Biologiske vækstfremmere til svin

Der er i dag generel enighed om, at brugen af antibiotika i dansk svineproduktion skal begrænses i størst mulig udstrækning. Fra producentside skyldes dette bl.a. ønsket om at kunne levere svinekød, som er garanteret fri for restkoncentrationer, og som beviselig ikke kan give anledning til nogen form for overførsel af antibiotikaresistente bakterier eller lignende til mennesker. Derudover er et fortsat højt forbrug af svinekød formentlig betinget af, at svineproduktionen foregår under forhold, som er alment acceptabelt for forbrugere og meningsdannere. Det vil bl.a. sige en mere grøn produktion uden unødig brug af eksempelvis antibiotika.

Anvendelse af antibiotika i svineproduktion sker inden for tre hovedområder:

• sygdomsforebyggelse
• som diarré forebyggende midler i forbindelse med fravænning
• som vækstfremmere til slagtesvin

En reduktion af forbruget af antibiotika inden for alle tre hovedområder vil være særdeles ønskeligt. Et nyt forskningsprojekt, der ønskes igangsat ved Afd. for Dyrefysiologi og Biokemi i samarbejde med Danske Slagterier og danske industrivirksomheder, tager derfor udgangspunkt i at udvikle "grønne" produkter, der henholdsvis kan nedsætte, supplere og erstatte brugen af antibiotika i svineproduktionen. Hovedideen i projektet er at undersøge, hvorledes svinets naturlige mikroflora i mave-tarmkanalen kan styrkes evt. via tilsætning af gærkulturer, bakteriekulturer, enzymer eller oligosakkarider.

Mave-tarmkanalens naturlige mikroflora

Den naturlige mikroflora varierer meget ned gennem mave-tarmkanalen hos grise. Der findes ca. 1 milliard bakterier pr. gram indhold i maven, fulgt af et fald til ca. 100 millioner i den første trediedel af tyndtarmen, derefter stiger antallet til over 10 milliarder bakterier ned gennem tyndtarm, blindtarm og tyktarm (figur 1).

Bakteriefloraen i maven og tyndtarmen består fortrinsvis af streptokokker og laktobaciller, mens den altovervejende del af bakteriefloraen i blind- og tyktarmen består af strengt anaerobe bakterier som bakteroider, eubakterier, fusobakterier og peptostreptokokker. Populationen af coliforme bakterier i mave-tarmkanalen, varierer meget fra gris til gris.

Generelt anses mikrofloraen i mave og tyndtarm at konkurrere med værtsdyret om let omsættelige foderkomponenter, og som følge heraf anses en for stor mikrobiel aktivitet i tyndtarmen at have en negativ ernæringsmæssig effekt. Der er dog ingen tvivl om at en stabil naturlig mikroflora i mave og tyndtarm beskytter grise mod infektioner med potentielle patogene mikroorganismer som salmonella, enterotoksionogene colibakterier og colibakterier, der forårsager ødemsyge, m.v.

I modsætning til tyndtarmen anses den mikrobiologiske omsætning i blind- og tyktarmen af svært fordøjelige foderkomponenter og endogene produkter, at have en positiv ernæringsmæssig effekt på værtsdyret. Den hydrolytiske fordøjelsesfunktion i disse tarmafsnit, udføres som nævnt af en stor og divers population af strengt anaerobe bakterier. Mængden af bakterier er 10¹⁰ til 10¹¹ pr. gram tarmmateriale og der findes formentlig mere end 500 forskellige arter. Substratet for disse bakteriers fermentering, er først og fremmest foderrester, der ikke er omsat i mave og tyndtarm, såsom ikke-stivelses polysakkarider, resistente stivelser, proteiner og peptider. Derudover er værtsproducerede stoffer som glycoproteiner, afstødte epitelceller og fordøjelsesnzymer også vigtige substratkilder.

Alt tyder på, at den vigtigste faktor for mikrofloraens aktivitet i mave-tarmkanalen hos grise, er mængden og typen af det substrat, der er tilgængelig for mikroorganismerne. Det er således muligt gennem valg af fodersammensætning at påvirke mikrofloraens aktivitet i forskellige afsnit af mave-tarmkanalen. Specielt foderets fiberfraktion er af betydning for den mikrobielle aktivitet i mave-tarmkanalen. Også foderets struktur syntes at påvirke den mikrobielle aktivitet i mave-tarmkanalen.

