Uso de Productos de Levadura en Nutrición Animal J. Buenrostro Pablos DNA Noviembre 2012

Antecedentes Eliminación sistemática de antibióticos en la alimentación animal como promotores Documentado peligros potenciales cuando los APC no son usados apropiadamente, por lo que la industria animal esta considerando otras alternativas biológicamente seguros. Actuales disposiciones de algunos países para reducir y prohibir el uso de determinados antibióticos, como promotores de crecimiento en la alimentación animal, debido al riesgo potencial de desarrollo de resistencia en microorganismos patógenos que pueden poner en peligro la salud de los consumidores haciéndose indispensable el incorporar aditivos naturales en la dieta de los cerdos y aves

Los problemas entéricos Principal causa de pérdidas económicas en la industria animal La totalidad de las granjas utiliza antibióticos de manera terapéutica y subterapéutica para controlar estos problemas

Incidencia de diarreas según agente etiológico presente en lechones menores a 5 días de edad (Dato del Laboratorio de Diagnostico en Illinois USA).

Control de Enfermedades Entéricas Antibióticos vía alimento Uso prolongado puede generar resistencia Resistencia incrementa riesgo para la salud humana además reduce el número de antimicrobianos disponibles Usados como promotores del crecimiento (APC) promueven el crecimiento eficiente y salud de los cerdos

Promotores del Crecimiento de Tipo no Antibiótico Su objetivo es maximizar el aprovechamiento de los nutrientes y disminuir la aparición de enfermedades, para incrementar los índices productivos y económicos del hato Aditivos naturales, que ofrezcan mejores o similares beneficios que los antibióticos

Los prebioticos y probióticos han sido señalados como posibles reemplazos de los antibióticos Gran variedad de promotores del crecimiento de tipo no-antibiótico (PCNA)

PCNA Cultivos de microorganismos vivos (Lactobacillus sp, Bacillus sp., Saccharomyces cerevisiae) Cultivo y paredes celulares provenientes de Saccharomyces cerevisiae (mananooligosacáridos) Enzimas (fitasas; proteasas, etc.) Ácidos orgánicos (fórmico, propiónico, butírico, láctico) Extractos de plantas (anís, orégano, pimienta, ajo, ginseng, etc)

Nutracéuticos.-cualquier sustancia que puede ser considerada en el alimento y provee un beneficios a la salud, incluyendo la prevención y tratamiento de enfermedades Alimento funcional.- es aquel derivado de la naturaleza que contienen ingredientes que son consumidos como parte de la dieta normal y es benéfico para la salud más allá de los tradicionales nutrientes que contienen

Los pre y probióticos Microorganismo vivos y metabolitos que ejercen un efecto benéfico para el tracto intestinal del hospedero, manteniendo y reforzando los mecanismos de defensa ante patógenos sin perturbar las funciones fisiológicas y bioquímicas normales (Fuller, 1989).

Saccharomyces cerevisiae Uno de los aditivos más extensamente usado en el alimentación animal Cualquiera de sus formas o derivados. Como son los cultivos, extractos y la pared celular Propósito y eficacia ha sido demostrada con experimentos científicos y de campo Uno de los aditivos más extensamente usado en el alimentación animal son los provenientes de levaduras como Saccharomyces cerevisiae, en cualquiera de sus formas o derivados. Como son los cultivos, extractos y la pared celular. Su propósito y eficacia ha sido demostrada con experimentos científicos y de campo

Cual és la diferencia? LEVADURAS LEVADURA VIVA (PANIFICACIÓN) There are a variety of Yeast products offered to producers today. Live-cell Yeast is the live yeast dried and stabilized in a dormant state. They are awaiting for the next opportunity to grow. Such as a warm moist environment. Typically live-cell yeast are consumed by the animal and activated in the GI tract. Problems associated with live yeast is that they are difficult to keep alive in the feed environment and can vary on performance because of the wide variety of diets and environmental influences. Brewers Yeast is dead yeast which have expired after performing their dedicated task. Typically it is harvested from the ethanol or brewer industry. They possess no viability and have non of the metabolites associated with Yeast Culture or Live-Cell yeast. Yeast Culture is the yeast grown in a controlled environment to produce a consistent source of fermentation metabolites. The metabolites have demonstrated an ability to influence the rumen bacterial populations and shift the bacteria populations to be more efficient at digesting cellulose and other nutrients in the rumen. Yeast culture contains very little if any live yeast which makes it much more suitable to the rigors of the feed industry. LEVADURA VIVA (PANIFICACIÓN) LEVADURA DE CERVEZA CULTIVO DE LEVADURA 15

