Melhorando a saúde animal com terapias para o microbioma intestinal

Nos últimos anos, tem havido uma ênfase crescente no microbioma intestinal e seu papel na saúde humana geral. Da mesma forma, a saúde animal está sendo cada vez mais compreendida através das lentes desse complexo ecossistema de microrganismos que desempenha um papel fundamental na digestão, imunidade e resistência a doenças. As pessoas estão preocupadas com o uso de antibióticos em animais de criação que se tornam nossas fontes de alimento, bem como com o bem-estar animal e a saúde de nossos animais de estimação — tudo isso relacionado ao microbioma intestinal.

Como resultado, pesquisadores estão explorando maneiras de proteger e melhorar a saúde animal por meio de estratégias alimentares e terapêuticas, algumas das quais são semelhantes ao mercado de suporte ao microbioma humano, e outras que são inovadoras para o reino animal.

A base da saúde animal

O microbioma intestinal compreende trilhões de microrganismos, incluindo bactérias, arqueias, vírus e fungos que residem no trato digestivo. Esses micróbios desempenham papéis essenciais na digestão de nutrientes, no desenvolvimento do sistema imunológico e na proteção contra patógenos. Um microbioma equilibrado favorece a eficiência alimentar, o crescimento e a resiliência em animais de criação e de companhia (veja a Figura 1). Perturbações no equilíbrio microbiano, conhecidas como disbiose, estão ligadas a distúrbios gastrointestinais, doenças metabólicas e redução da produtividade.

Analisamos a CAS Content Collection^TM, o maior repositório de informações científicas com curadoria humana, e constatamos uma evolução notável no cenário de pesquisa referente ao microbioma intestinal animal. De 2005 a 2024, houve uma tendência consistente de crescimento nas publicações de periódicos nesta área (veja a Figura 2). A comparação no destaque mostra que os animais de estimação têm um número ligeiramente maior de publicações do que os animais de criação, e os artigos de periódicos superam consistentemente as patentes em ambas as categorias.

Isso demonstra o foco crescente na saúde dos animais de estimação nos últimos anos e que a maior parte da pesquisa nesta área ainda não chegou à comercialização. No entanto, várias estratégias terapêuticas estão ganhando força com base em nossa análise. Como vemos na Figura 3A, muitas doenças estão associadas à disbiose do microbioma intestinal, sendo as condições gastrointestinais, metabólicas e relacionadas ao sistema imunológico as mais documentadas. A Figura 3B destaca estratégias terapêuticas voltadas para a restauração do equilíbrio microbiano, com probióticos e prebióticos recebendo a maior atenção em pesquisas. Essa comparação ressalta o crescente interesse científico em intervenções direcionadas ao microbioma para diversas condições de saúde.

Por exemplo, em animais de criação como gado, aves, suínos e pequenos ruminantes, a saúde intestinal está intimamente ligada à eficiência alimentar, ganho de peso, sucesso reprodutivo e resistência a doenças. Em animais de companhia, como cães e gatos, o microbioma afeta não apenas a digestão e a imunidade, mas também o humor, o comportamento, a condição da pele e a vitalidade geral. A disbiose em animais de estimação tem sido associada a condições crônicas, incluindo obesidade, alergias, doença inflamatória intestinal, câncer intestinal e ansiedade, destacando o amplo impacto do microbioma na nutrição e na qualidade de vida dos animais.

Abordagens terapêuticas atuais para modular a microbiota intestinal

Quando o microbioma intestinal se torna desequilibrado devido a fatores como uso de antibióticos, dieta inadequada, estresse ou infecções, pode ocorrer a disbiose, que se manifesta como distúrbios gastrointestinais, inflamação, problemas metabólicos e imunidade enfraquecida. Várias estratégias terapêuticas surgiram para tratar a disbiose:

Probióticos e prebióticos

Probióticos — micróbios benéficos vivos, como lactobacillus, bifidobacterium e enterococcus — desempenham um papel vital na melhoria da saúde intestinal animal. Eles ajudam a restaurar o equilíbrio microbiano, suprimir patógenos, melhorar a absorção de nutrientes e reduzir distúrbios gastrointestinais, especialmente durante períodos de estresse, transições alimentares e desenvolvimento inicial. Estudos em bezerros, leitões e iaques mostraram que dietas ricas em probióticos melhoram a morfologia intestinal, a diversidade microbiana, as respostas imunológicas e o desempenho de crescimento, ao mesmo tempo em que reduzem a inflamação e auxiliam na digestão. Tais evidências demonstram o potencial dos probióticos e simbióticos para promover uma produção pecuária livre de antibióticos e otimizar a microbiota intestinal para a saúde animal geral.

