+7 495 641 32 16
Мисма Клуб
❯ Альфа-монолаурин

Альфа-монолаурин

Альфа-монолаурин: моноглицериды – будущее органических кислот?

Органические кислоты, такие как муравьиная, масляная, яблочная, молочная и другие используются в кормлении животных уже продолжительное время и доказали свою высокую эффективность. Используют их с различными целями: как для снижения кислотосвязывающей способности кормов и повышения усвоения питательных веществ, так и для консервации кормов и антибактериального действия в желудочно-кишечном тракте у животных. Также, именно органические кислоты в связке с другими добавками, рассматривают в качестве перспективной замены кормовым антибиотикам.

I. Соединения органических кислот, используемые в кормлении животных

Короткоцепочечные жирные кислоты хорошо проникают через клеточные стенки грамотрицательных бактерий (E.coli, Salmonella spp. и другие) и подавляют их рост и развитие, но малоэффективны против грамположительных бактерий, чья толстая клеточная стенка не подвержена действию большинства органических кислот, применяемых в кормах.

Принцип действия альфа монолаурина 

Среднецепочечные жирные кислоты (СЦЖК) - каприловая, каприновая и лауриновая кислоты, в отличие от большинства кислот имеют выраженное действие именно на грамположительные микророганизмы (Clostridium spp., Listeria spp., Staphylococcus spp. и другие) поэтому лауриновую кислоту последние годы все чаще используют для борьбы с такими заболеваниями как некротический энтерит у бройлеров и стрептококкоз свиней. Действие СЦЖК против грамотрицательных бактерий выражено в меньшей степени, поэтому рекомендуется использовать лауриновую/каприловую кислоту в комбинациях с короткоцепочечными органическими кислотами или другими антибактериальными препаратами, например, фитобиотиками.

При всех преимуществах органически кислот в кормлении, они также имеют и недостатки:
1. Коррозийность – органические кислоты приводят к порче оборудования комбикормовых и премиксных заводов.
2. Раздражающее действие – если они дозируются вручную, сотрудникам необходимо использовать маски, перчатки и защитные очки, чтобы избежать повреждения кожи и слизистых.
3. Неприятный вкус и запах для животных – высокие дозировки органических кислот в кормах могут привести к снижению потребления корма, что обязательно отразится на продуктивности.
4. Зависимость от pH – кислоты диссоциируют в зависимости от водородного показателя среды. 

Например, константа диссоциации муравьиной кислоты равна 3,75 ед. pH, то есть эта кислота нейтрализуется в двенадцатиперстной кишке животного и уже не оказывает своего действия в большей части тонкого кишечника и в толстом кишечнике. Для предотвращения разрушения кислот прибегают к различным технологическим ухищрениям, таким как защита кислот жировой капсулой для замедленного высвобождения на всем протяжении ЖКТ как в продукте Менацид 130 и Менацид 330 или защита буферными солями для прохождения желудка без диссоциации, как в продукте Бутирекс С4. Но в любом случае, преимущества органических кислот перевешивают их недостатки и в настоящее время сложно оспорить их эффективность в рационах. 

II. Моноглицериды органических кислот 

Значительную часть функций органических кислот могут перенять на себя моноглицериды органических кислот. На примере альфа-монолаурина (1-моноглицерид лауриновой кислоты) рассмотрим их строение:

  формула — копия

Моноглицериды представляют собой соединение органической кислоты с многоатомным спиртом глицерином. От чистых органических кислот и их солей моноглицериды выгодно отличаются по многим параметрам:

1. Некоррозийны – из-за отсутствия свободных ионов водорода, моноглицериды не взаимодействуют с металлами или компонентами кормов, то есть не приводят к порче оборудования или снижению питательности комбикорма.
2. Не раздражают слизистые – при ручном дозировании сотрудникам нет необходимости использовать перчатки или респираторы.
3. Нейтральный вкус и запах – введение моноглицеридов в рацион не приводит к снижению потребления корма, нет необходимости скрывать их вкус или запах. 
4. Термостабильны – не разрушаются при гранулировании или экструдировании кормов даже при 160 ºС!
5. pH резистентны – моноглицериды не имеют константы диссоциации, то есть не нейтрализуются в желудке и кишечнике и сохраняют свою эффективность на всем протяжении желудочно-кишечного тракта.

