이 논문은 “항생제 사용, 항생제 내성 및 식품 동물의 미생물군집” 연구 주제의 일부입니다. 전체 13개 논문을 모두 보려면 여기를 클릭하십시오.
유기산은 동물 사료 첨가제로 꾸준히 수요가 높습니다. 지금까지는 식품 안전, 특히 가금류 및 기타 동물에서 식중독균 발생률 감소에 초점을 맞춰 왔습니다. 현재 여러 유기산이 연구 중이거나 이미 상업적으로 사용되고 있습니다. 광범위하게 연구된 많은 유기산 중 하나가 포름산입니다. 포름산은 가금류 사료에 첨가되어 사료와 섭취 후 위장관에서 살모넬라균 및 기타 식중독균의 존재를 제한합니다. 숙주와 식중독균에 대한 포름산의 효능 및 영향에 대한 이해가 깊어짐에 따라, 포름산이 살모넬라균의 특정 경로를 활성화시킬 수 있다는 것이 분명해지고 있습니다. 이러한 반응은 포름산이 위장관에 들어가 이미 위장관에 서식하는 살모넬라균뿐만 아니라 장내 미생물총과도 상호작용할 때 더욱 복잡해질 수 있습니다. 본 논문에서는 포름산으로 처리한 가금류 및 사료의 미생물군에 대한 현재까지의 연구 결과와 향후 연구 전망을 살펴볼 것이다.
가축 및 가금류 생산 모두에서 중요한 과제는 식품 안전 위험을 최소화하면서 성장과 생산성을 최적화하는 관리 전략을 개발하는 것입니다. 과거에는 치료 농도 미만의 항생제 투여가 동물의 건강, 복지 및 생산성을 향상시켜 왔습니다(1-3). 작용 기전 측면에서, 억제 농도 미만의 항생제는 위장관 미생물총을 조절하고 결과적으로 숙주와의 상호작용을 변화시켜 숙주 반응을 유도하는 것으로 제안되었습니다(3). 그러나 항생제 내성 식품 매개 병원균의 확산 가능성과 인간의 항생제 내성 감염과의 연관성에 대한 지속적인 우려로 인해 식품 동물에 대한 항생제 사용이 점진적으로 감소해 왔습니다(4-8). 따라서 이러한 요구 사항(동물의 건강, 복지 및 생산성 향상) 중 적어도 일부를 충족하는 사료 첨가제 및 개량제 개발은 학술 연구 및 상업적 개발 관점에서 매우 중요합니다(5, 9). 프로바이오틱스, 프리바이오틱스, 다양한 식물에서 추출한 에센셜 오일 및 관련 화합물, 알데히드와 같은 화학 물질을 포함한 다양한 상업용 사료 첨가제가 동물 사료 시장에 도입되었습니다(10–14). 가금류에 일반적으로 사용되는 기타 상업용 사료 첨가제에는 박테리오파지, 산화아연, 외인성 효소, 경쟁적 배제 제품 및 산성 화합물이 포함됩니다(15, 16).
기존의 화학 사료 첨가제 중에서 알데히드와 유기산은 역사적으로 가장 광범위하게 연구되고 사용되어 온 화합물입니다(12, 17–21). 유기산, 특히 단쇄지방산(SCFA)은 병원성 세균의 길항제로 잘 알려져 있습니다. 이러한 유기산은 사료 내 병원균의 존재를 제한할 뿐만 아니라 위장 기능에도 활성 효과를 발휘하기 위해 사료 첨가제로 사용됩니다(17, 20–24). 또한, SCFA는 소화관 내 장내 세균총의 발효에 의해 생성되며, 일부 프로바이오틱스와 프리바이오틱스가 위장관에서 섭취된 병원균에 대항하는 능력에 기계론적 역할을 하는 것으로 여겨집니다(21, 23, 25).
수년에 걸쳐 다양한 단쇄지방산(SCFA)이 사료 첨가제로 많은 주목을 받아왔습니다. 특히 프로피온산, 부티르산, 포름산은 수많은 연구와 상업적 응용의 대상이 되어 왔습니다(17, 20, 21, 23, 24, 26). 초기 연구는 가축 및 가금류 사료에서 식중독균 제어에 초점을 맞추었지만, 최근 연구는 동물 생산성 및 위장 건강의 전반적인 개선으로 초점을 옮기고 있습니다(20, 21, 24). 아세트산, 프로피온산, 부티르산은 유기산 사료 첨가제로 많은 관심을 받았으며, 그중 포름산 또한 유망한 후보 물질입니다(21, 23). 포름산은 특히 가축 사료에서 식중독균 발생률 감소와 같은 식품 안전 측면에 많은 관심이 집중되어 왔지만, 다른 잠재적 용도 또한 고려되고 있습니다. 본 리뷰의 전반적인 목적은 가축 사료 개량제로서 포름산의 역사와 현재 상태를 살펴보는 것입니다(그림 1). 본 연구에서는 포름산의 항균 메커니즘을 살펴볼 것이다. 또한, 가축 및 가금류에 미치는 영향을 자세히 조사하고 그 효과를 향상시킬 수 있는 방안에 대해 논의할 것이다.
그림 1. 본 검토에서 다룬 주제의 마인드맵. 특히, 다음과 같은 일반적인 목표에 중점을 두었다: 가축 사료 개량제로서 포름산의 역사와 현황, 포름산의 항균 작용 기전 및 동물과 가금류 건강에 미치는 영향, 그리고 효능 향상을 위한 잠재적인 방법들을 설명한다.
가축 및 가금류 사료 생산은 곡물의 물리적 가공(예: 입자 크기 감소를 위한 제분), 펠릿화를 위한 열처리, 그리고 동물의 특정 영양 요구에 따라 사료에 여러 영양소를 첨가하는 등 여러 단계를 거치는 복잡한 작업입니다(27). 이러한 복잡성을 고려할 때, 사료 가공 과정에서 곡물이 사료 공장에 도달하기 전, 제분 과정 중, 그리고 이후 운송 및 배합 사료 급여 과정에서 다양한 환경 요인에 노출되는 것은 놀라운 일이 아닙니다(9, 21, 28). 따라서 수년에 걸쳐 사료에서 박테리아뿐만 아니라 박테리오파지, 곰팡이, 효모를 포함한 매우 다양한 미생물이 발견되었습니다(9, 21, 28–31). 이러한 오염 물질 중 일부, 예를 들어 특정 곰팡이는 동물의 건강에 위험을 초래하는 마이코톡신을 생성할 수 있습니다(32–35).
세균 군집은 비교적 다양하며 미생물의 분리 및 식별에 사용되는 방법과 시료의 출처에 따라 어느 정도 달라집니다. 예를 들어, 펠릿화와 관련된 열처리 전에는 미생물 구성 프로필이 다를 수 있습니다(36). 고전적인 배양 및 평판 배양법이 일부 정보를 제공했지만, 최근 16S rRNA 유전자 기반 차세대 시퀀싱(NGS) 방법의 적용으로 사료 미생물 군집에 대한 보다 포괄적인 평가가 가능해졌습니다(9). Solanki 등(37)은 해충 방제 훈증제인 포스핀이 있는 환경에서 일정 기간 저장된 밀 곡물의 세균 미생물 군집을 조사한 결과, 수확 후와 3개월 저장 후 미생물 군집이 더 다양해졌다는 것을 발견했습니다. 또한 Solanki 등은 (37) (37)은 Proteobacteria, Firmicutes, Actinobacteria, Bacteroidetes 및 Planctomyces가 밀 곡물에서 우세한 문이고 Bacillus, Erwinia 및 Pseudomonas가 우세한 속이며 Enterobacteriaceae가 소수임을 입증했습니다. 분류학적 비교를 바탕으로 그들은 포스핀 훈증이 세균 개체군을 크게 변화시켰지만 곰팡이 다양성에는 영향을 미치지 않았다고 결론지었습니다.