Prebióticos, como frutooligossacarídeos (FOS), inulina e mananoligossacarídeos (MOS), são fibras alimentares não digeríveis que estimulam seletivamente o crescimento de bactérias intestinais benéficas. Sua fermentação por micróbios intestinais leva à produção de ácidos graxos de cadeia curta (AGCC), notadamente butirato, acetato e propionato, que desempenham um papel crítico na manutenção da integridade da barreira intestinal, na redução da inflamação e no suporte à saúde metabólica.

Pós-bióticos

Pós-bióticos, que são metabólitos ou componentes estruturais produzidos por probióticos, como ácido lático e peptídeos, oferecem uma alternativa estável e não viva para melhorar a saúde animal. Quando adicionados à ração, eles podem modular as respostas imunológicas mucosas e sistêmicas, apoiando a integridade intestinal e reduzindo a inflamação. Um ensaio clínico recente da Admixture Research Company demonstrou o potencial dos pós-bióticos na saúde de animais de companhia. Em cães adultos, a forma pós-biótica tratada termicamente de Bifidobacterium animalis subsp. lactis CECT 8145 (PRIOME® MH) reduziu significativamente os níveis de glicose no sangue pós-prandial durante uma fase de perda de peso, sugerindo seu papel no suporte à saúde metabólica.

Transplante de microbiota fecal

O transplante de microbiota fecal (TMF) está ganhando reconhecimento como uma ferramenta terapêutica valiosa na medicina veterinária, com aplicações em animais de companhia e de produção. Em cães e gatos, o TMF mostrou-se promissor no tratamento de distúrbios gastrointestinais como diarreia associada a antibióticos, diarreia crônica e doença inflamatória intestinal (DII), melhorando significativamente os sintomas clínicos e restaurando o equilíbrio microbiano (Ref). Na pecuária, o TMF tem sido explorado em ruminantes como bezerros e vacas leiteiras para controlar a diarreia e até mesmo melhorar a saúde do úbere e a qualidade do leite em casos de mastite subclínica. Em suínos, particularmente em leitões, o TMF tem sido eficaz na redução da diarreia pós-desmame, no aumento do ganho de peso e na melhoria da composição da microbiota intestinal. Essas aplicações destacam o potencial do TMF para melhorar a saúde, a produtividade e o bem-estar animal.

Fagoterapia

A terapia com bacteriófagos é uma alternativa emergente aos antibióticos no tratamento de infecções bacterianas devido às suas múltiplas vantagens como medicamentos adaptativos. Estas incluem sua alta especificidade e sua capacidade de evoluir e se multiplicar no local das infecções. Aplicações promissoras incluem a prevenção de mastite em bovinos causada por Staphylococcus aureus, a mitigação da salmonelose em suínos devido a Salmonella enteritidis e o controle de Campylobacter jejuni e Salmonella Gallinarum em aves. Avanços recentes na engenharia genética, particularmente a integração de sistemas CRISPR/Cas9, aumentaram ainda mais a precisão e a eficácia da terapia com fagos.

Terapêuticas de próxima geração: Enfrentando a resistência antimicrobiana

Como visto nas abordagens terapêuticas atuais, como pré e probióticos, abordar o uso de antibióticos e a resistência relacionada a eles é importante. A resistência antimicrobiana (RAM) impacta a segurança alimentar, a saúde humana e o cuidado veterinário, pois o microbioma intestinal serve como um reservatório chave para genes de resistência antimicrobiana (ARGs). O uso indevido generalizado de antimicrobianos em animais de produção e de companhia acelerou a resistência, com a Ásia respondendo por 67% das estimadas 99.500 toneladas de uso global de antimicrobianos veterinários em 2020. Projeta-se que esse número aumente em 8% até 2030, ressaltando a necessidade de intervenções urgentes e coordenadas que considerem a complexa interação entre o uso de antimicrobianos, a interrupção do microbioma intestinal e o desenvolvimento de resistência.