Основные минусы чистых органических кислот у моноглицеридов полностью отсутствуют. При этом, антибактериальный эффект α-монолаурина в 27 раз выше, чем у лауриновой кислоты! Но стоит учитывать то, что моноглицериды из-за особенностей молекулы не способны подкислять содержимое желудка и кишечника, то есть эти соединения эффективно дополняют органические кислоты в рационах, а не заменяют их.

Сравнение антибактериального действия лауриновой кислоты и её α-моноглицерида, МИК, μg/мл

Компонент Streptococcus A Streptococcus B Corynebacterium Candida S.Aureus S.Epidermis
Лауриновая к-та 1,24 2,49 0,124 2,49 2,49 2,49
Монолаурин 0,045 0,045 0,09 0,09 0,09 0,09
Усиление эффекта 27,6х 55,3х 1,4х 27,7х 27,7х 27,7х
Hierholzer & Kabara, 1982

III. Моноглицериды – различия в строении

При выборе продукта на основе моноглицеридов стоит обратить внимание на принципиальную разницу между 1-моноглицеридами (альфа-монолгицеридами) и 2-моноглицеридами – разница в их эффективности очень велика, и это в первую очередь связано с особенностями их усвоения. Для того, чтобы разобраться, как эти соединения усваиваются, нужно вспомнить основы усвоения жиров (триглицеридов органических кислот) на примере трилаурина, лауриновая кислота в составе которого обладает некоторым антибактериальным действием: 

ди и триглицериды

При переваривании, триглицериды (в т.ч. трилаурин) абсорбируются в виде 2-моноглицеридов и свободных жирных кислот после того, как жир эмульгируется и гидролизуется в процессе переваривания. Переваривание жира начинается с воздействия на него лингвальной и желудочной липазы, которые не нуждаются в присутствии желчных солей. Переваривание жира продолжается в двенадцатиперстной кишке, где образуются мицеллы. Под воздействием панкреатической липазы в жировых каплях происходит гидролиз триглицеридов с разрывом связей в позициях sn–1 и sn–3 и образованием свободных жирных кислот и 2-моноглицеридов. Высвобожденная в результате этого процесса свободная лауриновая кислота будет обладать определенным антибактериальным действием. Далее желчь, эмульгирует жир, что является необходимым этапом образования мицелл. Колипаза, которая синтезируется поджелудочной железой, способствует перемещению свободных жирных кислот и 2-моноглицеридов из жировой капли в мицеллы.

Всасывание жиров в стенку кишки происходит в большей степени путем пассивной диффузии жирных кислот и 2-моноглицеридов. После всасывания в энтероциты, 2-моноглицериды и свободные жирные кислоты реэтерифицируются с помощью специфических 2-моноглицерид ацилтрансфераз в триглицериды, которые включаются в хиломикроны для их системного распределения.

2 монолаурин

Как мы видим, в результате переваривания жира в организме образуются 2-монолглицериды, которые не обладают какой-либо антибактериальной активностью! 2-моноглицериды в любом случае будут усваиваться как жир и не будут обладать каким-либо эффектом кроме обеспечения организма энергией.

Метаболизм 1-моноглицеридов (в том числе альфамонолаурина) осуществляется иначе. В просвете кишечника липазы не распознают альфа-моноглицериды как субстрат, то есть не способны разрушить связь между глицерином и кислотой в позиции sn-1, а после всасывания в энтероциты 1(3)-моноглицериды почти не распознаются как субстрат ацилтрансферазы, по этой причине моноглицериды большей частью перенаправляются в портальную вену и циркулируют в токе крови (где альфамонолаурин и оказывает свое антибактериальное и антивиральное действие), пока не будут подвергнуты β-окислению (как и свободные жирные кислоты) в различных тканях.

IV. Механизм антибактериального действия моноглицеридов

Как было упомянуто ранее, 2-моноглицериды не обладают антибактериальным действием, а 1-моноглицериды имеют как антибактериальное, так и противовирусное действие.  Это связано с тем, что эти молекулы имеют разную пространственную структуру и из-за этого разные свойства. Липаза не распознает альфа-монолаурин как жировой субстрат, а многие бактерии используют глицерин в качестве источника энергии, но не способны отличить глицерин от альфа-монолаурина, что также играет роль в его антибактериальном действии.

молекула монолаурина

Механизм действия моноглицеридов среднецепочечных жирных кислот на данный момент полностью не изучен, но известно, что альфа-монолаурин взаимодействует с мембранами грам+ микроорганизмов и посредством этого действия оказывает бактериостатическое и бактерицидное действие. Наличие как минимум 2-х механизмов действия препятствует развитию резистентности к α-монолаурину у микроорганизмов, поэтому эта молекула всерьез рассматривается как альтернатива антибиотикам.

