Methionine is meer dan groei

door Sarah Séité en Karthik Masagounder, Evonik en Stéphane Panserat en Iban Seiliez, Universiteit van Pau en Pays de l'Adour, Frankrijk

De duurzaamheid van de aquacultuurindustrie hangt af van hoe efficiënt we de beschikbare middelen gebruiken om een ​​groeiende bevolking te voorzien van betaalbare en voedzame eiwitten. Simpel gezegd, we moeten meer en beter produceren, met minder.

Er is, daarom, een belangrijke kans voor de industrie en de academische wereld om samen te werken aan de specificaties van visvoerformules die op kostenefficiënte wijze de voeding en gezondheid van vissen optimaliseren gedurende hun gehele productiecyclus, bijvoorbeeld, methionine gebruiken.

Veranderende diëten

Moderne aquacultuurdiëten worden geproduceerd met weinig of geen vismeel en grotere hoeveelheden plantaardige eiwitbronnen. Deze verandering in dieetformuleringen resulteert erin dat methionine typisch het eerste beperkende aminozuur is - een aminozuur dat in onvoldoende hoeveelheden in een voedingsmiddel zit - in het vis- en garnalendieet.

Methionine heeft een centrale rol als bouwsteen in de eiwitsynthese, samen met een aantal andere functies. Recent onderzoek toont aan dat het een belangrijke regulator is van de verdediging van antioxidanten, immuunrespons, algemene gezondheidsstatus van vissen en koolhydraat- en lipidenmetabolisme. Aanvullend, als voorloper van S-adenosylmethionine (SAM) en S-adenosylhomocysteïne (SAH), methionine kan de expressie van genen die verband houden met de groei en gezondheid van dieren moduleren door DNA-methyleringsreacties.

eiwit omzet

In het lichaam van vissen en garnalen, eiwitmassatoename is de netto winst van de afzetting van lichaamseiwit ten opzichte van eiwitverlies, onder het biologische proces genaamd "eiwitomzetting". Dit is een continu proces in alle weefsels, waarbij zowel eiwitsynthese als eiwitafbraak (proteolyse) betrokken is.

De eiwitomzetting wordt beïnvloed door de voedingssamenstelling van het dieet en de voedingsstatus van dieren. Voor een groeiend dier, het is belangrijk om de voeding uitgebalanceerd te houden voor aminozuren, terwijl het voldoende energie levert uit niet-eiwit energiebronnen.

Commerciële voerproducenten hebben ontdekt dat het aanvullen van methioninegehaltes in aquavoer resulteert in een betere dierproductie. Recente onderzoeken bij vissen hebben aangetoond dat methioninedeficiëntie een belangrijke intracellulaire signaalroute moduleert, resulterend in verhoogde expressie van verschillende genen die betrokken zijn bij eiwitafbraak en remming van eiwitsynthese.

Bijvoorbeeld, een methionine-deficiënt dieet (geformuleerd om 32 procent minder methionine te leveren dan het normale dieet) in regenboogforel (40 g, aanvankelijk lichaamsgewicht) bleek de fosforylering van de translatie-initiatiefactor (eif2α) te beïnvloeden, en induceren de expressie van verschillende factoren die betrokken zijn bij de twee belangrijkste spierproteolytische routes (proteasoom en autofagie).

Algemeen, recente studies hebben ons begrip van de rol van methionine in de groei van vissen op celniveau verbeterd. Dit heeft belangrijke biomarkers opgeleverd om de prestaties van vissen in methionine-deficiënte voeding te beoordelen.

Oxidatieve stress

Intensieve landbouw wordt steeds gebruikelijker om aan de groeiende vraag naar wereldwijde visconsumptie te voldoen. Onder deze methode, dieren worden vaak blootgesteld aan verschillende biotica (bijv. hoge bezettingsdichtheid, blootstelling aan pathogenen) en abiotica (bijv. slechte waterkwaliteit, vervoer, onevenwichtige voeding) stressoren.

Deze leiden tot een constante productie van reactieve zuurstofsoorten (ROS). ROS zijn in feite chemische stoffen die zuurstof bevatten (bijv. superoxide, waterstof peroxide, hydroxyradicalen) en aanleiding geven tot reactieve vrije radicalen (moleculen met ongepaarde elektronen). Deze vrije radicalen nemen deel aan oxidatieve reacties die biologische moleculen zoals lipiden, eiwitten en het DNA van dieren. Dieren ondergaan oxidatieve stress wanneer ze niet het vermogen hebben om de vrije radicalen te ontgiften of de resulterende schade te herstellen.