Os esforços de pesquisa intensificaram-se em resposta, como refletido em um aumento constante nas publicações relacionadas à RAM dentro da CAS Content Collection nas últimas duas décadas (ver Figura 4). Várias estratégias inovadoras estão agora em desenvolvimento.

Intervenções focadas na sustentabilidade

Tratamentos focados no microbioma podem ajudar a melhorar a saúde animal e a sustentabilidade ambiental simultaneamente. Um estudo demonstrou que certas bactérias intestinais poderiam absorver e eliminar substâncias per e polifluoroalquil (PFAS), uma classe de poluentes ambientais persistentes. Em camundongos, esses micróbios reduziram os níveis sistêmicos de PFAS em até 75%, sugerindo um caminho promissor para estratégias de desintoxicação em animais.

Outro desenvolvimento inovador é o uso da tecnologia CRISPR para modificar probióticos que reduzem as emissões de metano em bovinos. Como o metano, um potente gás de efeito estufa, é produzido principalmente por arqueias metanogênicas no rúmen, modificar a composição microbiana no início da vida poderia reduzir significativamente as emissões sem afetar a produtividade, oferecendo uma solução sustentável para a indústria pecuária. Essa intervenção baseada no microbioma oferece uma estratégia sustentável para a indústria pecuária, especialmente considerando que as emissões da pecuária contribuem com aproximadamente 14,5% das emissões globais de gases de efeito estufa.  

Longevidade

Um estudo recente examinou perfis microbianos intestinais em coelhos e descobriu que certos micróbios, como Akkermansia e Christensenellaceae, estavam associados a vidas reprodutivas mais longas e maior resiliência. Essas descobertas sugerem que a seleção ou suplementação baseada no microbioma poderia ser integrada a programas de reprodução para aumentar a longevidade e a produtividade. Ao aproveitar ferramentas como o CAS Scientific Patent Explorer^TM, identificamos várias patentes mostrando um interesse comercial crescente neste campo.

Por exemplo, uma patente recente cobriu formulações probióticas estabilizadas para alimentos de animais de estimação que melhoram a palatabilidade e os resultados de saúde. Outras patentes focam em probióticos multicepas e abordagens terapêuticas para corrigir a disbiose em animais de produção e de companhia. Uma patente adicional descreve uma mistura de nutrientes microbianos projetada para melhorar a saúde intestinal e o desempenho animal.

Novas classes de antibióticos

Descobertas recentes estão introduzindo novos agentes antimicrobianos com atividade de amplo espectro e toxicidade mínima, que visam preservar a microbiota intestinal benéfica enquanto combatem patógenos. Um desses exemplos é o Lariocidin, um peptídeo lasso recém-identificado que demonstra eficácia potente em modelos animais e mostra potencial para superar mecanismos de resistência. Da mesma forma, uma proteína bioativa de ostras de Sydney demonstrou capacidade de romper biofilmes bacterianos e aumentar a eficácia de antibióticos contra a Staphylococcus aureus e a Pseudomonas aeruginosa resistentes a medicamentos, sem toxicidade observada ou grandes perturbações no microbioma.

Terapia fotodinâmica antimicrobiana

A terapia fotodinâmica antimicrobiana (aPDT) é uma abordagem inovadora que utiliza um fotossensibilizador ativado por luz na presença de oxigênio para produzir espécies reativas de oxigênio (EROs), que eliminam patógenos de forma eficaz. Na medicina veterinária, a aPDT tem se mostrado promissora no tratamento de mastite em bovinos e ovinos, bem como em infecções de pele e otites em animais de pequeno porte. Estudos demonstraram sua eficácia contra várias bactérias causadoras de mastite e cepas multirresistentes. No entanto, as limitações incluem a natureza tópica da aplicação do fotossensibilizador devido à fotossensibilidade sistêmica e à toxicidade potencial, o que requer mais investigação antes de um uso mais amplo na saúde animal.

