C'è di più nella metionina che nella crescita

di Sarah Séité e Karthik Masagounder, Evonikand Stéphane Panserat e Iban Seiliez, Università di Pau e Pays de l'Adour, Francia

La sostenibilità del settore dell'acquacoltura dipende da quanto siamo efficienti nell'usare le risorse disponibili per fornire a una popolazione in aumento proteine ​​nutrienti e convenienti. In poche parole, dobbiamo produrre di più e meglio, con meno.

C'è, perciò, un'importante opportunità per l'industria e il mondo accademico di lavorare insieme sulle specifiche delle formule di mangime per pesci che ottimizzino in modo efficiente in termini di costi la nutrizione e la salute dei pesci durante l'intero ciclo di produzione, Per esempio, usando la metionina.

Cambiare le diete

Le diete moderne dell'acquacoltura sono prodotte con poca o nessuna farina di pesce e maggiori quantità di fonti di proteine ​​vegetali. Questo cambiamento nelle formulazioni della dieta fa sì che la metionina sia tipicamente il primo amminoacido limitante – uno che è in quantità insufficiente in un alimento – nelle diete di pesce e gamberetti.

La metionina ha un ruolo centrale come elemento costitutivo nella sintesi proteica, insieme a molte altre funzioni. Recenti ricerche dimostrano che è un regolatore chiave della difesa antiossidante, risposta immunitaria, stato di salute generale dei pesci e metabolismo dei carboidrati e dei lipidi. Inoltre, come precursore della S-adenosilmetionina (SAM) e della S-adenosilomocisteina (SAH), la metionina può modulare l'espressione di geni legati alla crescita e alla salute degli animali mediante reazioni di metilazione del DNA.

Fatturato proteico

Dentro il corpo di pesce e gamberi, l'aumento di massa proteica è il guadagno netto della deposizione proteica corporea rispetto alla perdita di proteine, nell'ambito del processo biologico chiamato "turnover proteico". Questo è un processo continuo in tutti i tessuti, coinvolgendo sia la sintesi proteica che la degradazione proteica (proteolisi).

Il turnover proteico è influenzato dalla composizione nutrizionale della dieta e dallo stato nutrizionale degli animali. Per un animale in crescita, è importante mantenere la dieta equilibrata per gli aminoacidi, fornendo energia sufficiente da fonti energetiche non proteiche.

I produttori di mangimi commerciali hanno scoperto che l'integrazione dei livelli di metionina nei mangimi in acqua porta a una migliore produzione animale. Recenti studi sui pesci hanno dimostrato che la carenza di metionina modula una via chiave di segnalazione intracellulare, con conseguente aumento dell'espressione di diversi geni coinvolti nella degradazione delle proteine ​​e nell'inibizione della sintesi proteica.

Per esempio, una dieta carente di metionina (formulata per fornire il 32 percento di metionina in meno rispetto alla dieta normale) nella trota iridea (40 g, peso corporeo iniziale) ha dimostrato di influenzare la fosforilazione del fattore di inizio della traduzione (eif2α), e inducono l'espressione di diversi fattori coinvolti nelle due principali vie proteolitiche muscolari (proteasoma e autofagia).

Globale, studi recenti hanno migliorato la nostra comprensione del ruolo della metionina nella crescita dei pesci a livello cellulare. Ciò ha fornito importanti biomarcatori per valutare le prestazioni dei pesci nella dieta carente di metionina.

Lo stress ossidativo

L'allevamento intensivo sta diventando sempre più comune per soddisfare la crescente domanda di consumo globale di pesce. Con questo metodo, gli animali sono spesso esposti a vari fattori biotici (ad es. alta densità di allevamento, esposizione ad agenti patogeni) e abiotici (ad es. scarsa qualità dell'acqua, trasporto, dieta squilibrata) fattori di stress.

Questi portano alla produzione costante di specie reattive dell'ossigeno (ROS). I ROS sono fondamentalmente sostanze chimiche contenenti ossigeno (ad esempio superossido, perossido di idrogeno, radicali idrossilici) e danno luogo a radicali liberi reattivi (molecole con elettroni spaiati). Questi radicali liberi partecipano a reazioni ossidative che danneggiano molecole biologiche come lipidi, proteine ​​e il DNA degli animali. Gli animali subiscono uno stress ossidativo quando non hanno la capacità di disintossicare i radicali liberi o di riparare i danni che ne derivano.