Methionine is een essentiële verbinding voor de verdediging van de gastheer tegen oxidatieve stress. Het helpt bij de vorming van glutathion (GSH) en taurine; essentiële verbindingen voor de verdediging van de gastheer tegen oxidatieve stress. Methionine wordt ook gemakkelijk geoxideerd door ROS, vorming van methioninesulfoxide, die gemakkelijk kan worden gerepareerd door methioninesulfoxidereductase. Het vormt daarom een ​​belangrijk antioxidant-afweermechanisme dat een rol kan spelen bij redox-signalering; een vorm van cellulaire communicatie.

Verschillende onderzoeken hebben aangetoond dat een tekort aan methionine in de voeding de reservoirs van GSH kan verminderen, de belangrijkste intracellulaire antioxidant, en daarom, oxidatieve schade in verschillende weefsels verhogen. Gele meervallen die een methionine-deficiënt dieet kregen (geformuleerd om 37 procent minder methionine te leveren dan het normale dieet) vertoonden peroxidatieve schade door ROS, vergezeld van een toename van de antioxidant-enzymactiviteiten (SOD en GPX), wat wijst op een methionine-deficiënt dieet dat oxidatieve stress veroorzaakt bij de gele meerval.

In tegenstelling tot, een eerdere studie toonde aan dat methioninebeperking in de voeding (geformuleerd om 45 procent minder methionine te leveren dan de controle) geen invloed heeft op de hoeveelheid totaal glutathion in het leverweefsel van jonge zalm onder laboratoriumomstandigheden.

Onderzoek heeft ook aangetoond dat methionine-deficiëntie in de voeding (geformuleerd om 55 procent minder methionine te leveren dan de controle), verminderde oxidatieve status in de lever van regenboogforel. Dit geeft aan dat de negatieve effecten van methioninedeficiëntie op de oxidatieve status van vissen afhankelijk zijn van de factoren, inclusief niveau van methioninedeficiëntie, in relatie tot de behoefte van dieren en het niveau van oxidatieve stress. Factoren, inclusief de levensfase van vissen, productie-intensiteit en groeiomstandigheden kunnen allemaal oxidatieve stress beïnvloeden. Onder intensieve landbouwomstandigheden, waar dieren gevoelig zijn voor oxidatieve stress, de methioninebehoefte van vissen en garnalen kan hoger zijn dan de onder gunstige laboratoriumomstandigheden vastgestelde waarden.

Immuunrespons

Het is bekend dat een tekort aan bepaalde aminozuren de immuunfunctie verslechtert en de gevoeligheid van dieren voor infectieziekten verhoogt. Aminozuren beïnvloeden de immuunrespons van een dier, direct of indirect, via hun metabolieten.

Het is aangetoond dat een tekort aan methionine in de voeding de aangeboren immuunrespons vermindert en dus de bescherming tegen de infectie van bacteriën (A hydrophila) bij jonge gele meervallen.

In aanvulling, tijdens infectie of ontsteking, vissen die het methionine-aangevulde dieet krijgen, zijn beter beschermd tegen micro-organismen (zoals bacteriën) en bacteriedodende activiteiten. Deze reactie kan te wijten zijn aan de rol van methionine op celproliferatie.

Intermediair metabolisme

De lever is de belangrijkste plaats voor het intermediaire metabolisme (inclusief Het is aangetoond dat de leverexpressie van genen die betrokken zijn bij lipogenese en gluconeogenese, reageert op methionine-onevenwichtigheden in de voeding bij vissen. Deze verstoringen worden ook weerspiegeld in vissen op fenotypeniveau. Toen zalmachtigen een dieet met weinig methionine kregen, hepatictriglyceride (TAG) accumulatie werd geregistreerd. Er wordt aangenomen dat TAG-accumulatie in de lever, het volgen van een laag methionine-dieet, is te wijten aan de verminderde beschikbaarheid van fosfatidylcholine dat betrokken is bij het transport van lipiden van de lever naar de perifere organen.

Fosfatidylcholine wordt gesynthetiseerd uit fosfatidylethanolamine, waar SAM, geproduceerd uit methionine, fungeert als een belangrijke methyldonor. Daarom, methioninedeficiëntie kan de endogene synthese van fosfatidylcholine beïnvloeden.