Crecimiento de la Levadura y Expresión de Metabolitos Yeast grow aerobically through a biological function know as budding. Once yeast have reached a mass where they can drive fermentation, oxygenation is ceased and they begin to metabolize nutrients. Through the production of extracellular enzymes they break down various carbohydrates in the diet and produce CO2, alcohol and other metabolites. This activity is conducted in a very controlled environment to yield a consistent product which is harvested and dried to produce a finished product known as yeast culture. Al largo de la fase anaerobia, las levaduras secretan enzimas extra celulares para obtener nutrientes del medio de cultivo. El sub-producto de esa actividad es producción de metabolitos. 16

METABOLITOS QUÉ SON ELLOS ? ? ? ? QUÉ HACEN ELLOS ? ? ? ? When Mark Holt purchased the company and developed the new technology for yeast, he maintained that we will do research on our yeast based products to determine what the metabolite are, what is their function and of those which do something beneficial, figure out how to express more of them. 17

Análisis de Metabolitos Identificación & Clasificación Working with the equipment at the University of Texas, Cancer Research Center we set out to identify the fingerprint of the metabolites. Using HPLC and gas chromaphotograpy we were able to identify and classify many of the metabolites in our fermentation broth. University of Texas -Cancer Research Center, 2004 18

La Ultima Evolución en Cultivo de Levaduras The resulting product of all of this exploration is Celmanax – The Next Evolution in Yeast Culture Fermentation Technology.

Análisis de Metabolitos Qué hay en la mezcla? Análisis de Metabolitos University of Texas -Cancer Research Center, 2004 0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 0.000 -0.100 -0.200 2-1.783 6-D-DGalactosamine 9-250 6-D-D-Glucose -12-517 6-D-D-Manose 13.784 Once we have completed the drying and grinding, the finished products are then assayed. A metabolite analysis is performed and checked for product uniformity and consistency. Minutes 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 11.0 12.0 14.0 16.0 18.0 19.0 20.0 22.0 24.0 20

As we examine a cross section of the yeast cell wall we can see it is made up of a number of different layers consisting of manno-proteins and other carbohydrate substances. The trick was to figure out how to dismantle them without denaturing them or disrupting their delicate structure. 21

QUIEBRA MECÁNICA DE LA PARED CELULAR MOLIENDA DE ESFERAS SHEAR PUMP Many of the yeast based products on the market achieve this through mechanical handling with shear pumps, augers and grinders all contribute to the fractioning of the yeast cell wall. This process is very inconsistent and very abusive to the structure of the functional component. PROBLEMA: Secciones cruzadas de pared celular, exponiendo menos área de superficie de las partes. 22

Componentes de Levadura Hidrolizada Enzimáticamente La Célula de Levadura Many of the metabolites we discovered with functionality were actually bits and pieces of the yeast cell wall. With this knowledge, we set out to find a way to harvest and extract the individual building blocks of the yeast cell wall. 23

Productos de Levadura Sc Sustrato para bacterias benéficas Controlar crecimiento de microorganismos patógenos Reducir la producción de toxinas microbianas en el intestino Modular la respuesta inmune en la mucosa intestinal y a nivel sistémico Se ha sugerido que la inclusión de productos de levadura Sc en el alimento de los cerdos favorecen el crecimiento de algunos microbios beneficiosos y puede controlar el crecimiento de microorganismos patógenos, reducir la producción de toxinas microbianas en el intestino y modular la respuesta inmune en la mucosa intestinal y a nivel sistémico. (Sangita et al., 2008; Hooge, 2004; Cepero, 2005), mientras que los APC matan a las bacterias reduciendo la magnitud de las respuestas inmunes

MOS ES UN SUSTRATO PARA BACTERIAS BENEFICAS So to illustrate, the first layer is stripped away using a specific enzyme which cleaves away the MOS from the other layers making up the cell wall. This MOS…..mannan oligosaccharide is a very long chain consisting of many mannose molecules. Animals do not have the digestive systems to break-down the molecule and it passes the digestive system and becomes a food source for beneficial bacteria in the lower part of the gut. MOS – MANANOLIGOSACÁRIDOS UN CARBOHIDRATO FERMENTABLE PARA LACTOBACILLUS Y BIFIDOBACTERIUM EN EL TRACTO DIGESTIVO INFERIOR 25

Here we have MOS passing thru the digestive system Here we have MOS passing thru the digestive system. Beneficial bacteria like lactobacillus and bifidobacteria see MOS as a food source and ferment this carbohydrate. By feeding the good bacteria they populate and dominate the gut. Their growth makes it difficult for other, undesirable bacteria to take hold. This is known as competitive exclusion. 26