La metionina è un composto essenziale per la difesa dell'ospite contro lo stress ossidativo. Aiuta nella formazione di glutatione (GSH) e taurina; composti essenziali per la difesa dell'ospite contro lo stress ossidativo. La metionina è anche facilmente ossidata dai ROS, formando metionina solfossido, che può essere facilmente riparato dalla metionina solfossido reduttasi. Costituisce quindi un importante meccanismo di difesa antiossidante che può svolgere un ruolo nella segnalazione redox; una forma di comunicazione cellulare.

Diversi studi hanno dimostrato che la carenza di metionina nella dieta può ridurre i serbatoi di GSH, il più importante antiossidante intracellulare, e quindi, aumentare i danni ossidativi in ​​diversi tessuti. Il pesce gatto giallo alimentato con una dieta carente di metionina (formulata per fornire il 37 percento in meno di metionina rispetto alla dieta normale) ha mostrato un danno perossidativo da ROS, accompagnato da un aumento delle attività enzimatiche antiossidanti (SOD e GPX), indicando una dieta carente di metionina che causa stress ossidativo nel pesce gatto giallo.

In contrasto, uno studio precedente ha mostrato che la restrizione alimentare di metionina (formulata per fornire il 45% in meno di metionina rispetto al controllo) non influisce sulla quantità di glutatione totale nel tessuto epatico del salmone giovane in condizioni di laboratorio.

La ricerca ha anche dimostrato che la carenza di metionina nella dieta (formulata per fornire il 55% in meno di metionina rispetto al controllo), diminuzione dello stato ossidativo nel fegato della trota iridea. Ciò indica che gli effetti negativi della carenza di metionina sullo stato ossidativo dei pesci dipendono dai fattori, compreso il livello di carenza di metionina, in relazione al fabbisogno dell'animale e al livello di stress ossidativo. fattori, compresa la fase di vita dei pesci, l'intensità della produzione e le condizioni di crescita possono influenzare lo stress ossidativo. In condizioni di agricoltura intensiva, dove gli animali sono soggetti a stress ossidativo, il fabbisogno di metionina di pesci e gamberetti può essere superiore ai valori determinati in condizioni di laboratorio favorevoli.

Risposta immunitaria

È noto che la carenza di alcuni aminoacidi compromette la funzione immunitaria e aumenta la suscettibilità degli animali alle malattie infettive. Gli amminoacidi influenzano la risposta immunitaria di un animale, direttamente o indirettamente, attraverso i loro metaboliti.

È stato dimostrato che la carenza di metionina nella dieta riduce la risposta immunitaria innata e quindi la protezione contro l'infezione dei batteri (A idrofila) nel pesce gatto giallo giovanile.

Inoltre, durante l'infezione o l'infiammazione, i pesci alimentati con la dieta integrata con metionina sono meglio protetti contro i microrganismi (come i batteri) e le attività battericide. Questa risposta potrebbe essere dovuta al ruolo della metionina sulla proliferazione cellulare.

Metabolismo intermedio

Il fegato è il sito principale per il metabolismo intermedio (compresi, lipidi e metabolismo dei carboidrati). È stato dimostrato che l'espressione epatica di geni coinvolti nella lipogenesi e nella gluconeogenesi rispondono agli squilibri alimentari della metionina nei pesci. Questi disturbi si riflettono anche nei pesci a livello di fenotipo. Quando i salmonidi venivano nutriti con diete a basso contenuto di metionina, è stato registrato l'accumulo di trigliceridi epatici (TAG). Si ritiene che l'accumulo di TAG nel fegato, seguendo diete a basso contenuto di metionina, è dovuto alla ridotta disponibilità di fosfatidilcolina coinvolta nel trasporto dei lipidi dal fegato agli organi periferici.

La fosfatidilcolina è sintetizzata dalla fosfatidiletanolammina, dove SAM, prodotto da metionina, agisce come un importante donatore di metile. Perciò, la carenza di metionina può influenzare la sintesi endogena della fosfatidilcolina.