Een andere hypothese is dat methioninedeficiëntie de beschikbaarheid van taurine kan verminderen, dat een belangrijke voorloper is bij de synthese van galzout (taurocholzuur). Galzout is van groot belang bij de vertering en opname van vet en vetoplosbare vitamines.

In aanvulling, galzuursynthese is de belangrijkste route van cholesterolmetabolisme, aangezien ongeveer de helft van het cholesterol dat in het lichaam wordt geproduceerd, wordt gebruikt voor de synthese van galzuur. Algemeen, methionine speelt een belangrijke rol in het juiste intermediaire metabolisme van voedingsstoffen, en een langdurig tekort aan methionine kan schadelijk zijn voor de groei en gezondheid van vissen.

Voedingsprogrammering

Vroege voedingsgebeurtenissen tijdens kritieke ontwikkelingsvensters kunnen leiden tot permanente veranderingen in het latere leven van dieren, namelijk hun groeipotentieel beïnvloeden, gezondheid en metabolische status. Die gebeurtenissen zijn het resultaat van de zogenaamde voedingsprogrammering en openen een nieuw onderzoeksgebied en kansen voor de optimalisatie van voeding en gezondheid van landbouwhuisdieren, met duidelijke economische implicaties.

Voedingsprogrammering, door epigenetische mechanismen van methyleringsreacties, zoals de DNA- en histonmethylering, is direct afhankelijk van SAM, en dus van zijn belangrijkste voorloper:methionine. Methioninegehalten in de voeding en hun geschiktheid om in de vroege stadia aan de eisen van dieren te voldoen, kan daarom een ​​kritische factor vormen bij het moduleren van het fenotype van dieren gedurende hun productiecyclus.

Recente studies met regenboogforel tonen aan dat het voeren van broeddieren met een dieet dat methionine tot 50 procent beperkt, verschillende eigenschappen van het nageslacht beïnvloedt, waarvan sommige aanhielden tijdens de eerste weken van exogene voeding. Of epigenetische mechanismen achter die effecten zitten, vereist nader onderzoek.

Algemene gezondheid

Een tekort aan methionine kan verschillende effecten hebben op de algehele gezondheid. methionine-tekort kan leiden tot de ontwikkeling van cataracten bij verschillende vissoorten, bijv. Regenboog forel, hybride gestreepte bas en Arctic charr. Hoewel het mechanisme hierachter niet goed wordt begrepen, men denkt dat glutathion endogeen wordt gesynthetiseerd uit methionine of cysteïne, speelt waarschijnlijk een rol bij het voorkomen van de vorming van disulfidebindingen die leiden tot de onoplosbaarheid van lenseiwit en de ontwikkeling van oculaire opaciteit.

Bovendien, van methionine is aangetoond dat het een rol speelt bij de darmgezondheid bij jian-karpers. Er is aangetoond dat microbiële populaties in het spijsverteringskanaal van vissen (zoals Firmicutes) nauw verband houden met de gezondheid en voeding van vissen.

Bacteriën van het spijsverteringskanaal van vissen kunnen spijsverteringsenzymen afscheiden, die de vertering van voedingsstoffen bevorderen en de voedingsstof synthetiseren die de vissen nodig hebben. Er is ook aangetoond dat methionine het evenwicht van de darmmicroflora kan beïnvloeden door de groei van nuttige bacteriën te bevorderen en de groei van schadelijke bacteriën te onderdrukken.

De manier waarop we kijken naar methioninevoeding en de gezondheid van vissen veranderen

Gezien het aantal metabole routes waarvoor methionine en/of derivaten nodig zijn, het is niet verwonderlijk dat methionine in de voeding niet alleen de groei beïnvloedt, maar ook het metabolisme en de algehele gezondheidsstatus van vissen.

Het bewijs van de functionele rol die methionine in vissen speelt, groeit en suggereert dat we de manier waarop we kijken naar methioninevoeding en de gezondheid van vissen moeten veranderen. Het is bewezen dat de eerste voedingsfase bij vissen een cruciaal venster is voor de voedingsprogrammering en dat er een positieve invloed is van de vroege voeding van een plantaardig dieet op de toekomstige acceptatie en gebruik ervan.

Samenwerken, de industrie en de academische wereld moeten vaststellen of het mogelijk is om de toekomstige groei en gezondheid van gekweekte vis te programmeren door middel van geoptimaliseerde voeding. En, als, de responscriteria die (her)overwogen moeten worden om aanbevelingen voor methionine (voedingsstoffen) te definiëren die de voeding en gezondheid van vissen het best optimaliseren.

https://corporate.evonik.com