Solanki 등(37)은 미생물군에서 장내세균(Enterobacteriaceae)을 검출하여 사료 공급원에도 공중 보건 문제를 야기할 수 있는 식품 매개 병원균이 포함될 수 있음을 보여주었습니다. Clostridium perfringens, Clostridium botulinum, Salmonella, Campylobacter, Escherichia coli O157:H7, Listeria monocytogenes와 같은 식품 매개 병원균은 동물 사료 및 사일리지와 관련이 있는 것으로 알려져 있습니다(9, 31, 38). 동물 및 가금류 사료에서 다른 식품 매개 병원균의 지속성은 현재 알려져 있지 않습니다. Ge 등(39)은 200개 이상의 동물 사료 원료를 검사하여 Salmonella, E. coli, Enterococci를 분리했지만 E. coli O157:H7이나 Campylobacter는 검출하지 못했습니다. 그러나 건조 사료와 같은 매트릭스는 병원성 E. coli의 공급원이 될 수 있습니다. 2016년 인간 질병과 관련된 시가 독소 생성 대장균(STEC) 혈청형 O121 및 O26의 발병 원인을 추적하기 위해 Crowe et al.(40)은 전체 게놈 시퀀싱을 사용하여 임상 분리균과 식품에서 얻은 분리균을 비교했습니다. 이 비교를 바탕으로 그들은 유력한 원인이 제분소의 저수분 원밀가루라고 결론지었습니다. 밀가루의 낮은 수분 함량은 STEC가 저수분 동물 사료에서도 생존할 수 있음을 시사합니다. 그러나 Crowe et al.(40)이 지적했듯이 밀가루 샘플에서 STEC를 분리하는 것은 어렵고 충분한 수의 세균 세포를 회수하기 위해서는 면역자기 분리법이 필요합니다. 유사한 진단 과정은 동물 사료에서 드문 식품 매개 병원균의 검출 및 분리를 복잡하게 만들 수도 있습니다. 검출의 어려움은 이러한 병원균이 저수분 매트릭스에서 오랫동안 생존하기 때문일 수도 있습니다. Forghani et al. (41)은 실온에서 보관된 밀가루에 장출혈성 대장균(EHEC) 혈청군 O45, O121, O145와 살모넬라(S. Typhimurium, S. Agona, S. Enteritidis, S. Anatum)의 혼합물을 접종한 경우 84일과 112일 동안 정량화할 수 있었고 24주와 52주 동안에도 여전히 검출 가능함을 입증했습니다.
역사적으로 전통적인 배양법으로는 동물 및 가금류 사료에서 캄필로박터균이 분리된 적이 없지만(38, 39), 가금류 및 가금류 제품의 위장관에서는 캄필로박터균이 쉽게 분리될 수 있습니다(42, 43). 그러나 사료는 여전히 잠재적인 감염원으로서의 이점을 가지고 있습니다. 예를 들어, Alves 등(44)은 비육계 사료에 C. jejuni를 접종하고 3일 또는 5일 동안 서로 다른 두 온도에서 보관했을 때 생존 가능한 C. jejuni가 검출되었고, 일부 경우에는 증식까지 일어났음을 보여주었습니다. 그들은 C. jejuni가 가금류 사료에서 생존할 수 있으며, 따라서 닭의 잠재적인 감염원이 될 수 있다고 결론지었습니다.
동물 및 가금류 사료의 살모넬라 오염은 과거에 많은 관심을 받았으며, 사료에 특화된 검출 방법 개발과 보다 효과적인 관리 방안 모색을 위한 지속적인 연구의 초점으로 남아 있습니다(12, 26, 30, 45–53). 수년에 걸쳐 다양한 사료 제조 시설 및 사료 공장에서 살모넬라를 분리 및 특성화하는 연구가 활발히 진행되었습니다(38, 39, 54–61). 이러한 연구들을 종합해 보면, 살모넬라는 다양한 사료 원료, 사료 공급원, 사료 종류 및 사료 제조 공정에서 분리될 수 있음을 알 수 있습니다. 또한, 살모넬라의 유병률과 주요 혈청형도 다양하게 나타났습니다. 예를 들어, Li 등(57)은 2002년부터 2009년까지 수집된 사료, 사료 원료, 애완동물 사료, 애완동물 간식 및 애완동물 보충제 등에서 채취한 2058개 샘플 중 12.5%에서 살모넬라균이 검출되었음을 확인했습니다. 또한, 양성 반응을 보인 살모넬라 샘플 12.5%에서 가장 흔하게 검출된 혈청형은 S. Senftenberg와 S. Montevideo였습니다(57). 텍사스에서 즉석식품과 동물 사료 부산물을 대상으로 한 연구에서 Hsieh 등(58)은 살모넬라의 가장 높은 유병률이 어분에서 나타났고, 그 다음으로 동물성 단백질에서 나타났으며, S. Mbanka와 S. Montevideo가 가장 흔한 혈청형이었다고 보고했습니다. 사료 공장에서도 혼합 및 원료 첨가 과정에서 사료 오염의 잠재적 원인이 여러 가지 존재합니다(9, 56, 61). Magossi 등(61)은 미국에서 사료 생산 과정 중 여러 오염원이 발생할 수 있음을 입증했습니다. 실제로 Magossi 등(61)은 미국 8개 주의 11개 사료 공장(총 12개 샘플링 지점)에서 최소 한 곳 이상의 살모넬라 배양 검체를 채취했습니다. 사료 취급, 운송 및 일일 급여 과정에서 살모넬라균 오염 가능성이 존재하기 때문에, 동물 생산 주기 전반에 걸쳐 미생물 오염 수준을 낮추고 유지할 수 있는 사료 첨가제 개발에 상당한 노력을 기울이고 있는 것은 당연한 일입니다.