Vækstfremmende antibiotika

Det er udbredt at anvende vækstfremmende antibiotika til at øge tilvækst og foderudnyttelse ved svineproduktion i Danmark. Effektiviteten ved at anvende vækstfremmende  antibiotika er veldokumenteret. Den daglige tilvækst øges med 5-6 procent og foderudnyttelsen med 3-4 procent. Mekanismen, hvorved vækstfremmende antibiotika virker, er dog stadig uklar. Flere teorier har været foreslået: 1) næringsstofferne absorberes bedre som følge af et tyndere tarmepitel i tyndtarmen, 2) flere næringsstoffer er tilgængelig for værtsdyret som følge af en reduceret mikrobiel aktivitet i tyndtarmen, 3) mængden af mikroorganismer, der forårsager subkliniske infektioner er reduceret, 4) den mikrobielle produktion af væksthæmmende toksiner og/eller metabolitter er reduceret.

De 10 antibiotika, der er godkendt som vækstfremmere til svin i Danmark, kan groft opdeles i to grupper. Gruppe 1, der består af carbadox og oliquindox, er overvejende aktiv mod gram-negative bakterier, og således også aktive mod colibakterier og salmonella. Disse antibiotika anvendes fortrinsvis i foderblandinger til smågrise og må kun anvendes til grisene er 16 uger.

Den anden gruppe af vækstfremmere består af zinkbacitracin, avoparcin, flavomycin, salinomycin, virginiamycin, avilamycin, spiramycin og tylosin. Disse vækstfremmere er fortrinsvis aktive mod gram-positive bakterier, som laktobaciller og streptokokker. Anvendelse af disse antibiotika reducerer grisenes naturlige bakterieflora i de forreste tarmafsnit. Dette bevirker en reduceret bakteriel omsætning af proteiner og kulhydrater (figur 2), hvilket igen medfører, at værtsdyret i større udstrækning kan udnytte det tilførte foder. Denne type vækstfremmere anvendes fortrinsvis til slagtesvin. De må anvendes helt frem til slagtetidspunktet. Reduktionen, i den naturlige bakteriepopulation i tyndtarmen, bevirker imidlertid at der sker en opblomstring af en sekundær flora af bl. a. gram negative bakterier. Det kan derfor ikke udelukkes, at brug af denne type vækstfremmere medfører en øget opformering og udskillelse af potentiel patogene bakterier som salmonella og colibakterier, med et større smittepres til følge. Der kan heller ikke ses bort fra, at brug af denne type vækstfremmere, helt frem til slagtetidspunktet, kan være en væsentlig årsag til de salmonella problemer der hersker i dansk svineproduktion.

Probiotika

Probiotika (levende mikrobielle kulturer) har gennem de seneste 10 - 15 år ofte været foreslået som alternativ til antibiotika. Generelt har man været af den opfattelse, at hvis en bakteriekultur skulle have nogen effekt som probiotika, skulle den: 1) være i stand til at etablere sig i mave-tarmkanalen, 2) have en høj vækstrate, 3) skulle kunne udskille metabolitter, der virker hæmmende på væksten af patogene bakterier og 4) skulle kunne dyrkes under industrielle forhold, og produktet skulle være veldefineret og holdbart.

Konceptet har således været at probiotika skulle gives til grisene én eller nogle enkelte gange hvorefter bakterien skulle etablere sig i mave-tarmkanalen, og der udkonkurrere de patogene mikroor­ganismer. Dette koncept har imidlertid aldrig givet overbevisende resultater.

Oligosakkarider

Inden for de seneste år har en del forsøg derimod antydet, at mikrobielle kulturer kan virke diarré forebyggende og vækstfremmende, hvis de gives løbende med foderet. Der har hersket en del debat om, hvorledes ikke levende mikrobielle kulturer kunne medføre denne positive effekt.

Udover anvendelse af ikke levende mikrobielle produkter, har der i udlandet (specielt Holland, Canada og England) også været vist interesse for at anvende oligosakkarider i små mængder som diarré forebyggende midler og som vækstfremmere, ligeledes med positive resultater.

