Fitase e mio-inositol: oportunidades para melhor eficiência na produção de aves e suínos

As fitases exógenas têm sido usadas comercialmente desde o início dos anos 90, como uma bem sucedida ferramenta para reduzir o impacto ambiental da produção pecuária industrial e melhorando a lucratividade aves e suínos (Selle & Ravindran, 2007). Estes benefícios de redução de custos e benefícios de sustentabilidade são obtidos principalmente pela capacidade da fitase de liberar o fósforo do fitato. A degradação deste composto de baixa digestibilidade melhora a retenção fitato-fósforo dos animais e reduz a necessidade de usar fontes de fósforo inorgânico na dieta.

A hidrólise de fitato, no entanto, também promove diversos efeitos fisiológicos adicionais nos animais, que vão além do fósforo. Estes benefícios adicionais incluem a retenção de aminoácidos, microminerais, cálcio e energia. A fitase também oferece melhoras no desempenho que vão além das expectativas associadas simplesmente com a liberação de nutrientes (Cowieson et al., 2011). A causa exata destes benefícios maiores, entretanto, ainda não é bem entendida. Novas pesquisas conduzidas pela DSM revelaram novas e importantes percepções dos efeitos "extra-fosfóricos” da fitase, particularmente no papel de mio-inositol.

O que é fitato?

Fitato é a principal reserva de fósforo de muitas plantas e um anti-nutriente quando presente na dieta. Por meio de mecanismos eletrostáticos reduz a solubilidade da proteína e diversos cátions, impedindo a digestão e aumentando a perda endógena de nutrientes (Cowieson & Ravindran, 2007). Estes efeitos negativos podem ser substanciais, ainda que a exata magnitude dependa de uma variedade de fatores, incluindo a concentração do fitato, a fonte de proteína e o balanço cátion/ânion (Cowieson et al., 2011; Bye et al., 2013).

É bem conhecido o fato de que a fitase melhora a digestibilidade do fósforo e reduz os efeitos antinutricionais do fitato. Contudo, numerosos estudos identificaram que seus efeitos sobre o desempenho vão bastante além do que seria explicado logicamente por apenas estas duas atividades. Isto é particularmente verdadeiro para a assim chamada “superdosagem” de fitase (Cowieson et al., 2011).

Medindo o impacto da fitase

Tradicionalmente, a fitase tem sido usada para reduzir os custos da dieta, substituindo as fontes de fosfato inorgânico. Ocasionalmente também tem sido usada para substituir fontes de energia como gordura de origem animal ou vegetal, bem como para permitir a redução de calcário, aminoácidos sintéticos e sais nas dietas. A efetividade destas substituições pode ser relacionada a uma matriz de liberação de nutrientes para um determinado produto, em uma concentração de inclusão definida. O valor obtido irá depender simplesmente dos preços “sombra” dos vários nutrientes e ingredientes substituídos – uma medida que facilmente pode ser calculada.

Como todas as enzimas, os efeitos da fitase após a dosagem seguem uma curva log-linear. Duplicar a dose padrão resulta em um aumento na eficácia de cerca de 30% e duplicando uma segunda vez haverá um aumento adicional de apenas 18% (Selle & Ravindran, 2007). Esta resposta log-linear, portanto, torna difícil justificar doses elevadas, não convencionais. Na teoria, o retorno sobre o investimento deve diminuir com cada unidade adicional de atividade.

No entanto, como o valor criado pela fitase pode ir além dos benefícios obtidos apenas pela liberação de nutriente, estas abordagens não levam em conta o impacto total da suplementação de fitase. Por isso, a atenção de pesquisadores tem começado a se desviar da liberação de fósforo e reduções antinutricionais, passando a enfocar de modo bastante claro no papel do mio-inositol.

Explorando o papel do mio-inositol

Mio-inositol é uma molécula de poliálcool cíclico, com uma fórmula semelhante à da glicose, que forma a parte central da molécula de um fitato. Na nutrição, o papel do mio-inositol não está claro e é uma área ativa para pesquisas, particularmente na dietética humana.