살모넬라균이 포름산에 특이적으로 반응하는 기전에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다. 그러나 Huang 등(62)은 포유류의 소장에 포름산이 존재하며 살모넬라균이 포름산을 생성할 수 있다고 보고했습니다. Huang 등(62)은 주요 경로의 일련의 결손 돌연변이를 이용하여 살모넬라균 독성 유전자의 발현을 검출하고, 포름산이 확산성 신호로 작용하여 살모넬라균이 Hep-2 상피세포를 침입하도록 유도할 수 있음을 발견했습니다. 최근 Liu 등(63)은 살모넬라 티피뮤리움(Salmonella typhimurium)에서 포름산 수송체인 FocA를 분리했는데, 이 단백질은 pH 7.0에서 특이적 포름산 채널로 작용하지만, 외부 pH가 높을 때는 수동적 배출 채널로, pH가 낮을 때는 이차적인 능동적 포름산/수소 이온 유입 채널로도 작용할 수 있습니다. 그러나 이 연구는 살모넬라 티피뮤리움의 한 가지 혈청형에 대해서만 수행되었습니다. 모든 혈청형이 유사한 기전을 통해 포름산에 반응하는지에 대한 의문은 여전히 ​​남아 있습니다. 이는 향후 연구에서 다뤄야 할 중요한 연구 과제로 남아 있습니다. 결과와 관계없이, 사료 내 살모넬라균 수치를 낮추기 위한 산성 첨가제 사용에 대한 일반적인 권장 사항을 개발할 때 스크리닝 실험에서 여러 살모넬라 혈청형 또는 각 혈청형의 여러 균주를 사용하는 것이 현명합니다. 동일한 혈청형의 서로 다른 하위 그룹을 구별하기 위해 균주를 인코딩하는 유전자 바코딩과 같은 새로운 접근 방식(9, 64)은 결론 및 차이 해석에 영향을 미칠 수 있는 더 미묘한 차이를 식별할 수 있는 기회를 제공합니다.
포름산염의 화학적 성질과 해리 형태 또한 중요할 수 있습니다. Beyer 등(65–67)은 일련의 연구에서 Enterococcus faecium, Campylobacter jejuni 및 Campylobacter coli의 억제가 해리된 포름산의 양과 상관관계가 있으며 pH 또는 비해리된 포름산과는 무관하다는 것을 입증했습니다. 박테리아가 노출되는 포름산염의 화학적 형태 또한 중요한 것으로 보입니다. Kovanda 등(68)은 여러 그람 음성 및 그람 양성 미생물을 대상으로 포름산나트륨(500–25,000 mg/L)과 포름산나트륨과 유리 포름산염 혼합물(40/60 m/v; 10–10,000 mg/L)의 최소 억제 농도(MIC)를 비교했습니다. MIC 값을 기준으로 분석한 결과, 포름산나트륨은 Campylobacter jejuni, Clostridium perfringens, Streptococcus suis, Streptococcus pneumoniae에 대해서만 억제 효과를 나타냈고, Escherichia coli, Salmonella typhimurium, Enterococcus faecalis에 대해서는 억제 효과를 나타내지 않았습니다. 반면, 포름산나트륨과 유리 포름산나트륨의 혼합물은 모든 미생물에 대해 억제 효과를 나타냈으며, 이를 통해 연구진은 유리 포름산이 대부분의 항균 작용을 담당한다고 결론지었습니다. 두 가지 화학 형태의 다양한 비율을 조사하여 MIC 값의 범위가 혼합물에 함유된 포름산의 농도 및 100% 포름산에 대한 반응과 상관관계가 있는지 확인하는 것은 흥미로울 것입니다.
Gomez-Garcia 등(69)은 돼지에서 분리한 Escherichia coli, Salmonella 및 Clostridium perfringens의 여러 균주에 대해 에센셜 오일과 유기산(예: 포름산)의 조합을 테스트했습니다. 그들은 포름알데히드를 양성 대조군으로 사용하여 돼지 분리균에 대한 포름산을 포함한 6가지 유기산과 6가지 에센셜 오일의 효능을 테스트했습니다. Gomez-García 등(69)은 Escherichia coli(600 및 2400 ppm, 4), Salmonella(600 및 2400 ppm, 4) 및 Clostridium perfringens(1200 및 2400 ppm, 2)에 대한 포름산의 MIC50, MBC50 및 MIC50/MBC50을 측정했으며, 그 결과 포름산이 E. coli와 Salmonella에 대해 모든 유기산보다 더 효과적인 것으로 나타났습니다. (69) 포름산은 분자 크기가 작고 사슬이 길기 때문에 대장균과 살모넬라균에 효과적입니다(70).
Beyer et al.은 돼지에서 분리한 Campylobacter 균주(66)와 가금류에서 분리한 Campylobacter jejuni 균주(67)를 스크리닝하여 포름산이 다른 유기산에 대해 측정된 MIC 반응과 일치하는 농도에서 해리됨을 보여주었습니다. 그러나 Campylobacter가 이러한 산을 기질로 이용할 수 있기 때문에(66, 67) 포름산을 포함한 이러한 산의 상대적 효능에 대한 의문이 제기되었습니다. C. jejuni의 산 이용은 비당분해 대사를 하는 것으로 알려져 있기 때문에 놀라운 일이 아닙니다. 따라서 C. jejuni는 탄수화물 이화작용 능력이 제한적이며 대부분의 에너지 대사와 생합성 활동을 위해 아미노산과 유기산으로부터의 포도당신생합성에 의존합니다(71, 72). Line et al.의 초기 연구에서는 (73)은 190개의 탄소원을 포함하는 표현형 배열을 사용하여 C. jejuni 11168(GS)이 유기산을 탄소원으로 이용할 수 있음을 보여주었는데, 이들 대부분은 트리카르복실산 주기의 중간체이다. Wagli 등(74)의 추가 연구에서는 표현형 탄소 이용 배열을 사용하여 C. jejuni 및 E. coli 균주가 유기산을 탄소원으로 사용하여 성장할 수 있음을 보여주었다. 포름산은 C. jejuni 호흡 에너지 대사의 주요 전자 공여체이며, 따라서 C. jejuni의 주요 에너지원이다(71, 75). C. jejuni는 막 결합 포름산 탈수소효소 복합체를 통해 포름산을 수소 공여체로 이용할 수 있는데, 이 복합체는 포름산을 이산화탄소, 양성자 및 전자로 산화시키고 호흡을 위한 전자 공여체 역할을 한다(72).
포름산은 항균 사료 개량제로 오랫동안 사용되어 왔지만, 일부 곤충은 항균 방어 화학물질로 사용하기 위해 포름산을 생산하기도 합니다. Rossini 등(76)은 포름산이 Ray(77)가 약 350년 전에 기술한 개미의 산성 수액의 구성 성분일 수 있다고 제안했습니다. 그 이후로 개미 및 기타 곤충의 포름산 생산에 대한 이해가 상당히 증가했으며, 현재는 이 과정이 곤충의 복잡한 독소 방어 시스템의 일부라는 것이 알려져 있습니다(78). 벌, 뾰족개미(Hymenoptera: Apidae), 땅벌레(Galerita lecontei 및 G. janus), 개미아과(Formicinae) 및 일부 나방 유충(Lepidoptera: Myrmecophaga)을 포함한 다양한 곤충 그룹이 방어 화학물질로 포름산을 생산하는 것으로 알려져 있습니다(76, 78–82).
개미는 산성세포(acidocyte)라는 특수한 구멍을 통해 주로 포름산으로 구성된 독을 분사할 수 있다는 점에서 가장 잘 알려져 있습니다(82). 개미는 세린을 전구체로 사용하여 독샘에 다량의 포름산을 저장하는데, 이 독샘은 포름산이 분사될 때까지 숙주 개미를 포름산의 세포독성으로부터 보호할 수 있도록 충분히 절연되어 있습니다(78, 83). 개미가 분비하는 포름산은 (1) 다른 개미를 유인하는 경고 페로몬 역할을 하고, (2) 경쟁자나 포식자에 대한 방어 물질이며, (3) 둥지 재료의 일부로 수지와 결합될 경우 항진균 및 항균 작용을 할 수 있습니다(78, 82, 84–88). 개미가 생산하는 포름산은 항균성을 가지고 있어 국소 첨가제로 사용될 수 있음을 시사합니다. Bruch 등(88)은 합성 포름산을 수지에 첨가하여 항진균 활성을 크게 향상시킨 것을 보여주었습니다. 개미산의 효과와 생물학적 유용성에 대한 추가 증거는 위산을 생산할 수 없는 큰개미핥기가 개미산을 함유한 개미를 섭취하여 대체 소화산으로 농축된 개미산을 공급한다는 것입니다(89).