Etableringen af tarmpatogener i mave-tarmkanalen hos grise er afhængig af en lang række komplekse interaktioner mellem værtsdyr og de patogene bakterier. De vigtigste virulensfaktorer er adhæsion til tarmoverflader, enterotoksinproduktion, invasion af tarmceller og etablering i lymfekirtler. De vigtigste værtsforsvarsmekanismer mod tarmpatogenerne er som tidligere nævnt aktiviteten af den normale mikroflora i mave-tarmkanalen, mucuslaget på tarmepitelet, tarmmotorikken og den lokale immunitet.

Det er i dag veldokumenteret, at en lang række patogene bakterier - herunder bl.a. enterotoksinogene colibakterier, colibakterier der forårsager ødemsyge og salmonella - hæfter sig til tarmepitelet ved hjælp af specifikke lectiner (proteiner) på bakteriernes overflader. Disse lectiner binder sig til kulhydratdelen af specifikke glycoproteiner på tarmepitelets overflade (figur 3). Udover mange patogene bakterier binder også mange toksiner og virus sig til disse glykoproteiner på tarmepitelets overflade (figur 3).

Det er ligeledes velkendt at mange bakteriearter og gærsvampe producerer oligo- og polysakkarider. Disse stoffer kan enten frigives til dyrkningsmediet eller forblive bundet til mikroorganismernes overflade. Meget tyder på at disse polysakkarider også er i stand til at binde til de patogene bakteriers lectiner, og derved forhindre at de patogene bakterier binder sig til tarmepitelets glykoproteiner (figur 4), hvilket igen medfører at de patogene bakterier ikke kan etablere sig i mave-tarmkanalen, men "vaskes ud" som følge af tarmmotorikken.

Det skal også nævnes, at somælk, specielt colostrum, indeholder mange oligosakkarider.

Udover at tilsætning af oligosakkarider til foderet kan bevirke, at patogene bakterier ikke kan binde sig til tarmepitelet i tyndtarmen, vil oligosakkariderne også medføre en øget fermentering i maven, den sidste del af tyndtarmen og i blind- og tyktarmen, med en stimulering af den naturlige bakterieflora til følge. En del af disse bakterier (og gær) vil udskilles med fæces. Da grise indtager en betydelig mængde fæces pr. dag, er en stabil mikroflora i fæces, formentlig afgørende for grisenes sundhedstilstand. Specielt for søer med pattegrise er dette vigtigt. Udvikling af specifikke oligosakkarider der fremmer specifikke bakterier eller gær syntes specielt lovende.

Gærceller

Som tidligere nævnt er gærceller kendt for at kunne binde patogene tarmbakterier. Vi har fundet, at såvel grise, der fodres med groft formalet foder, som udegående grise, der havde mulighed for at æde græs, havde en meget stor population af gærsvampe i maven, samtidigt med en reduceret mængde colibakterier i den resterende del af mave-tarmkanalen. Dette tyder meget kraftigt på, at grises normalpopulation af gærsvampe er i stand til at binde colibakterier og dermed reducere mængden af potentielt patogene bakterier i mave-tarmkanalen. Dette underbygges endvidere af, at vi også har fundet, at anvendelse af vådfoder - der indeholder mange gærsvampe - også reducerer populationen af coliforme bakterier i mave-tarmkanalen hos grise. Endelig bør det nævnes, at populationen af gær i mave-tarmkanalen hos grise reduceres kraftigt ved fravænning, netop på det tidspunkt hvor colidiarréer er hyppige.

Hos mennesker er det endvidere vist, at tildeling af gærkulturen Saccharomyces boulardii er i stand til at nedsætte de diarréer og colitis udbrud, der ofte følger en antibiotikabehandling. Gær kan formentlig tænkes at have samme effekt i grise efter endt antibiotika behandling, ved fravænning og når kobber indholdet i foderet nedsættes (ved skift fra smågrisefoder til slagtesvinefoder).

Det er således oplagt at undersøge, om det er muligt at udvikle specielle gærkulturer, bakteriekulturer eller oligosakkaridprodukter, der er i stand til at binde til patogene bakteriers lectiner, og derved forhindre, at disse bakterier kan etablere sig i mave-tarmkanalen.

Enzymer

Tilsætning af enzymer til foderet kan også vise sig at være en mulig løsningsmekanisme. Specielt enzymer, der nedbryder foderets fiberraktion, syntes lovende. Udover en bedre energetisk udnyttelse af foderet vil de mellemprodukter (poly- og oligosakkarider), der dannes, formentlig kunne binde sig til de patogene bakteriers lektiner og derved forhindre at disse bakterier etablerer sig i mave-tarmkanalen.