MOS: Modos probables de acción Adsorción (aglutinación) de bacterias patógenas que contienen fimbrias tipo 1 con lectinas manno sensitivas Mejora la función intestinal o salud intestinal (aumenta la altura, uniformidad e integridad de las vellosidades) Inmunomodulación estimula la inmunidad sistémica asociada al intestino actuando como un antígeno microbiano no patógeno, dando un efecto adyuvante Se sabe que el sistema inmune y aparato digestivo demandan una gran proporción de nutrientes para su mantenimiento y los aumentos en su actividad pueden reducir la cantidad de nutrientes que son dirigidos al crecimiento Muchas bacterias poseen fimbrias, que son lectinas superficies específicas que se unen a la superficie de la mucosa del intestino para facilitar la proliferación de las bacterias. Las fimbrias tipo I de las bacterias Gram ( - ) específicamente pueden enlazar a glicoproteínas que contienen manosa en la superficie de la célula intestinal. -Pueden incrementar la altura de las vellosidades en diferentes porciones del intestino (Macari y Maiorka, 2000; Loddi, 2003; Pelicano et al., 2003) y con esto aumentar la capacidad de digestión y absorción de nutrientes

The individual building component of MOS is d-mannose and it has a specific geometric shape 28

d-mannose ligado a fimbria de bacterias Terminaciones en las fimbrias buscan Interaciones químicas en el tejido Epitelial del intestino d-mannose ligado a fimbria de bacterias HYDROGEN BONDS D-mannose has the same physical chemistry that attracts the pili. Celmanax in the diet with d-mannose has the ability to interfere with the recognition of pili to tissue. Intefiere en el reconocimiento entre patógenos y tejido epitelial 29

SALMONELLA DUBLIN CELMANAX INHIBE LIGACIÓN AL TEJIDO Ω Ω Ω Ω Ω Ω Ω Ω Ω So to use Salmonella as an example, Salmonella is present in the lumen of the GI Tract as it comes in contact with the epithelial tissue in the gut, the geometry on the pilli of the organism attached to the tissue lining the gut. Our product has the ability to attach to these pilli and interfere with their ability to attach. The organism is then swept out of the gut. CELMANAX INHIBE LIGACIÓN AL TEJIDO 30

Agglutinación de E. coli con Celmanax This video demonstrates how this Agglutination works. Here we have a Petri dish containing a liquid contaminated with E.coli. As we introduce our product and begin to swirl the dish the E. coli comes in contact with the d-mannose and binds. This whole process happens very quickly. In this case only 30 seconds. El video demuestra como E. coli es aglutinado al componente MOS de Celmanax cuando el líquido es introducido al medio contaminado con E. Coli. Tiempo total de aglutinación: 30 segundos 31

SHIGELLOSIS In the genus Enterobacteriacae we find Salmonella and E. coli and other pathogenic bacteria. Microbiologists classify Enterobacteriaceae as having Type 1 pilli. By definition, Type 1 means mannose sensitive pilli. PNEUMONIAE BUBONIC PLAGUE 32

Afinidad TOXINA GLUCANOS DE LEVADURA & adsorción Yeast glucans have a high affinity for toxins and have the physical chemistry to bind to the toxin and prevent it from getting into the bloodstream. Afinidad & adsorción TOXINA GLUCANOS DE LEVADURA 33

CAPACIDAD CON MICOTOXINAS Romer Labs University of Missouri In the laboratory, an in vitro test can be done with commercially important mycotoxins. Here we see that Celmanax influence the binding of a broad range of mycotoxins. Similar performance as seen with competitive product. 34

Inmuno modulación por β – glucano Another function of glucans is their ability to stimulate an immune response. As the glucan is sensed by the Peyers patch which is located sporadically in between the villi. The threat sensed by this patch creates or triggers an immune response which increases the animals ability to fight infections diseases.

Función establecida de los glucanos como Inmune facilitadores Lowry et al. (2005) Purified glucan as an abiotic feed additive up-regulates the innate immune response in immature chickens against Salmonalla enterica serovar Enteritidis. Int. J. food Microbial. 98: 309-318  Glucans stimulate humoral and cell-mediated immunity in humans and animals. 1,3 beta glucans bind macrophages, neutrophiles & NK cells making them more potent. Glucans modulate immunity. State University of Tennessee in 1996 (Proceedings-Beltwide Cotton Conference v. 1, pp. 285-8) “Enhanced the activities of both natural killer (NK) cells in the spleen and the lysosomal enzyme of peritoneal macrophages.” International Journal of Immunopharmacology 1989v. 11, pp. 761-9) There is a lot of mainstream research supporting this concept.