Peptídeos antimicrobianos

Os peptídeos antimicrobianos (AMPs) estão ganhando atenção como alternativas inovadoras aos antibióticos convencionais na pecuária e no cuidado de animais de estimação. Esses peptídeos, classificados em tipos sintetizados de forma não ribossômica e ribossômica, exibem potente atividade bactericida contra inúmeros patógenos. Os AMPs não ribossômicos, como a polimixina e a bacitracina, têm como alvo as membranas bacterianas e a síntese da parede celular, enquanto os AMPs sintetizados de forma ribossômica, incluindo bacteriocinas como a nisina e a pediocina, interrompem vias biossintéticas e processos celulares fundamentais. Sua biodegradabilidade, impacto ambiental mínimo e compatibilidade com outros tratamentos os tornam candidatos atraentes para aditivos alimentares e agentes terapêuticos. Apesar dessas vantagens, no entanto, permanecem desafios como os altos custos de produção, espectros antibacterianos estreitos, toxicidade potencial e problemas de estabilidade durante a administração e o transporte. Avanços na engenharia genética e de proteínas estão ajudando a superar essas limitações, abrindo caminho para que os AMPs desempenhem um papel mais proeminente na gestão sustentável da saúde animal.

Estratégias imunomoduladoras

Melhorar o sistema imunológico natural dos animais por meio de estratégias imunomoduladoras oferece uma alternativa promissora às abordagens antimicrobianas tradicionais. Os principais métodos incluem o uso de pró, pré, pós e sinbióticos, que apoiam um microbioma intestinal saudável e reforçam a resistência a patógenos nocivos. Imunoestimulantes também são empregados para ativar e fortalecer as respostas imunes, reduzindo assim a dependência de antibióticos. Além disso, programas de vacinação direcionados desempenham um papel crucial na prevenção de infecções causadas por patógenos resistentes, oferecendo proteção proativa e contribuindo para a saúde geral do rebanho e o controle de doenças.

Fitoquímicos

Fitoquímicos são compostos bioativos derivados de plantas com benefícios comprovados para a saúde. Suas propriedades antimicrobianas, juntamente com sua capacidade de aumentar a absorção de nutrientes, melhorar a saúde intestinal e reduzir a deterioração, tornam-nos alternativas naturais promissoras aos antibióticos na produção de ruminantes, suínos e aves.

Nanopartículas

As nanopartículas estão surgindo como alternativas promissoras aos antibióticos na saúde animal devido aos seus mecanismos antimicrobianos únicos e propriedades físico-químicas. Nanopartículas de prata, cobre e compostas demonstraram forte eficácia in vitro contra patógenos que causam mastite, infecções uterinas e doenças nos cascos em gado leiteiro. Sua capacidade de romper membranas bacterianas, gerar espécies reativas de oxigênio e danificar estruturas intracelulares oferece uma nova abordagem para combater micróbios resistentes a medicamentos. Embora estudos iniciais sugiram segurança em baixas concentrações, preocupações sobre citotoxicidade e bioacumulação destacam a necessidade de mais pesquisas in vivo antes da aplicação veterinária generalizada.

Ozonoterapia

A ozonoterapia está ganhando atenção como uma alternativa segura e eficaz aos antibióticos na medicina veterinária. Suas fortes propriedades oxidantes permitem eliminar bactérias ao romper membranas celulares e o DNA, ao mesmo tempo em que oferece efeitos imunomoduladores e antioxidantes em baixas doses. Utilizado em bovinos, ovinos, caprinos e equinos, o ozônio tem demonstrado sucesso no tratamento de mastite, metrite e distúrbios reprodutivos sem deixar resíduos no leite ou na carne, evitando assim períodos de carência.