Un'altra ipotesi è che la carenza di metionina possa diminuire la disponibilità di taurina, che è un importante precursore nella sintesi del sale biliare (acido taurocolico). Il sale biliare è molto importante nella digestione e nell'assorbimento dei grassi e delle vitamine liposolubili.

Inoltre, la sintesi degli acidi biliari è la principale via del metabolismo del colesterolo, poiché circa la metà del colesterolo prodotto nel corpo viene utilizzato per la sintesi degli acidi biliari. Globale, la metionina ha ruoli importanti nel corretto metabolismo intermedio dei nutrienti, e una carenza a lungo termine di metionina può essere dannosa per la crescita e la salute dei pesci.

Programmazione nutrizionale

Eventi nutrizionali precoci esercitati durante le finestre di sviluppo critiche possono comportare cambiamenti permanenti nella vita successiva degli animali, vale a dire influenzare il loro potenziale di crescita, salute e stato metabolico. Questi eventi sono i risultati della cosiddetta programmazione nutrizionale e aprono un nuovo campo di ricerca e opportunità verso l'ottimizzazione della nutrizione e della salute degli animali da allevamento, con evidenti risvolti economici.

Programmazione nutrizionale, attraverso meccanismi epigenetici di reazioni di metilazione, come la metilazione del DNA e dell'istone, dipende direttamente da SAM, e quindi del suo principale precursore:la metionina. Livelli di metionina nella dieta e loro adeguatezza a soddisfare i requisiti degli animali nelle fasi iniziali, possono quindi costituire un fattore critico nella modulazione del fenotipo degli animali durante tutto il loro ciclo produttivo.

Recenti studi con la trota iridea mostrano che l'alimentazione di riproduttori con diete che limitano la metionina al 50 percento influenza vari tratti nella prole, alcuni dei quali persistono durante le prime settimane di alimentazione esogena. Se i meccanismi epigenetici sono alla base di tali effetti, richiede ulteriori indagini.

Salute generale

La carenza di metionina può avere effetti diversi sulla salute generale. Ad esempio, la carenza di metionina può portare allo sviluppo di cataratta in diverse specie di pesci, per esempio. trota iridea, branzino striato ibrido e salmerino alpino. Sebbene il meccanismo alla base di questo non sia ben compreso, si pensa che il glutatione sintetizzato endogenamente da metionina o cisteina, è probabile che svolga un ruolo nell'impedire la formazione di legami disolfuro che portano all'insolubilità della proteina del cristallino e allo sviluppo dell'opacità oculare.

Inoltre, la metionina ha dimostrato di svolgere un ruolo nella salute dell'intestino nella carpa jian. È stato dimostrato che le popolazioni microbiche nel tratto digestivo dei pesci (come i Firmicutes) sono strettamente correlate alla salute e alla nutrizione dei pesci.

I batteri del tratto digestivo del pesce potrebbero secernere enzimi digestivi, che promuovono la digestione delle sostanze nutritive e sintetizzano le sostanze nutritive di cui il pesce ha bisogno. È stato inoltre dimostrato che la metionina potrebbe influenzare l'equilibrio della microflora intestinale favorendo la crescita di batteri benefici e deprimendo la crescita di batteri nocivi.

Cambiare il modo in cui guardiamo alla nutrizione con metionina e alla salute dei pesci

Considerando il numero di vie metaboliche che richiedono metionina e/o suoi derivati, non sorprende che la metionina alimentare non influenzi solo la crescita, ma anche il metabolismo e lo stato di salute generale dei pesci.

L'evidenza del ruolo funzionale svolto dalla metionina nei pesci sta crescendo e suggerisce che dobbiamo cambiare il modo in cui guardiamo alla nutrizione della metionina e alla salute dei pesci. È stato dimostrato che la prima fase di alimentazione del pesce è una finestra fondamentale per la programmazione nutrizionale e che c'è un impatto positivo dell'alimentazione precoce di una dieta a base vegetale sulla sua futura accettazione e utilizzo.

Lavorare insieme, l'industria e il mondo accademico devono stabilire se è possibile programmare la crescita futura e la salute dei pesci d'allevamento attraverso un'alimentazione ottimizzata. E, se è così, i criteri di risposta che dovrebbero essere (ri)considerati per definire le raccomandazioni sulla metionina (nutrienti) che ottimizzano al meglio la nutrizione e la salute dei pesci.

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