농업에서 포름산의 실용적인 활용은 오랫동안 연구되어 왔습니다. 특히, 포름산은 동물 사료 및 사일리지 첨가제로 사용될 수 있습니다. 고체 및 액체 형태의 포름산나트륨은 모든 동물 종, 소비자 및 환경에 안전한 것으로 간주됩니다(90). 연구진의 평가(90)에 따르면, 모든 동물 종에 대해 최대 10,000mg 포름산 당량/kg 사료 농도가 안전한 것으로, 돼지의 경우 최대 12,000mg 포름산 당량/kg 사료 농도가 안전한 것으로 간주되었습니다. 동물 사료 개량제로서 포름산의 사용은 오랫동안 연구되어 왔으며, 사일리지 보존제 및 동물과 가금류 사료의 항균제로서 상업적 가치가 있는 것으로 여겨집니다.
산과 같은 화학 첨가제는 사일리지 생산 및 사료 관리에 있어 항상 필수적인 요소였습니다(91, 92). Borreani 등(91)은 고품질 사일리지의 최적 생산을 위해서는 가능한 한 많은 건조 물질을 유지하면서 사료 품질을 유지하는 것이 필요하다고 지적했습니다. 이러한 최적화의 결과는 사일로의 초기 호기성 조건부터 후속 발효, 저장 및 사료 공급을 위한 사일로 재개방에 이르기까지 사일리지 제조 과정의 모든 단계에서 손실을 최소화하는 것입니다. 현장 사일리지 생산 및 후속 사일리지 발효를 최적화하는 구체적인 방법은 다른 문헌(91, 93-95)에서 자세히 논의되었으므로 여기서는 자세히 다루지 않겠습니다. 주요 문제는 사일리지에 산소가 존재할 때 효모와 곰팡이에 의해 발생하는 산화적 변질입니다(91, 92). 따라서 변질의 악영향을 상쇄하기 위해 생물학적 접종제와 화학 첨가제가 도입되었습니다(91, 92). 사일리지 첨가제에 대한 기타 고려 사항에는 사일리지에 존재할 수 있는 병원균(예: 병원성 대장균, 리스테리아균, 살모넬라균)과 마이코톡신 생성 곰팡이의 확산을 제한하는 것이 포함됩니다(96–98).
Mack et al.(92)은 산성 첨가제를 두 가지 범주로 나누었습니다. 프로피온산, 아세트산, 소르빈산, 벤조산과 같은 산은 효모와 곰팡이의 성장을 억제하여 반추동물에게 사료로 급여할 때 사일리지의 호기성 안정성을 유지합니다(92). Mack et al.(92)은 포름산을 다른 산과 구분하여 클로스트리디움과 부패 미생물을 억제하면서 사일리지 단백질의 안정성을 유지하는 직접적인 산성화제로 간주했습니다. 실제로, 비염 형태의 산이 가지는 부식성을 피하기 위해 염 형태가 가장 일반적인 화학적 형태입니다(91). 많은 연구 그룹에서도 사일리지용 산성 첨가제로서 포름산을 연구해 왔습니다. 포름산은 빠른 산성화 능력과 사일리지의 단백질 및 수용성 탄수화물 함량을 감소시키는 유해 사일리지 미생물의 성장을 억제하는 효과로 알려져 있습니다(99). 따라서 He et al.(92)은 사일리지에서 포름산과 다른 산성 첨가제를 비교했습니다. (100)은 포름산이 대장균(Escherichia coli)을 억제하고 사일리지의 pH를 낮출 수 있음을 입증했습니다. 포름산과 젖산을 생성하는 세균 배양액을 사일리지에 첨가하여 산성화 및 유기산 생성을 촉진하기도 했습니다(101). 실제로 Cooley et al.(101)은 사일리지를 3%(w/v) 포름산으로 산성화했을 때 젖산과 포름산의 생성량이 각각 800mg 및 1000mg 유기산/100g 시료를 초과한다는 것을 발견했습니다. Mack et al.(92)은 2000년 이후 발표된 포름산 및 기타 산을 포함하거나 이에 초점을 맞춘 연구를 포함하여 사일리지 첨가제 연구 문헌을 자세히 검토했습니다. 따라서 본 검토에서는 개별 연구를 자세히 논의하지 않고 화학적 사일리지 첨가제로서 포름산의 효과에 대한 몇 가지 핵심 사항을 요약할 것입니다. 완충되지 않은 포름산과 완충된 포름산 모두 연구되었으며 대부분의 경우 Clostridium spp. 상대적인 활동(탄수화물, 단백질, 젖산 흡수 및 부티르산 배설)은 감소하는 경향이 있는 반면 암모니아 및 부티르산 생성은 감소하고 건조물 보유량은 증가합니다(92). 포름산의 성능에는 한계가 있지만 다른 산과 함께 사일리지 첨가제로 사용하면 이러한 문제 중 일부를 극복할 수 있는 것으로 보입니다(92).
포름산은 인체 건강에 위험을 초래하는 병원성 세균을 억제할 수 있습니다. 예를 들어, Pauly와 Tam(102)은 세 가지 다른 건조물 함량(200, 430, 540 g/kg)의 라이그래스를 포함하는 소형 실험실 사일로에 L. monocytogenes를 접종한 후 포름산(3 ml/kg) 또는 젖산균(8 × 10⁵/g)과 셀룰로오스 분해 효소를 첨가했습니다. 그들은 두 처리 모두 건조물 함량이 낮은 사일리지(200 g/kg)에서는 L. monocytogenes를 검출 불가능한 수준으로 감소시켰다고 보고했습니다. 그러나 건조물 함량이 중간인 사일리지(430 g/kg)에서는 포름산 처리 사일리지에서 30일 후에도 L. monocytogenes가 여전히 검출되었습니다. L. monocytogenes의 감소는 낮은 pH, 젖산, 그리고 결합된 비해리산과 관련이 있는 것으로 보입니다. 예를 들어, Pauly와 Tam(102)은 젖산과 해리되지 않은 산의 총량이 특히 중요하다고 지적했는데, 이는 건조물 함량이 높은 사일리지에서 포름산 처리 배지에서 L. monocytogenes의 감소가 관찰되지 않은 이유일 수 있습니다. 살모넬라균 및 병원성 대장균과 같은 다른 일반적인 사일리지 병원균에 대해서도 유사한 연구가 향후 수행되어야 합니다. 전체 사일리지 미생물 군집에 대한 보다 포괄적인 16S rDNA 서열 분석은 포름산 존재 하에서 사일리지 발효의 여러 단계에서 발생하는 전체 사일리지 미생물 개체군의 변화를 파악하는 데에도 도움이 될 수 있습니다(103). 미생물 군집 데이터를 확보하면 사일리지 발효 진행 상황을 더 잘 예측하고 높은 사일리지 품질을 유지하기 위한 최적의 첨가제 조합을 개발하는 데 분석적 근거를 제공할 수 있습니다.
