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La metabolomica del plasma rivela importanti cambiamenti nel metabolismo dei carboidrati, dei lipidi e delle proteine ​​nei vitelli da carne svezzati bruscamente
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La metabolomica del plasma rivela importanti cambiamenti nel metabolismo dei carboidrati, dei lipidi e delle proteine ​​nei vitelli da carne svezzati bruscamente

Jun 07, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 8176 (2023) Citare questo articolo

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La metabolomica basata su 1H NMR è stata utilizzata per studiare l'effetto dello svezzamento improvviso sul metaboloma sanguigno dei vitelli da carne. Venti vitelli Angus (258 ± 5 kg peso corporeo; da 5 a 6 mesi) sono stati assegnati in modo casuale a un gruppo non svezzato (NW) che è rimasto al pascolo con la madre o a un gruppo svezzato (W) che ha subito una brusca separazione dalla madre per essere trasferito in un gruppo paddock separato il giorno 0 dello studio. Il peso corporeo, il comportamento e i campioni di sangue per cortisolo e metabolomica sono stati misurati nei giorni 0, 1, 2, 7 e 14 dello studio. Nei giorni 1 e 2, i vitelli W trascorrevano meno tempo a pascolare e ruminare, e più tempo a vocalizzare e camminare, avevano una maggiore concentrazione di cortisolo, NEFA, 3-idrossibutirrato, betaina, creatina e fenilalanina e una minore abbondanza di tirosina (P < 0,05) rispetto ai vitelli NW. Rispetto ai vitelli NW al giorno 14, i vitelli W presentavano una maggiore (P < 0,01) abbondanza relativa di acetato, glucosio, allantoina, creatinina, creatina, creatina fosfato, glutammato, 3-idrossibutirrato, 3-idrossiisobutirrato e sette AA (alanina, glutammato , leucina, lisina, fenilalanina, treonina e valina) ma minore (P < 0,05) abbondanza relativa di lipidi a bassa e bassissima densità e di lipidi insaturi. Sia PCA che OPLS-DA non hanno mostrato raggruppamenti o discriminazioni tra i gruppi al d 0 e una crescente divergenza al d 14. La metabolomica del sangue è uno strumento utile per quantificare gli effetti acuti dello stress nei vitelli durante i primi 2 giorni dopo lo svezzamento improvviso, e più a lungo cambiamenti a lungo termine nel metabolismo dei carboidrati, dei lipidi e delle proteine ​​dovuti a cambiamenti nutrizionali derivanti dalla cessazione dell’assunzione di latte e da una maggiore dipendenza dall’assunzione di foraggio.

Il fabbisogno nutrizionale dei vitelli da carne appena nati e preruminanti è soddisfatto esclusivamente da proteine, grassi, carboidrati (principalmente lattosio), vitamine e minerali assorbiti dal latte che bypassa il rumine non sviluppato1. La transizione dallo stadio pre-ruminante a quello ruminante nei vitelli da carne allevati al pascolo avviene gradualmente man mano che il consumo di mangime solido e la fermentazione ruminale aumentano e l'animale diventa più dipendente dalle proteine ​​microbiche e dai VFA2,3. Una delle caratteristiche più importanti dei ruminanti è l'elevato potenziale gluconeogenico del propionato, del lattato e dell'AA1. La rimozione improvvisa di un vitello dalla madre (svezzamento) a 3-6 mesi di età è una pratica standard nei sistemi di produzione di bovini da carne4. I vitelli svezzati possono sperimentare stress nutrizionale, sociale e psicologico che causa cambiamenti comportamentali, metabolici, fisiologici e immunologici5,6. Pertanto, le pratiche di svezzamento dovrebbero considerare il benessere degli animali, la funzione metabolica e i fabbisogni nutrizionali dei vitelli2. Studi precedenti si sono concentrati sui cambiamenti comportamentali, sugli ormoni dello stress e sull'immunologia dei vitelli svezzati, che sono più evidenti durante le prime 48 ore dopo lo svezzamento5,7,8,9. L'effetto catabolico degli ormoni dello stress come il cortisolo può spiegare l'aumento delle concentrazioni di NEFA nel sangue e parte del calo dell'ADG dopo lo svezzamento10,11. Tuttavia, si prevede che la cessazione del consumo di latte da parte dei vitelli al pascolo produca cambiamenti metabolici a lungo termine poiché il grasso alimentare viene ridotto a causa della bassa concentrazione nei foraggi mentre aumentano le fibre e la fermentazione ruminale. Sorprendentemente, si sa poco sui cambiamenti nella funzione metabolica dei vitelli al pascolo dopo lo svezzamento. Queste informazioni potrebbero essere utilizzate per sviluppare nuove strategie per alleviare lo stress metabolico, migliorare il benessere e ridurre al minimo il calo della produzione animale dopo lo svezzamento.

