Javítható-e a táplálékfehérje bélben történő felszívódása a növényi étrend korai kitettségén keresztül?

Giovanni S. Molinari

1 Halászati, Akvakultúra és Víztudományi Központ, Southern Illinois Egyetem, Carbondale, Illinois, Amerikai Egyesült Államok

javítható-e

Vance J. McCracken

2 Biológiai Tudományok Tanszék, Southern Illinois Egyetem Edwardsville, Edwardsville, Illinois, Amerikai Egyesült Államok

Michal Wojno

1 Halászati, Akvakultúra és Víztudományi Központ, Southern Illinois Egyetem, Carbondale, Illinois, Amerikai Egyesült Államok

Simona Rimoldi

3 Biotechnológiai és Élettudományi Tanszék, Insubria Egyetem, Varese, Olaszország

Genciana Terova

3 Biotechnológiai és Élettudományi Tanszék, Insubria Egyetem, Varese, Olaszország

Karolina Kwasek

1 Halászati, Akvakultúra és Víztudományi Központ, Southern Illinois Egyetem, Carbondale, Illinois, Amerikai Egyesült Államok

Társított adatok

Minden lényeges adat a kéziratban és annak kiegészítő információs fájljaiban található.

Absztrakt

Bevezetés

A tápanyagok felszívódása tanulmányozható bizonyos gének expressziójának mérésével a belekben. A PepT1, más néven slc15a1 [5], egy bélfehérje-transzporter, amely felelős a peptidfelvételért [6]. A bélpeptid transzporterek fokozott expressziója kulcsfontosságú tényező a takarmány-összetevők felszívódásában a halakban [6]. A növényi fehérjeforrások negatívan befolyásolják a PepT1 expresszióját [7,8]. A csupán 15% -os zöldborsó-liszt étrendi bevitele jelentősen csökkentette az európai tengeri sügér (Dicentrarchus labrax) PepT1-expresszióját, korrelálva az FM-vel táplált halakhoz képest csökkent növekedési teljesítménnyel [7]. Hasonló eredményeket figyeltek meg a tengeri keszeg (Sparus aurata) esetében is, ahol a 15% -os FM-pótlás PP-vel csökkent PepT1 expresszióhoz és csökkent növekedéshez vezetett [8]. Mindkét tanulmány alátámasztja, hogy a bél PepT1 expressziója jó jelző a felszívódás hatékonyságára és a fehérje minőségére a takarmányokban [7,8]. Ezenkívül az SBM a fabp2 - egy zsírsavat megkötő fehérje - bélben történő lipidfelszívódásáért felelős [down] szabályozását okozza [9], ami a lipidek epitheliális transzportjának megzavarását és csökkent felszívódását okozza [9,10]. A fabp2 expressziójának csökkenését figyelték meg különösen azoknál a halaknál, amelyek SBM-indukálta gyulladást tapasztaltak a bél distalis részében [5].

A bélgyulladást korábbi tanulmányokban értékelték, qPCR alkalmazásával a gyulladásos markerek szabályozásának mérésére a belekben. A lárva zebrafish-on (Danio rerio) végzett vizsgálat során a pro-inflammatorikus citokin tumor nekrózis faktor-α-t (tnfa) mértük a zebrafish-tal táplált szójaalapú takarmányok bélrendszerének elemzése céljából [5]. A tnfa expressziója szignifikánsan magasabb volt az SBM-mel táplált halakban, mint a szokásos halliszt-táplálékkal táplált halakban, ami fokozott bélgyulladást jelent [5]. Az atlanti-óceáni lazacban (Salmo salar) az il17a, il1b és más, gyulladásgátló markereknek is tekintett gének bél expressziója megnőtt az SBM-nek kitett halakban [11]. Ebben a vizsgálatban ezen gyulladásos markerek fokozott expresszióját figyelték meg az expozíciót követő három napon belül, ami azt mutatja, hogy a bélgyulladás folyamata meglehetősen gyorsan következik be az étrendi SBM hatására [11]. Ezenkívül az SBM-nek való kitettség lerövidült bélnyálkahártya-redőkkel, megvastagodott lamina propriákkal és megnövekedett serlegsejtekkel jár [10,12]. Ezek a szövettani válaszok összhangban vannak a bélgyulladással [12], és felelősek a takarmány-felhasználás hatékonyságának csökkenéséért és a gyenge növekedési teljesítményért [1].