곡물 기반 동물 사료에서 포름산은 다양한 곡물 유래 사료 매트릭스 및 동물 부산물과 같은 특정 사료 성분에서 병원균 수준을 제한하기 위한 항균제로 사용됩니다. 가금류 및 기타 동물의 병원균 개체수에 미치는 영향은 크게 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 사료 자체의 병원균 개체수에 대한 직접적인 영향과 처리된 사료를 섭취한 후 동물의 위장관에 정착하는 병원균에 대한 간접적인 영향입니다(20, 21, 104). 사료 내 병원균 감소는 동물이 사료를 섭취했을 때 정착 감소로 이어지므로 이 두 범주는 분명히 상호 연관되어 있습니다. 그러나 사료 매트릭스에 첨가된 특정 산의 항균 특성은 사료의 조성 및 산의 첨가 형태와 같은 여러 요인의 영향을 받을 수 있습니다(21, 105).
역사적으로 포름산 및 기타 관련 산의 사용은 주로 동물 및 가금류 사료에서 살모넬라균을 직접 제어하는 ​​데 중점을 두었습니다(21). 이러한 연구 결과는 여러 시기에 발표된 여러 리뷰에서 자세히 요약되어 있으므로(18, 21, 26, 47, 104–106), 본 리뷰에서는 이러한 연구의 주요 결과 중 일부만 논의합니다. 여러 연구에서 사료 매트릭스에서 포름산의 항균 활성은 포름산의 투여량 및 노출 시간, 사료 매트릭스의 수분 함량, 사료 및 동물의 위장관 내 세균 농도에 따라 달라진다는 것을 보여주었습니다(19, 21, 107–109). 사료 매트릭스의 종류와 동물 사료 원료의 출처 또한 영향을 미치는 요인입니다. 따라서 여러 연구에서 동물 부산물에서 분리된 살모넬라균의 세균 독소 수치가 식물 부산물에서 분리된 수치와 다를 수 있음을 보여주었습니다(39, 45, 58, 59, 110–112). 그러나 포름산과 같은 산에 대한 반응의 차이는 사료 내 혈청형 생존율 및 사료 가공 온도의 차이와 관련이 있을 수 있습니다(19, 113, 114). 산 처리 시 혈청형 반응의 차이는 오염된 사료로 인한 가금류 오염의 요인이 될 수도 있으며(113, 115), 독성 유전자 발현의 차이(116) 또한 영향을 미칠 수 있습니다. 산 내성의 차이는 사료에 함유된 산이 적절하게 완충되지 않을 경우 배양 배지에서 살모넬라균 검출에 영향을 미칠 수 있습니다(21, 105, 117–122). 식이의 물리적 형태(입자 크기 측면)는 위장관에서 포름산의 상대적 가용성에 영향을 미칠 수도 있습니다(123).
사료에 첨가되는 포름산의 항균 활성을 최적화하는 전략 또한 중요합니다. 사료 혼합 전에 오염도가 높은 사료 원료에 대해 더 높은 농도의 포름산을 첨가하는 것이 사료 공장 설비 손상 및 동물의 사료 기호성 문제를 최소화하는 데 도움이 될 수 있다는 의견이 제시되었습니다(105). Jones(51)는 화학적 세척 전에 사료에 존재하는 살모넬라균이 화학 처리 후 사료와 접촉하는 살모넬라균보다 제어하기 더 어렵다고 결론지었습니다. 사료 공장에서 가공 중 사료의 열처리가 사료의 살모넬라균 오염을 제한하는 방법으로 제안되었지만, 이는 사료 조성, 입자 크기 및 제분 공정과 관련된 기타 요인에 따라 달라집니다(51). 산의 항균 활성은 온도에 따라 달라지며, 유기산이 존재하는 환경에서 온도가 상승하면 살모넬라균에 대한 억제 효과가 상승적으로 나타날 수 있다는 연구 결과가 살모넬라균 액체 배양에서 관찰되었습니다(124, 125). 살모넬라균에 오염된 사료에 대한 여러 연구는 온도가 높을수록 사료 매트릭스 내 산의 효과가 증가한다는 점을 뒷받침합니다(106, 113, 126). Amado 등(127)은 중심 합성 설계를 사용하여 다양한 소 사료에서 분리하여 산성화된 소 사료 펠릿에 접종한 10종의 살모넬라 엔테리카(Salmonella enterica)와 대장균(Escherichia coli)에서 온도와 산(포름산 또는 젖산)의 상호작용을 연구했습니다. 그들은 열이 산 및 분리된 세균의 종류와 함께 미생물 감소에 영향을 미치는 주요 요인이라고 결론지었습니다. 산과의 상승 효과가 여전히 우세하므로 더 낮은 온도와 산 농도를 사용할 수 있습니다. 그러나 그들은 포름산을 사용했을 때 상승 효과가 항상 관찰되는 것은 아니라는 점을 지적하며, 고온에서 포름산의 휘발이나 사료 매트릭스 성분의 완충 효과가 원인일 수 있다고 추측했습니다.
동물에게 급여하기 전에 사료의 유통기한을 제한하는 것은 사료 급여 중 동물의 체내로 식품 매개 병원균이 유입되는 것을 제어하는 ​​한 가지 방법입니다. 그러나 사료의 산이 위장관에 들어가면 항균 작용을 계속할 수 있습니다. 위장관에서 외부에서 투여된 산성 물질의 항균 작용은 위산 농도, 위장관의 활성 부위, 위장관의 pH 및 산소 함량, 동물의 나이, 그리고 위장관 미생물 군집의 상대적 구성(위장관의 위치와 동물의 성숙도에 따라 달라짐) 등 다양한 요인에 따라 달라질 수 있습니다(21, 24, 128–132). 또한, 위장관에 서식하는 혐기성 미생물 집단(단위위 동물이 성숙함에 따라 하부 소화관에서 우세해짐)은 발효를 통해 유기산을 활발하게 생성하며, 이는 또한 위장관에 들어오는 일시적인 병원균에 대한 길항 작용을 할 수도 있습니다(17, 19–21).
초기 연구의 상당 부분은 가금류의 위장관에서 살모넬라균을 억제하기 위해 포름산을 포함한 유기산을 사용하는 데 초점을 맞추었으며, 이는 여러 리뷰에서 자세히 논의되었습니다(12, 20, 21). 이러한 연구들을 종합적으로 고려하면 몇 가지 중요한 관찰 결과를 얻을 수 있습니다. McHan과 Shotts(133)는 포름산과 프로피온산을 사료에 첨가하면 살모넬라 티피무륨균을 접종한 닭의 맹장에서 균수가 감소한다고 보고했으며, 7일, 14일, 21일령에 균수를 정량화했습니다. 그러나 Hume 등(128)은 C-14로 표지된 프로피온산을 모니터링한 결과, 사료에 포함된 프로피온산 중 맹장에 도달하는 양은 매우 적을 수 있다고 결론지었습니다. 이것이 포름산에도 적용되는지는 아직 밝혀지지 않았습니다. 그러나 최근 Bourassa 등은 (134)은 포름산과 프로피온산을 먹이면 세균을 접종한 닭의 맹장에서 Salmonella Typhimurium의 수치가 감소한다고 보고했으며, 이는 7일, 14일, 21일령에 정량화되었습니다. (132)는 6주 성장 기간 동안 브로일러 닭에게 포름산을 4g/t씩 먹이면 맹장의 S. Typhimurium 농도가 검출 수준 이하로 감소한다고 언급했습니다.
