatif)’nın kimyasal yapısına bağlıdır. Belki bir miktarda hücre zarının yapısı, örneğin kalınlığı, etkileyebilir. Bundan başka, bakterilerin dış yüzeyinin kimyasal yapısı büyük ölçüde çeşitliklik gösterir (daha fazla veya daha az hidrofolik ya da hidrofobik), ki bu da bakterileri 1-monogliseridlerin etkisine karşı daha duyarlı hale getirir¹⁷. Pek çok çalışma göstermiştir ki; 1-monogliseridler yağ zarflı virüsleri ve bakterilerin hücre zarını, lipid moleküllerinin yağlı zara tutulumu nedeniyle, bozarak ya da dağılmasına sebep olarak etkiler² ¹⁰. Electron mikrograflar, viral parçacıkların ve bakteri hücresinin, küçük moleküllerin geçeceği şekilde geçirgen hale getirerek; ki bu da virus ya da bakteriyi inaktif hale getirir¹¹, zarının yokolduğunu ve/veya dağıldığını göstermiştir¹². Antimikrobiyal etkiye diğer bir açıklama da; iddia edildiği gibi, bakterinin iç hücre zarına akuagliseroporinler (AQP) tarafından gliserol taşıma sisteminde bulunabilir¹³. AQP’ler gliserol ve suyun yüksek konsantrasyonlu bölgelerden (hücrenin dışından) düşük konsantrasyonlu bölgelere (hücrenin içine) taşınmasını (geçmesini) sağlar. AQP’lerin olağanüstü özelliği, belirli bir filtre kullanmasıdır. Hipotezlerden biri de, bu filtre 1-monogliseridleri gliserol’den ayırdedemez ve sonrasında 1-monogliseridler hücreye girer ya da kanalı bloke eder (tıkar).
Monogliseridlerin hayvan düzeyindeki etkisi; Sindirim sistemi düzeyindeki, sindirim sistemi florasındaki ve hayvan performansındaki etkileri nedir ?
Yağ asitlerinin ve 1-monogliseridlerin antibakteriyel etkisi üzerine, yapılan çalışmalar, hayvan performansı konusunda umut verici etkileri olduğunu göstermektedir. Özellikle bütirik asit bağırsak epitelinin gelişimini teşvik eder ve villus gelişimini uyarıcı olarak bilinir¹⁴ ¹⁵. Dirençli nişasta ürünlerinin mikrobiyal fermentasyonunun yan ürünü olan bütirat’ın, epitel hücrelerinin normal gelişimi için önemli olduğu kabul edilir¹⁶. Bununla beraber, sindirim sisteminin üst bölgesinde hızlı emilmesi, bağırsak epiteli üzerindeki etkisini tehlikeye atabilir. Araştırmacılar, serbest bütiratın sindirim sisteminin üst bölümünde hızlıca yok olduğunu, bütiratın neredeyse %60’ının kursakta sağlam iken, %1’den azının ince bağırsağın üst kısmında geri kazanıldığını göstermiştir¹⁷. Bütiratın etkinliği, sindirim sisteminin üst bölgesinde hızlı bir şekilde emilmesi engellendiğinde artacaktır. Di- ve trigliserid formlarının karışımı, bütirik asidi sindirim sisteminin alt bölgelerine taşıyabilir. Bu, kanatlıların koksidiyal saldırıların stresine daha iyi karşı koymasının, villus yüksekliklerinde ve günlük gramaj alımındaki artışın kanıtı olarak gösterilmiştir¹⁴.
a
Kaynaklar
- Kabara ve ark., 1972
- Thormar ve ark., 1987
- Bergsson ve ark., 2001
- Batovska ve ark., 2009
- Thormar ve Hilmarsson’dan, 2007
- Kristmundsdottir ve ark., 1999
- Hilmarsson ve ark., 2005a
- Hilmarsson ve ark., 2005b
- Hilmarsson ve ark., 2006
- Sands, 1977
- Hyldgaard ve ark., 2012
- Thormar ve ark., 2013a; Thormar ve ark., 2013b
- Henin ve ark.,2008
- Leeson ve ark., 2005
- Antongiovanni ve ark., 2007
- Pryde ve ark., 2002
- Bolton ve Dewar, 1965
Değerli yorum ve katkılarınızla sektörümüzde yer alan açık yazar ekibimize motivasyon sağlayacaksınız.