Сравнение антибактериального действия антибиотиков и α-монолаурина, МИК, μg/мл  

Антибиотик S.Aureus S.Aureus
BAA-42 MBC
S.Aureus
BAA-14154 MBC
Монолаурин 1,25 2,5 15
Ванкомицин 2,5 5 30
Пенициллин 5 5 35
Стрептомицин 5 5 40
Амоксициллин 5 5 25
Метициллин 2,5 2,5 25
Manohar et al., 2013 

Schlievert & Peterson (2012) провели обширные исследования, пытаясь вызвать устойчивость Staphylococcus aureus к монолаурину. К большинству антибиотиков этот организм вырабатывает резистентность либо в результате модификации мишени, либо путем приобретения гена, кодирующего белок, который позволяет организму обходить антибактериальное вещество или блокировать его. Несмотря на то, что в течение года стафилококк подвергали действию монолаурина в концентрациях, подавляющих рост, не было зафиксировано ни одного мутанта, у которого бы развилась устойчивость к монолаурину. Точно так же не было выявлено мутантов, у которых была бы повышена продукция веществ, которые инактивируют монолаурин. Полученные этими исследователями данные подтверждают, что существует вероятность наличия нескольких бактериальных мишеней для монолаурина, поэтому возникновение устойчивости маловероятно.

В отличие от большинства антибиотиков, α-монолаурин не имеет одной мишени, а взаимодействует с многими системами передачи сигналов в мембране и нарушает их (рассеивание мембранного потенциала и градиентов pH): в малых концентрациях монолаурина это приводит к подавлению выработки экзотоксинов бактериальных клеток, а при большой концентрации и к гибели патогенов.

Высокая липофильность и сильная эмульгирующая способность моноглицеридов широко применяется в пищевой промышленности. Но эти же свойства обеспечивают и высокую эффективность монолаурина как антибактериального вещества. Из всех среднецепочечных жирных кислот, лауриновая кислота и её производное α-монолаурин обладают самым выраженным антибактериальным эффектом за счет того, что длинна углеродной цепи из 12 молекул углерода лауриновой кислоты равна половине ширины мембранного бислоя. Молекулы монолаурина встраиваются во внешний слой мембран грамположительных бактерий и образуют в нем поры. Этот механизм действия сходен с действием лизоцима, некоторых производных тетрамовых кислот и антибиотика реутерина, который вырабатывается одним из представителей нормофлоры кишечника - Lactobacillus reuteri. По всей видимости, схожесть механизма действия монолаурина с естественными метаболитами нормофлоры и иммунитета организма обеспечивает невосприимчивость большинства лактобактерий к этому соединению (Schlievert et al., 2012).
  
Основная цель применения монолаурина – контроль грам+ патогенов, но на этом его функционал не заканчивается. Он также обладает прямым вирулицидным действием на вирусы с липидной оболочкой, благодаря порообразованию в их липидной оболочке пор, способности препятствовать слиянию вируса с клетками кишечного эпителия, а также благодаря способности монолаурина предотвращать воспаление слизистой оболочки кишечника, необходимое для проникновения некоторых вирусов через поверхность слизистой. Самыми распространенными в животноводстве вирусами с липидной оболочкой можно считать вирусы репродуктивно-респираторного синдрома свиней, вирус гриппа, вирусы болезни Марека, Ньюкасла. Но важно отметить то, что монолаурин не может считаться средством для лечения вирусных заболеваний, он лишь снижает негативные последствия вспышек таких заболеваний (снижение падежа, поддержание продуктивности).
  
Все вышеупомянутое демонстрирует огромный потенциал α-монолаурина в кормлении в качестве альтернативы многим антибиотикам, а также как средства для профилактики некоторых вирусных заболеваний. Высокая термостабильность, отсутствие зависимости от pH среды, возможность функционировать как в кишечнике, так и в тканях организма позволяют рассматривать монолаурин в качестве особой, более совершенной формы лауриновой кислоты для обеспечения высокой рентабельности вашего производства.

Компания Мисма является эксклюзивным поставщиком Nova ML (100% альфа-монолаурин) на территории РФ.

Материал подготовлен техническим отделом компании Мисма, сентябрь 2020г.