Az NP hatásmódja az epigenómán keresztül történik. Az egyén epigenomja az, ami programozza genomját, és befolyásolja az adott genomi szekvencia fenotípusos expresszióját [14]. A környezeti ingerek olyan epigenetikus jeleket válthatnak ki, amelyek befolyásolják bizonyos gének expresszióját [15]. Az epigenetikus hatás több generációig is tarthat, vagyis lehetősége van a tenyészállomány fenotípusának és utódaik fenotípusainak befolyásolására [15]. Az étrend és az étrenden belüli tápanyagok olyan környezeti ingerek, amelyek megváltoztathatják az epigenomot, így a specifikus gének, például az emésztőrendszerben, fel- vagy lefelé szabályozhatók az étrendre adott válaszként; ezeket a változásokat viszont örökölheti az utód [15]. A tenyészállomány programozása számos olyan halfajnál megvalósítható, amelyekben a lárvák fejlődésének nagy része a sárgás-zsákos szakaszban következik be, ahol a sárgája, amelynek összetételét a szülői étrend nagymértékben befolyásolja, az egyetlen táplálékforrás az endogén etetés során [16, 17]

Ha a tenyészállomány emésztési folyamatai képesek alkalmazkodni a növényi étrendhez a tápanyagszállítással vagy a gyulladásos reakcióval összefüggő specifikus gének megváltozott expresszióján keresztül, akkor ezek az adaptációk potenciálisan az epigenómán keresztül továbbjuthatnak az utódoknak. A mélyfejű tengeri keszeg (Sparus aurata) tenyészállomány alacsony, közepes és magas halolaj (FO) és FM étrenddel történő táplálásának hatásait vizsgáló tanulmányok kimutatták, hogy a mérsékelt FO/FM szintek etetése javította az alacsonyan táplált utódaik növekedését és etetési hatékonyságát. FO/FM diéta [18]. Ez a tanulmány a repcemagot és a lenmagolajat használta az FO és az FM helyettesítésére, ezért fontos meghatározni, hogy megfigyelhetők-e hasonló hatások az SBM alkalmazásával különböző fajokban.

A viszonylag kevés kutatás miatt az NP mögött álló mechanizmus még mindig nem ismert. Feltételezzük azonban, hogy az SBM-alapú étrend felnőttkori táplálkozásának javult növekedési eredménye a bélrendszer alkalmazkodása az adott fehérjeforráshoz, ha a tenyészállomány vagy a korai fejlődési szakaszban ki vannak téve annak. A vizsgálat célkitűzései a következők voltak: 1) Annak meghatározása, hogy a halak programozhatók-e az étkezési SBM-hez tenyészállatok etetése révén, valamint a korai szakasz NP-jével kombinálva az SBM kihasználtságának javítása érdekében az utódokban a kinövési szakaszban; 2) Annak meghatározása, hogy az NP befolyásolja-e a bélgyulladással és a peptidfelvétellel összefüggő gének expresszióját, és 3) annak meghatározása, hogy az NP a tenyészállatok táplálásával és a korai stádiumú NP-vel kombinálva okoz-e morfológiai változásokat a bélrendszerben. A Zebrafish-t, a magas termékenysége és a teljesen annotált genomja miatt népszerű modellszervezetet [19], használták erre a kísérletre. A zebrafish növényi és állati fehérjeforrásokból táplálkozhat, ezért ideális faj mind a húsevő, mind a mindenevő akvakultúra-fajok táplálkozási útvonalainak modellezésére [20]. Ezenkívül a zebrafish jó modell az étrend által kiváltott gyulladás tanulmányozására az akvakultúra-fajok belében [19].

Anyagok és metódusok

Az etetési próbát a Halászati, Akvakultúra- és Víztudományi Központban végezték a Illinois Southern Illinois Egyetem Carbondale-ben (SIUC), IL. A kísérletet szigorúan a SIUC laboratóriumi állatok gondozására és felhasználására vonatkozó útmutató ajánlásaival összhangban hajtották végre. A SIUC Intézményi Állattartás és -használat jóváhagyta az összes végrehajtott protokollt (18-187. Protokoll). Valamennyi kutatót a SIUC intézményi állatgondozási és -használati követelményeinek megfelelően képezték ki. A halkezelés során az érzéstelenítést tricaine-metánszulfonát (MS222) vízfürdőbe merítésével hajtották végre ajánlott koncentrációban, és minden erőfeszítést megtettek az állatok fájdalmának, stresszének és kellemetlenségének minimalizálására. Humán végpontokat használtak ebben a vizsgálatban, a halakat 24 órán belül eutanizálták, ha az életminőség romlásának jelentős jeleit mutatták. A halakat minden nap megfigyelték a szorongás jelei miatt. Ebben a vizsgálatban egyetlen halat sem kellett eutanizálni a kísérlet befejezése előtt.

A kísérletet recirkulált akvakultúra rendszerrel (Pentair Aquatic Eco-systems, Cary, NC) végeztük. A rendszer 3 literes és 5 literes tartályokból állt, sorba rakva. A rendszerben lévő vizet folyamatosan szűrjük és visszavezetjük mat szűrő, UV fény, szénszűrő és biofiltrálás segítségével. Az átlagos vízhőmérséklet 27,1 ± 0,2 ° C, a pH 7,28 ± 0,72, és a sótartalmat 1 és 3 ppt között tartották (az első táplálás során magasabb volt az élő táplálék életképességének meghosszabbítása érdekében). A fényidő 14 órás sötétségből és 10 órás fényből állt, a felső lámpák 8: 00–18: 00.

Takarmány előkészítése és kiszerelése