Foi verificado, no entanto que mio-inositol tem propriedades e funções metabólicas semelhantes às da insulina, estimulando a translocação de GLUT4 (o principal transportador em mamíferos de glicose sensível à insulina) para a membrana plasmática. Isto sugere que possa regular o transporte de glicose, a gliconeogênese e a deposição de proteína em mamíferos (Dang et al., 2010; Yamashita et al., 2013).

Até recentemente, entretanto, os efeitos do mio-inositol nas aves eram considerados diferentes dos efeitos em mamíferos, uma vez que as espécies aviárias geralmente não têm GLUT4. Uma pesquisa recente desafiou esta conclusão. Verificando que na verdade muitas espécies de aves, incluindo as aves domésticas, respondem a insulina (Tokushima et al., 2005; Sweazea & Braun, 2006). Realmente, quando administrado por via oral, mostrou-se que mio-inositol melhora o desempenho de frangos de corte (Cowieson et al., 2013; Zyla et al., 2013).

Para melhor esclarecer o papel exato de mio-inositol na resposta fitase nas aves, foram realizados dois estudos recentemente pela DSM para examinar o efeito de RONOZYME® HiPhos GT (uma fitase comercialmente disponível) sobre as concentrações plasmáticas de mio-inositol (Cowieson et al., 2014).

Efeito da fitase sobre o mio-inositol plasmático

Nos dois experimentos, foi feita a recria de um grupo de pintos de corte Ross por um período de três a quatro semanas após a eclosão, utilizando uma dieta à base de milho/soja, contendo fósforo e cálcio disponíveis em quantidades insuficientes (Controle Negativo [CN]). Um grupo controle adicional recebeu uma dieta contendo fósforo e cálcio em teores suficientes (Controle Positivo [CP]). As duas dietas foram suplementadas com RONOZYME® HiPhos, de 1000 a 3000 FYT/kg.

Além da métrica padrão de desempenho (isto é, características ósseas e retenção mineral), foram medidas as concentrações plasmáticas de mio-inositol por espectrometria de massa, usando um sistema UPLC-TQD system (Water, MA 01757, Milford, EUA). Estas mensurações foram registradas com base no método descrito por Leung et al. (2011).

Em geral, os efeitos da fitase sobre desempenho, resistência óssea e retenção mineral foram os esperados (Cowieson et al., 2014). A fitase melhorou (P<0,01) o ganho de peso, a taxa de conversão alimentar, cinzas da tíbia e a retenção de fósforo, cálcio e sódio. Além disso, a adição de fitase aumentou (P<0,001) as concentrações plasmáticas de mio-inositol de cerca de 50mg/l para quase 70mg/l (Fig.1). estes efeitos foram refletidos em um melhor ganho de peso corporal (Fig. 2).

O impacto da fitase sobre o desempenho, a digestibilidade de fósforo e cálcio e cinzas da tíbia de frangos de corte tem sido amplamente relatado ao longo das duas últimas décadas (Selle et al., 2009). Resultados dos estudos atuais apoiam a pesquisa anterior, comprovando que a fitase melhora a retenção de fósforo e cálcio, bem como a métrica dos ossos. Os estudos também confirmam achados anteriores de que a suplementação de fitase melhora o desempenho das aves alimentadas com uma dieta com nível subótimo de fósforo e cálcio disponível.

No entanto, os resultados do grupo controle revelaram que a adição de fitase a uma dieta com fósforo e cálcio suficiente promove um melhor ganho de peso corporal, sugerindo que efeitos extra-fosfóricos possam ser os responsáveis. É possível que a adição de fitase tanto às dietas CP como as CN tenha resultado em um aumento da digestibilidade de aminoácidos, que pode estar associado com uma redução do fluxo de aminoácidos endógenos (Cowieson & Ravindran, 2007). Entretanto, a maior concentração de mio-inositol no plasma de aves alimentadas com dietas contendo fitase sugere que uma parte dos efeitos “extra-fosfóricos” pode ter sido mediada por meio de mecanismos envolvendo o mio-inositol.