사료에 포름산이 존재하면 가금류의 위장관 다른 부위에도 영향을 미칠 수 있습니다. Al-Tarazi와 Alshavabkeh(134)는 포름산과 프로피온산 혼합물이 모이주머니와 맹장에서 살모넬라 풀로룸(S. PRlorum) 오염을 줄일 수 있음을 입증했습니다. Thompson과 Hinton(129)은 시판되는 포름산과 프로피온산 혼합물이 모이주머니와 모래주머니에서 두 산의 농도를 증가시키고, 대표적인 사육 조건 하의 시험관 내 모델에서 살모넬라 엔테리티디스 PT4에 대해 살균 효과를 나타낸다는 것을 관찰했습니다. 이러한 개념은 Bird 등(135)의 생체 내 데이터에 의해 뒷받침됩니다. Bird 등은 육계가 가금류 가공 공장으로 운송되기 전 금식하는 것과 유사한 모의 금식 기간 동안 육계의 음용수에 포름산을 첨가했습니다. 음용수에 포름산을 첨가하면 소화관과 부고환에서 S. Typhimurium의 수가 감소하고, 소화관에서 S. Typhimurium 양성 빈도가 감소하지만 부고환에서 양성인 수는 감소하지 않습니다(135). 하부 위장관에서 활성을 유지하는 동안 유기산을 보호할 수 있는 전달 시스템을 개발하면 효능을 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다. 예를 들어, 포름산을 미세 캡슐화하여 사료에 첨가하면 맹장 내용물에서 Salmonella Enteritidis의 수가 감소하는 것으로 나타났습니다(136). 그러나 이는 동물 종에 따라 다를 수 있습니다. 예를 들어, Walia et al. (137)은 개미산, 구연산 및 에센셜 오일 캡슐 혼합물을 먹인 28일령 돼지의 맹장이나 림프절에서 살모넬라균의 감소를 관찰하지 못했으며, 14일째에는 분변에서 살모넬라균 배설이 감소했지만 28일째에는 감소하지 않았습니다. 그들은 돼지 간의 살모넬라균 수평 전파가 예방되었음을 보여주었습니다.
축산업에서 항균제로서 포름산에 대한 연구는 주로 식품 매개 살모넬라균에 초점을 맞추었지만, 다른 위장관 병원균을 대상으로 한 연구도 있습니다. Kovanda 등(68)의 시험관 내 연구에 따르면 포름산은 대장균(Escherichia coli)과 캄필로박터 제주니(Campylobacter jejuni)를 포함한 다른 위장관 식품 매개 병원균에도 효과적일 수 있습니다. 이전 연구에서는 유기산(예: 젖산)과 포름산을 성분으로 포함하는 상업용 혼합물이 가금류의 캄필로박터 수치를 감소시킬 수 있음을 보여주었습니다(135, 138). 그러나 Beyer 등(67)이 이전에 지적했듯이, 캄필로박터에 대한 항균제로 포름산을 사용할 때는 주의가 필요합니다. 특히 포름산은 캄필로박터 제주니의 주요 호흡 에너지원이기 때문에 가금류 사료에 첨가할 경우 더욱 문제가 됩니다. 또한, C. jejuni의 위장관 내 서식지 중 일부는 위장관 세균이 생성하는 혼합산 발효 산물(예: 포름산)과의 대사적 상호 공급 때문인 것으로 여겨집니다(139). 이러한 견해는 어느 정도 근거가 있습니다. 포름산은 C. jejuni에 대한 화학적 유인 물질이기 때문에, 포름산 탈수소효소와 수소화효소 모두에 결함이 있는 이중 돌연변이 균주는 야생형 C. jejuni 균주에 비해 육계의 맹장 정착률이 감소합니다(140, 141). 외부에서 공급되는 포름산이 닭의 C. jejuni의 위장관 정착에 어느 정도 영향을 미치는지는 아직 불분명합니다. 실제 위장관 내 포름산 농도는 다른 위장관 세균에 의한 포름산 분해 또는 상부 위장관에서의 포름산 흡수로 인해 더 낮을 수 있으므로, 여러 변수가 이에 영향을 미칠 수 있습니다. 또한, 포름산은 일부 위장관 세균에 의해 생성되는 잠재적인 발효 산물이며, 이는 위장관 내 총 포름산 농도에 영향을 미칠 수 있습니다. 위장관 내용물 내 포름산 정량 분석 ​​및 메타게놈 분석을 이용한 포름산 탈수소효소 유전자 식별은 포름산 생성 미생물의 생태에 대한 몇 가지 측면을 밝히는 데 도움이 될 수 있습니다.
Roth 등(142)은 브로일러 닭에게 항생제 엔로플록사신 또는 포름산, 아세트산, 프로피온산 혼합물을 투여했을 때 항생제 내성 대장균의 발생률에 미치는 영향을 비교했습니다. 총 대장균 및 항생제 내성 대장균 분리주는 생후 1일 된 브로일러 닭의 분변 샘플과 생후 14일 및 38일 된 브로일러 닭의 맹장 내용물 샘플에서 계수했습니다. 분리된 대장균은 각 항생제에 대해 이전에 결정된 내성 기준에 따라 암피실린, 세포탁심, 시프로플록사신, 스트렙토마이신, 설파메톡사졸, 테트라사이클린에 대한 내성을 검사했습니다. 각 대장균 집단을 정량화하고 특성을 분석한 결과, 엔로플록사신이나 산성 혼합물 보충은 생후 17일 및 28일 된 브로일러 닭의 맹장에서 분리된 총 대장균 수에 변화를 주지 않았습니다. 엔로플록사신이 첨가된 사료를 섭취한 조류는 맹장에서 시프로플록사신, 스트렙토마이신, 설파메톡사졸, 테트라사이클린 내성 대장균 수치가 증가하고 세포탁심 내성 대장균 수치는 감소했습니다. 혼합 항생제를 섭취한 조류는 대조군 및 엔로플록사신 첨가 사료를 섭취한 조류에 비해 맹장에서 암피실린 및 테트라사이클린 내성 대장균 수가 감소했습니다. 혼합산을 섭취한 조류 또한 엔로플록사신을 섭취한 조류에 비해 맹장에서 시프로플록사신 및 설파메톡사졸 내성 대장균 수가 감소했습니다. 산이 전체 대장균 수를 줄이지 않고 항생제 내성 대장균 수를 줄이는 기전은 아직 불분명합니다. 그러나 Roth 등의 연구 결과는 엔로플록사신 그룹의 결과와 일치합니다. (142) 이는 Cabezon et al.이 기술한 플라스미드 연결 억제제와 같은 E. coli의 항생제 내성 유전자 확산이 감소했음을 나타내는 것일 수 있습니다(143). 포름산과 같은 사료 첨가제가 있는 가금류의 위장관 집단에서 플라스미드 매개 항생제 내성에 대한 보다 심층적인 분석을 수행하고 위장관 내성 유전체를 평가하여 이 분석을 더욱 정밀하게 하는 것이 흥미로울 것입니다.