La funzione metabolica si riflette nel metaboloma del sangue che comprende metaboliti come lipidi, zuccheri e AA che influenzano la funzione cellulare, tissutale e organica12,13. Il metaboloma è a valle del genoma, del trascrittoma e del proteoma ed è l'organismo "omico" più vicino al fenotipo. Ciò ha portato a suggerire che il metaboloma possa essere il miglior indicatore di alterazioni nella funzione biologica14,15,16. Un'altra caratteristica importante del metaboloma sanguigno è che rappresenta l'integrazione di fattori esterni (ad esempio, la dieta) e interni (ad esempio, il genotipo) che influenzano il metabolismo15. Nei suini, lo svezzamento è stato associato a cambiamenti sia nella funzione metabolica che nel metaboloma sanguigno e questi cambiamenti potrebbero essere parzialmente contrastati dall'integrazione con arginina17. Uno studio precedente ha riportato che i vitelli neonati alimentati con colostro hanno mostrato un aumento dell’abbondanza sierica di glutammato, istidina, metionina, fenilalanina, tirosina, triptofano, valina, leucina, isoleucina e prolina, e una riduzione della glutammina13. Tuttavia, non sono stati pubblicati studi che valutassero i cambiamenti nel metaboloma sanguigno dei vitelli da carne al pascolo dopo lo svezzamento in condizioni commerciali.

 0.05) and thus deleted from the model. The spatial power covariance structure was selected based on the lowest Bayesian Information Criterion, which accounts for the uneven distance between repeated measures. All variables and residuals were tested for normality, random distribution and mean of zero. Data for cortisol and NEFA were transformed to log10 before analysis to normalise the distribution. The behavioural data was used to calculate the percentage of observations of each behaviour for each animal and day, and then data transformed using the arcsine square root before statistical analysis. Differences between treatment means were calculated within each point in time using pairwise comparisons./p> 0.05; data not shown) were found between treatments in green or dry pasture biomass at the start (2130 ± 217 and 555 ± 67 kg DM, respectively) or end (1753 ± 105 and 668 ± 47 kg DM, respectively) of the trial. The BW on d 0 and d 14 did not differ (P > 0.05) between treatments (data not shown). Overall ADG was greater (P = 0.014) for NW calves (1.05 ± 0.079 kg/d) compared with W calves (0.74 ± 0.084 kg/d). The treatment × day interaction (P < 0.001) indicated that W calves lost weight between d 0 and d 2 while NW calves gained weight in this period (P = 0.06; Fig. 1). The ADG between d 2 and d 7 was greater in W compared to NW calves (P < 0.05) and the opposite effect was found between d 7 and d 14 (P < 0.05; Fig. 1). All behaviours showed a treatment × day interaction (P < 0.001; Fig. 2). Both W and NW calves spent a similar amount of time for each activity on d − 2 and − 1 (P > 0.10). In contrast, W calves spent a shorter time grazing compared to NW calves on d 0 (P < 0.05), d 1 (P = 0.06) and d 7 (P < 0.05) but more on d 2 (P < 0.05). W calves spent less time ruminating and more time vocalising, and walking compared to NW calves on d 0, d 1 and d 2 (P < 0.05; Fig. 2). There were no behavioural differences (P > 0.05) between W and NW calves at d 14 except for a shorter time spent sucking from the dams and longer walking in W compared to NW calves, respectively (P < 0.05)./p> 0.10). Plasma concentrations of NEFA were greater (P < 0.01) in W compared to NW calves on d 1, d 2 and d 7 (P < 0.05), with no differences at d 0 and d 14 (P > 0.10; Fig. 3)./p> 0.05) whereas all metabolites changed over time for W calves (P < 0.05). Differences between NW and W calves emerged after weaning for 24 of the 26 metabolites. The exceptions were the AA histidine and glutamine which did not show a treatment × day interaction (P > 0.05). Some metabolites showed the greatest difference between weaning groups at d 1 and d 2 and others at d 14 (Figs. 4, 5, and 6). Weaned calves had lesser abundance of tyrosine and greater abundance of isoleucine compared to NW calves on d 1 or d 2 (P < 0.10) with no differences at d 0, d 7 and d 14 (P > 0.10). Betaine was greater in W compared to NW calves on d 2 and d 7 (P < 0.05; Fig. 6). The relative abundance of other metabolites was greater for W compared to NW calves only at d 7 or d 14, or both d 7 and d 14 including a group of AA (valine, alanine, threonine, leucine, lysine, threonine), allantoin, acetate, and glycoprotein; and lower abundance in W compared to NW calves for VLDL/LDL and unsaturated lipids (P < 0.05). Another group of metabolites showed greater relative abundance in W compared to NW calves from d 1 or d 2 to d 14 including phenylalanine, glutamate, creatinine, creatine, creatine phosphate, glucose, 3-hydroxybutyrate, and 3-hydroxyisobutyrate (P < 0.10; Figs. 4, 5, 6)./p> 0.40 which confirmed that the OPLS-DA could accurately discriminate between NW and W calves using both the entire spectrum and the relative abundance of metabolites (Table 1). Predictions using the metabolites seemed to perform slightly better than the entire spectrum due the slightly higher Q2. Random permutation testing confirmed all models were able to differentiate between treatment groups after the change in weaning status./p> 0.05; data not shown). Therefore, lipids measured by 1H NMR may derive from dietary sources whereas NEFA may be derived from fat mobilisation./p> 0.05). This could imply that total protein flow to the lower gastrointestinal tract was not different between W and NW calves./p>