Galactosamina Through our process another sugar amine is created. The compound Glactosamine is synthesized in our process. This molecule has a very important relationship to Crypto infection in mamals. 37

SUPRESIÓN DE CRYPTO The theory is that the Cryptosporidium sporozoites have binding receptors which look for galactosamine containing binding sites on the intestinal epithelial. Galactosamine present in Celmanax can bind to these sporozoite receptors thereby inhibiting binding of sporozoites to the epithelium and preventing an infection Compuestos de Galactosamina se ligan a los sitios de ligación de Cryptosporidium e inhiben colonización del tejido epitelial del intestino 38

MOS y Cultivo de levadura Mejora el crecimiento y conversión alimenticia de las animales Una de las mejores opciones para sustituir a los antibióticos usados como promotores del crecimiento: No tienen tiempo de retiro No presentan efectos residuales No causan mutaciones bacterianas (resistencia) ha demostrado ofrecer resultados en mejores ganancias de peso, conversión del alimento, transformación linfocitaria y concentración de inmunoglobulinas mejoradas. Además, la data de campo sugiere que los lechones de cerdas suplementadas con MOS son más uniformes en peso y tienen una mejor supervivencia hasta el destete

Pre & Probióticos Solo ventajas: Prevención de diarreas por inhibición de la flora causante Disminución de la mortalidad que esas diarreas provocan Prevención de enfermedades en general y principalmente pulmonares anorexia, etc., ligadas al estado sanitario deficiente del animal con diarreas Mejora el índice de conversión y su impacto económico en ganancia de peso Control higiénico ambiental de las naves de producción Se evita el reciclado permanente de bacterias nocivas entre animales La mejora general en los lotes de animales se observa muy rápidamente Al mejorar la resistencia inmunológica del animal, se disminuye la utilización abusiva de antibióticos, su costo y dificultad de administración Se ha comprobado que el intestino de los animales nacidos de madres tratadas es libre de patógenos, lo que optimiza la capacidad de sobrevivencia en las primeras 72 hrs. de vida La mayoría de aditivos tienen un efecto positivo sobre la producción animal pero no todos retornan lo invertido. Revisar el uso de aditivos en las distintas fases de alimentación y usar sólo aquellos en que su uso conlleve un beneficio económico sustancial y contrastado (Pettigrew, 2006). También es bueno revisar dónde se usan: un aditivo puede ser rentable en la fase de preiniciadores-transición pero puede dejar de serlo en la fase de engorde-acabado

Nuevo Tipo de Cultivo de Levadura Metabolitos Clasificados y Cuantificados Mananoligosacáridos – Alimentando Bactérias Benéficas d- Manosa – Aglutinación de Bacterias causantes de problemas entericos Galactosamina – Interfiriendo con colonización de Crypto Glucomananos – Efecto Inmunomodulador Glucosamina – Salud de articulaciones 41

שּׁ שּׁ ۞ ڇ ڇ Ж Ж REACCIONES QUÍMICAS Y BIOQUÍMICAS d MANNOSE ALCOOL CO2 ACIDOS ORGANICOS MOS GLUCANOS FERMENTACIÓN DE CULTIVO DE LEVADURA HIDROLISIS DE LEVADURA GALACTOSAMINA ENZIMAS FACTORES NUTRICIONALES NO IDENTIFICADOS GLUCOSAMINA REACCIONES QUÍMICAS Y BIOQUÍMICAS Now to review and conclude, this illustration shows examples of the very active metabolites contained in Celmanax. On the left, we are fermenting A-Max yeast culture. This natural fermentation rapidly produces carbon dioxide and alcohol, the yeast produce powerful metabolites like organic acids and enzymes. Secondary metabolites, sometimes called unidentified nutrient factors, will also be produced. At the same time the tank on the right is undergoing a biochemical reaction where yeast cell wall material is being digested (hydrolyzed) with a cocktail of enzymes. This hydrolysis is liberating MOS which is further broken-down to d-mannose. Enzymes are used to release glucans from the cell wall; galactosamine is formed. Finally, these two liquids are combined which allows for additional reactions. For example the alcohol and acid under heat results in an esterification reaction which is known to enhance activity of organic mannan and glucan. Possibly a biochemical synthesis is also occurring that would account for the exceptionally high levels of galactosamine found in Celmanax. All of these active metabolites are in Celmanax. The power of nature, the Power of V. שּׁ שּׁ ۞ Ж ڇ Ж ڇ

Resumen La formulación práctica de alimento balanceado no sólo debe tener en consideración la respuesta de los animales por el tipo de dieta, además hay que considerar el costo/beneficio con los ingredientes & aditivos disponibles y la capacidad tecnológica de la fabrica de alimento sobre el valor económico de la máxima productividad La formulación práctica de alimento balanceado no sólo debe tener en consideración la respuesta de los animales por el tipo de dieta. Los ingredientes disponibles, la capacidad tecnológica de las fábricas de alimento, y el valor económico del aumento del crecimiento diario, también tienen un impacto en la determinación del manejo del alimento y de la nutrición

Gracias……