Nutrigenética: Alimentação sob medida

Seja em humanos ou animais, a dieta está intimamente ligada à saúde do microbioma intestinal. A nutrigenética, o estudo de como as variações genéticas influenciam a resposta de um animal aos nutrientes, está transformando os serviços de saúde animal ao permitir uma nutrição de precisão adaptada aos perfis genéticos. Essencialmente, essa abordagem reconhece que as variações genéticas individuais afetam a forma como os animais metabolizam os nutrientes e respondem às intervenções dietéticas, com implicações diretas para a diversidade do microbioma e a prevalência de genes de resistência antimicrobiana.

Em nível molecular, os nutrientes interagem com os genes por meio de vários mecanismos (veja a Figura 5). Compreender esses mecanismos permite o desenvolvimento de dietas direcionadas que apoiam a expressão gênica ideal, o desempenho fisiológico e a composição benéfica do microbioma, reduzindo a pressão seletiva para a resistência antimicrobiana.

Figura 5: Mecanismos moleculares pelos quais os nutrientes interagem com os genes.

Aplicações e benefícios para a saúde

• Pecuária: A nutrigenética encontrou aplicações extensas na pecuária, oferecendo estratégias nutricionais direcionadas que se alinham aos perfis genéticos para melhorar a saúde e a produtividade. Pesquisas revelaram que a genética do hospedeiro pode influenciar a composição microbiana intestinal, com variações genéticas específicas afetando a eficiência alimentar por meio de vias mediadas pelo microbioma. Em aves, o perfil genético permitiu a formulação de rações que aumentam as taxas de crescimento, a eficiência de conversão alimentar e a resiliência imunológica, promovendo comunidades microbianas benéficas que resistem à colonização por patógenos. Em suínos, as abordagens nutrigenéticas ajudaram a identificar animais com características superiores de utilização de nutrientes, permitindo uma alimentação de precisão que apoia o desempenho reprodutivo e reduz o desperdício. Da mesma forma, em gado leiteiro, dietas baseadas no genótipo demonstraram melhorar a produção de leite e reduzir a incidência de distúrbios metabólicos, como cetose e acidose. Indo além da pecuária tradicional, ovinos e caprinos estão sendo estudados quanto a características nutrigenéticas que influenciam a eficiência reprodutiva, a função imunológica e a adaptação a ambientes com escassez de nutrientes.

• Equinos: A nutrigenética está sendo explorada em cavalos para gerenciar síndromes metabólicas, apoiar o desempenho em cavalos de esporte e prevenir condições como a laminite por meio de estratégias nutricionais personalizadas. Essas aplicações são relevantes em ambientes competitivos e terapêuticos, onde a saúde e a recuperação ideais são essenciais.

• Animais de companhia: A nutrigenética está ganhando força no manejo de condições de saúde específicas de raças em cães e gatos, como obesidade, alergias alimentares e distúrbios metabólicos. Dietas personalizadas baseadas em predisposições genéticas estão sendo desenvolvidas para melhorar a longevidade e o bem-estar geral. Essas abordagens também favorecem a saúde imunológica e digestiva, contribuindo para uma melhor qualidade de vida e menos intervenções veterinárias.

Olhando para o futuro, a integração bem-sucedida da nutrigenética na nutrição animal dependerá de várias prioridades estratégicas: simplificar os processos de triagem genética, desenvolver modelos de alimentação escaláveis e adaptáveis que considerem as interações do microbioma, expandir a pesquisa para incluir espécies sub-representadas e estabelecer estruturas regulatórias claras. Ao adotar esses avanços, produtores, veterinários e tutores de animais podem migrar de abordagens alimentares genéricas para estratégias de nutrição de precisão que se alinhem ao potencial genético e às necessidades de saúde de cada animal.  

Saúde intestinal significa bem-estar animal geral

Promover a saúde animal exige uma abordagem holística que integre a ciência do microbioma intestinal, insights nutrigenéticos e alternativas inovadoras à resistência antimicrobiana. Juntas, essas áreas oferecem ferramentas poderosas para fortalecer a imunidade, otimizar a nutrição e reduzir a dependência de antibióticos. À medida que compreendemos melhor a importância do microbioma intestinal, novas descobertas serão aplicadas não apenas à saúde humana, mas também às fontes de alimento e aos animais de companhia que interagem conosco e com nosso ambiente.

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