병원균에 대한 최적의 항균 사료 첨가제를 개발할 때는 이상적으로는 전체 위장관 미생물총, 특히 숙주에게 유익한 것으로 여겨지는 미생물총에 미치는 영향을 최소화해야 합니다. 그러나 외부에서 투여되는 유기산은 상주하는 위장관 미생물총에 해로운 영향을 미칠 수 있으며, 어느 정도 병원균에 대한 보호 기능을 약화시킬 수 있습니다. 예를 들어, Thompson과 Hinton(129)은 포름산과 프로피온산 혼합물을 섭취한 산란계에서 소낭의 젖산 수치가 감소하는 것을 관찰했는데, 이는 소낭에 이러한 외부 유기산이 존재하면 소낭 내 락토바실러스가 감소함을 시사합니다. 소낭 락토바실러스는 살모넬라에 대한 방어벽으로 여겨지므로, 소낭에 상주하는 이 미생물총의 교란은 위장관의 살모넬라 군집화를 효과적으로 억제하는 데 해로울 수 있습니다(144). Açıkgöz 등은 조류의 하부 위장관에 미치는 영향은 더 적을 수 있다고 밝혔습니다. (145) 포름산으로 산성화된 물을 마시는 42일 된 브로일러 닭의 총 장내 미생물총이나 대장균 수에는 차이가 발견되지 않았습니다. 저자들은 이것이 다른 연구자들이 외인성으로 투여된 단쇄지방산(SCFA)을 통해 관찰한 바와 같이 상부 위장관에서 포름산이 대사되기 때문일 수 있다고 제안했습니다(128, 129).
포름산을 캡슐화하여 보호하면 하부 위장관에 도달하는 데 도움이 될 수 있습니다. (146)은 미세 캡슐화된 포름산을 섭취한 돼지가 보호되지 않은 포름산을 섭취한 돼지에 비해 맹장의 총 단쇄지방산(SCFA) 함량이 유의하게 증가했다고 언급했습니다. 이 결과를 바탕으로 저자들은 포름산이 적절히 보호된다면 하부 위장관에 효과적으로 도달할 수 있다고 제안했습니다. 그러나 포름산 및 젖산 농도와 같은 다른 여러 매개변수는 대조군 사료를 섭취한 돼지보다 높았지만, 보호되지 않은 포름산 사료를 섭취한 돼지와 통계적으로 유의미한 차이가 없었습니다. 보호되지 않은 포름산과 보호된 포름산을 섭취한 돼지 모두에서 젖산 수치가 거의 3배 증가했지만, 유산균 수는 두 처리 모두에 의해 변화되지 않았습니다. 이러한 방법으로는 감지되지 않거나 (1) 대사 활동이 영향을 받아 발효 패턴이 변경되어 상주 락토바실러스가 더 많은 젖산을 생산하는 맹장의 다른 젖산 생성 미생물의 경우 차이가 더 두드러질 수 있습니다.
가축의 위장관에 대한 사료 첨가제의 영향을 보다 정확하게 연구하기 위해서는 더 높은 해상도의 미생물 식별 방법이 필요합니다. 지난 몇 년 동안 16S RNA 유전자의 차세대 시퀀싱(NGS)이 미생물군 분류군을 식별하고 미생물 군집의 다양성을 비교하는 데 사용되어 왔으며(147), 이를 통해 가금류와 같은 식품 동물의 위장관 미생물군과 사료 첨가제 간의 상호 작용에 대한 더 나은 이해를 얻을 수 있었습니다.
몇몇 연구에서는 포름산 보충에 대한 닭의 위장관 미생물군 반응을 평가하기 위해 미생물군 시퀀싱을 사용했습니다. Oakley 등(148)은 42일령 브로일러 닭에게 음용수 또는 사료에 포름산, 프로피온산, 중쇄지방산을 다양한 조합으로 첨가하여 연구를 진행했습니다. 면역된 닭에 날리딕산 내성 살모넬라 티피뮤리움 균주를 접종하고 0, 7, 21, 42일령에 맹장을 채취했습니다. 맹장 샘플은 454 파이로시퀀싱을 위해 준비되었고, 시퀀싱 결과는 분류 및 유사성 비교를 위해 평가되었습니다. 전반적으로, 처리군은 맹장 미생물군이나 S. Typhimurium 수치에 유의미한 영향을 미치지 않았습니다. 그러나 미생물군의 분류학적 분석에서 확인된 바와 같이, 살모넬라 검출률은 닭의 나이가 들어감에 따라 감소했으며, 살모넬라 서열의 상대적 풍부도 또한 시간이 지남에 따라 감소했습니다. 저자들은 브로일러 닭이 나이가 들면서 맹장 미생물 군집의 다양성이 증가했으며, 모든 처리군에서 위장관 미생물총의 가장 유의미한 변화가 관찰되었다고 언급했습니다. 최근 연구에서 Hu 등(149)은 유기산(포름산, 아세트산, 프로피온산, 포름산암모늄)과 버지니아마이신이 첨가된 음용수와 사료를 급여했을 때 두 시기(1~21일 및 22~42일)에 채취한 브로일러 닭의 맹장 미생물 샘플에 미치는 영향을 비교했습니다. 21일령에는 처리군 간에 맹장 미생물 다양성에 약간의 차이가 관찰되었지만, 42일령에는 α- 또는 β-세균 다양성에서 차이가 발견되지 않았습니다. 42일령에 차이가 없다는 점을 고려하여 저자들은 성장 이점이 최적의 다양성을 갖춘 미생물 군집이 더 일찍 형성되었기 때문일 수 있다고 가설을 세웠습니다.