Novos achados sobre a eficiência da fitase

O efeito da adição de fitase sobre as concentrações plasmáticas de mio-inositol foi claramente demonstrado nos dois estudos. De fato, as concentrações aumentaram de 39 mg/l no CP0 para 67 mg/l no CN3000 (71%; P<0,001) no primeiro experimento, e de 45mg/l no CP0 para 63mg/l no CN2000 (40%; P<0,001) no segundo (Figura 1). É interessante que, no primeiro experimento, a concentração de mio-inositol tenha sido aumentada (43%; P<0,01) de 39 mg/l para 56 mg/l pela remoção de cálcio e de fósforo disponível da dieta (encontrado comparando os grupos CN e CP). Este efeito pode estar associado a um aumento na digestibilidade de fitato-fósforo no grupo CN em comparação com o grupo CP, uma vez que baixas concentrações de cálcio e fósforo muitas vezes resultam em níveis maiores de digestibilidade de fósforo.

Estudos anteriores mostraram que baixas concentrações de cálcio assistem a digestibilidade de fitato-fósforo por meio da solubilidade do fitato aumentada e prolongada e a possível cooperatividade com fosfatases mucosas no intestino delgado (Tamim et al., 2004; Wilkinson et al., 2013). Estudos da DSM confirmam que o efeito do cálcio e do fósforo disponível da dieta sobre mio-inositol é importante. Os resultados mostram também que as dietas com alta concentração basal de cálcio podem ter reduzido as concentrações de mio-inositol.

Dados DSM existentes sugerem que as concentrações plasmáticas de mio-inositol na linha de base em frangos de corte estejam em torno de 30 mg/l e em suínos em torno de 5-10 mg/l. estes dados também indicam que estes valores são mais baixos em animais alimentados com rações com altos níveis de cálcio (Guggenbuhl et al., 2013; Cowieson et al., 2014). Por isto, o comprometimento do desempenho e da digestibilidade de nutrientes em dietas ricas em cálcio (Selle et al., 2010) podem estar ligados à solubilidade reduzida do fitato e menores concentrações plasmáticas de mio-inositol. O aumento no mio-inositol plasmático associado à adição de fitase é uma descoberta muito importante nos novos estudos da DSM e podem explicar porque os efeitos da fitase vão, muitas vezes, além do esperado pelos valores de liberação de nutrientes.

Efeito do mio-inositol simulando a insulina

Como mencionado anteriormente, o mio-inositol simula o papel da insulina. Tem o mesmo efeito sobre GLUT4 que o aumento das concentrações glicêmicas, controlando as concentrações circulantes de glicose. Uma complicação para o entendimento de como isto melhora o desempenho das aves é que as espécies aviárias não possuem GLUT4, o que significa que este efeito de simulação deveria, teoricamente, estar restrito a suínos e outros mamíferos.

No entanto, as aves são sensíveis à insulina e é provável que haja transportadores alternativos de glicose nas aves e que estariam envolvidos com estes efeitos (Tokushima et al., 2005; Sweazea & Braun, 2006). Como a fitase aumenta o mio-inositol no plasma dos pintos, pode ser que tenha um efeito semelhante ao da insulina, possivelmente por meio da estimulação de vias ‘downstream’ de insulina e IGF-1, como fosfatidilinositol-3-quinase, Akt e mTOR (vias responsáveis pela deposição de proteína). Este mecanismo pode explicar porque a adição de fitase – particularmente na inclusão de altas concentrações – tem benefícios positivos sobre o ganho de peso e taxa de conversão alimentar, que vão além da soma dos efeitos sobre a digestibilidade de nutrientes.

Oportunidades estimulantes com fitase

A pesquisa da DSM trouxe novas percepções reveladoras sobre a efetividade da fitase microbiana na melhora da digestibilidade de cálcio e fósforo e melhorando o desempenho, quando as aves são alimentadas com dietas com níveis insuficientes de cálcio e fósforo disponível. Os novos dados sugerem que os efeitos extra-fosfóricos da fitase podem se estender desde uma melhor digestibilidade de aminoácidos e microminerais até aumentos substanciais na concentração plasmática de mio-inositol.

Ainda que outras pesquisas sejam necessárias para avaliar a importância do mio-inositol para pintos e seu papel simulando a insulina, um corpo de evidências similares confirmou o importante papel do mio-inositol na promoção de crescimento. Ainda que historicamente a fitase tenha sido considerada uma ferramenta eficaz para melhorar a retenção de fósforo e reduzir os efeitos antinutricionais do fitato, surgiu um terceiro mecanismo que pode ser muito importante para os efeitos benéficos observados.