맹장 미생물 군집에만 초점을 맞춘 마이크로바이옴 분석은 식이 유기산의 영향이 위장관의 어느 부위에서 가장 많이 발생하는지를 반영하지 못할 수 있습니다. Hume et al.(128)의 연구 결과에서 제시된 바와 같이, 브로일러 닭의 상부 위장관 마이크로바이옴은 식이 유기산의 영향에 더 민감할 수 있습니다. Hume et al.(128)은 외부에서 첨가된 프로피온산의 대부분이 조류의 상부 위장관에서 흡수된다는 것을 보여주었습니다. 위장관 미생물 특성에 대한 최근 연구들도 이러한 견해를 뒷받침합니다. Nava et al.(150)은 유기산 혼합물[DL-2-hydroxy-4(methylthio)butyric acid], 포름산 및 프로피온산(HFP)의 조합이 닭의 장내 미생물에 영향을 미치고 회장의 락토바실러스 군집화를 증가시킨다는 것을 보여주었습니다. 최근 Goodarzi Borojeni et al. (150)은 유기산 혼합물[DL-2-하이드록시-4(메틸티오)부티르산], 포름산 및 프로피온산(HFP)의 조합이 닭의 장내 미생물에 영향을 미치고 회장 내 락토바실러스(Lactobacillus) 군집화를 증가시킨다는 것을 입증했습니다. (151)은 브로일러 닭에게 포름산과 프로피온산 혼합물을 두 가지 농도(0.75% 및 1.50%)로 35일 동안 급여하는 실험을 진행했습니다. 실험 종료 후, 소낭, 위, 회장의 원위 2/3, 그리고 맹장을 적출하여 RT-PCR을 이용한 특정 위장관 미생물 및 대사산물의 정량 분석을 위한 샘플을 채취했습니다. 배양 결과, 유기산 농도는 락토바실러스 또는 비피도박테리움의 풍부도에는 영향을 미치지 않았지만 클로스트리디움(Clostridium)의 개체 수는 증가시켰습니다. 회장에서는 락토바실러스와 엔테로박터(Enterobacter)의 감소만 관찰되었고, 맹장에서는 이러한 미생물 군집이 변화 없이 유지되었습니다(151). 가장 높은 농도의 유기산을 첨가했을 때, 모이주머니에서는 총 젖산 농도(D 및 L)가 감소했고, 모래주머니에서는 두 가지 유기산 모두의 농도가 감소했으며, 맹장에서는 유기산 농도가 낮아졌습니다. 회장에서는 변화가 없었습니다. 단쇄지방산(SCFA)과 관련하여, 유기산을 섭취한 닭의 모이주머니와 모래주머니에서 유일하게 변화가 나타난 것은 프로피온산 수치였습니다. 낮은 농도의 유기산을 섭취한 닭은 모이주머니에서 프로피온산이 거의 10배 증가한 반면, 두 가지 농도의 유기산을 섭취한 닭은 모래주머니에서 각각 8배와 15배 증가했습니다. 회장에서의 아세트산 증가는 2배 미만이었습니다. 전반적으로 이러한 데이터는 외부 유기산 처리의 효과가 대부분 생산량에서 나타났으며, 유기산이 하부 위장관 미생물 군집에는 미미한 영향을 미쳤다는 견해를 뒷받침합니다. 이는 상부 위장관 상주 미생물의 발효 패턴이 변화되었을 가능성을 시사합니다.
위장관 전체에 걸쳐 포름산염에 대한 미생물 반응을 완전히 규명하기 위해서는 미생물군에 대한 보다 심층적인 특성 분석이 필수적입니다. 특히 모이주머니와 같은 상부 위장관을 포함한 특정 위장관 부위의 미생물 분류에 대한 심층적인 분석은 특정 미생물 집단의 선택에 대한 더 깊은 통찰력을 제공할 수 있습니다. 또한, 이들의 대사 및 효소 활동은 위장관으로 침입하는 병원균과의 길항 관계 여부를 결정하는 요인이 될 수 있습니다. 더불어, 조류의 생애 동안 산성 화학 첨가제에 노출되는 것이 "내산성" 상주 세균의 선택을 유도하는지, 그리고 이러한 세균의 존재 및/또는 대사 활동이 병원균의 정착에 대한 추가적인 장벽 역할을 하는지 여부를 확인하기 위해 메타게놈 분석을 수행하는 것도 흥미로울 것입니다.
포름산은 오랫동안 동물 사료의 화학 첨가제 및 사일리지 산성화제로 사용되어 왔습니다. 주요 용도 중 하나는 사료 내 병원균 수를 줄이고 조류의 위장관 내 정착을 억제하는 항균 작용입니다. 시험관 내 연구에 따르면 포름산은 살모넬라균을 비롯한 여러 병원균에 대해 비교적 효과적인 항균제입니다. 그러나 사료 원료에 함유된 유기물의 양이 많고 완충 능력이 있기 때문에 사료 매트릭스에 포름산을 사용하는 데에는 한계가 있을 수 있습니다. 포름산은 사료나 음용수를 통해 섭취될 경우 살모넬라균을 비롯한 여러 병원균에 대해 길항 작용을 나타내는 것으로 보입니다. 하지만 이러한 길항 작용은 주로 상부 위장관에서 나타나는데, 프로피온산과 마찬가지로 하부 위장관에서는 포름산 농도가 낮아질 수 있기 때문입니다. 캡슐화를 통해 포름산을 보호하는 것은 하부 위장관에 더 많은 포름산을 전달할 수 있는 잠재적인 접근법입니다. 또한, 연구에 따르면 유기산 혼합물이 단일 산 투여보다 가금류 생산성 향상에 더 효과적이라는 것이 밝혀졌습니다(152). 위장관의 캄필로박터는 포름산을 전자 공여체로 사용할 수 있고 포름산이 주요 에너지원이기 때문에 포름산에 다르게 반응할 수 있습니다. 위장관 내 포름산 농도 증가가 캄필로박터에 유익한지는 불분명하며, 포름산을 기질로 사용할 수 있는 다른 위장관 미생물총에 따라 이러한 현상이 나타나지 않을 수도 있습니다.
위장관 내 포름산이 비병원성 상주 위장관 미생물에 미치는 영향을 조사하기 위해서는 추가 연구가 필요합니다. 우리는 숙주에게 유익한 위장관 미생물 군집을 손상시키지 않고 병원균만을 선택적으로 표적화하는 것을 선호합니다. 그러나 이를 위해서는 이러한 상주 위장관 미생물 군집의 마이크로바이옴 서열에 대한 보다 심층적인 분석이 필요합니다. 포름산을 처리한 가금류의 맹장 미생물 군집에 대한 연구는 일부 발표되었지만, 상부 위장관 미생물 군집에 대한 더 많은 연구가 필요합니다. 포름산 존재 유무에 따른 위장관 미생물 군집의 유사성 비교 및 ​​미생물 식별만으로는 완전한 설명이 될 수 없습니다. 구성적으로 유사한 그룹 간의 기능적 차이를 규명하기 위해서는 대사체학 및 메타게놈학을 포함한 추가 분석이 필요합니다. 이러한 특성 규명은 위장관 미생물 군집과 포름산 기반 개량제에 대한 가금류의 생산성 반응 간의 관계를 확립하는 데 매우 중요합니다. 위장 기능을 보다 정확하게 규명하기 위해 다양한 접근 방식을 결합하면 보다 효과적인 유기산 보충 전략을 개발할 수 있으며, 궁극적으로 식품 안전 위험을 최소화하면서 최적의 조류 건강 및 생산성을 예측하는 데 도움이 될 것입니다.
SR은 DD와 KR의 도움을 받아 이 리뷰를 작성했습니다. 모든 저자는 이 리뷰에 제시된 연구에 실질적으로 기여했습니다.
저자들은 이 리뷰의 작성 및 출판을 위해 Anitox Corporation으로부터 자금을 지원받았음을 밝힙니다. 자금 지원 기관은 이 리뷰 논문에 표현된 견해와 결론 또는 출판 결정에 어떠한 영향도 미치지 않았습니다.
나머지 저자들은 본 연구가 잠재적 이해 충돌로 해석될 수 있는 어떠한 상업적 또는 재정적 관계 없이 수행되었음을 밝힙니다.
DD 박사는 아칸소 대학교 대학원의 우수 교육 펠로우십을 비롯하여 아칸소 대학교 세포 및 분자 생물학 프로그램과 식품 과학과의 지속적인 지원에 감사를 표합니다. 또한, 저자들은 본 리뷰 작성에 초기 지원을 제공해준 Anitox에 감사를 전합니다.
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