Вторичный дефицит метильных групп

Одной из важнейших целей генетической селекции крупного рогатого скота является улучшение производства молочного белка. Благодаря этому отбору и специфическому питанию, сегодня голштинские коровы с высоким генетическим потенциалом (HGM) производят 3% казеина в период зимы. Это чрезвычайно высокое производство белка вызывает все больше и больше проблем с репродуктивностью и иммунитетом у животных. Бауман и Карри впервые объяснили это в своей работе “Разделение питательных веществ во время стельности и лактации: обзор механизмов, связанных с гомеостазом и гомеорезом” (1980. журнал Dairy Sci.  63: 1514-1529), как питательные вещества используются при метаболизме КРС, и они прояснили некоторые практические аспекты выращивания животных.

Между отелом и новой стельностью вымя коровы имеет метаболический приоритет над любой другой функцией организма, за исключением основного метаболизма и поддержания температуры тела. Генетический отбор стимулировал вымя «метаболическими вызовами»  улучшить производство молока, жира и белка, усиливая физиологическое процессы животного, чтобы произвести самое высокое качество (и количество) молока, преодолевая даже потребность своего  новорожденного теленка. Когда начинается новая стельность, метаболический приоритет отдается матке и отложению жировой ткани, чтобы обеспечить правильное развитие и выживание нового плода. Коровы HGM имеют самую высокую молочную продуктивность, но также и самую высокую потерю веса до стельности и самый высокий прирост веса после оплодотворения.

Вымя принимает питательные вещества, необходимые для производства молока без гормональных промежуточных звеньев, и это вызывает высокую продуктивность, но также неизбежную нехватку питательных веществ у новотельных коров: потребление корма и ферментация рубца недостаточны для удовлетворения потребностей в энергии. Отрицательный энергетический баланс (NEBAL) может быть оценен с помощью вариации кондиции коров (BCS) и некоторых биомаркеров молока и крови. Среди зоотехников и ветеринаров также растет оценка отрицательного баланса белка (NPB), который труднее вычислить, но который наносит огромный ущерб репродуктивности и иммунитету. Когда коровы испытывают сильный метаболический стресс, содержание аминокислот в рационе оказывается недостаточным, и животные начинают мобилизовывать свои собственные мышечные белки, чтобы обеспечить свои потребности. В то же время они останавливают метаболические процессы, которые не являются существенно важными для жизни. NPB может быть оценен с помощью эхографии мышцы longissimus dorsii или с помощью биомаркеров крови, таких как 3-метилгистидин из катаболизма мышечного белка (актин и миозин), карнитин и мочевина.

Новотельные и нестельные дойные коровы производят не менее 45 кг молока в день. Предполагая 3,2% молочного белка, суточная выработка белка составляет около 1440 г, в т.ч.  1100 г казеина. Корове требуется 1,5 г метаболизируемого (доступного в тонком отделе кишечника) белка (МП) для производства каждого грамма молочного белка, так что потребность вымени при таком суточном производстве составляет около 2160 г МП. Подсчитано, что в периоде с 2-х недель до отела и до 5-й недели лактации, коровы HGM теряют до 115 кг мышечной ткани, более или менее соответствующей 21 кг мышечного белка.

Табл. 1: Гормональные и метаболические состояния у коров с высоким и низким генетическим потенциалом, в периоде лактации и сухостое

Различия между потребностями животного и наличием питательных веществ в течение первых 110-150 дней лактации приводят к вторичному дефициту питательных веществ. Первичный дефицит — это недостаток питательного вещества, если оно не включено в рацион, в то время как вторичный дефицит этого питательного вещества — если оно доступно, но в недостаточном количестве. Таким образом, коровы HGM часто испытывают вторичный дефицит питательных веществ в начале лактации. Легкоусвояемые ингредиенты и защищенные от микрофлоры рубца, кормовые добавки (такие как аминокислоты) помогают уменьшить NEBAL и NPB.

Казеин является самым важным белком в молоке и составляет около 77% от общего количества. Существуют различные казеины, все они состоят примерно из 200 аминокислот, как незаменимых, так и заменимых. Итальянские данные подчеркивают, что более 25% итальянских голштинских коров производят молочного белка меньше, чем 2,9% в течение первых 75 дней лактации. В то же время многие животные обладают высоким генетическим потенциалом, но они производят меньше молочного белка, чем ожидалось. Это является доказательством того, что, даже если вымя и синтез молока имеют первостепенное значение, немалое количество новотельных коров имеет дефицит аминокислот.

Отрицательный баланс метиловых доноров (NMDB)

Есть 20 аминокислот, среди которых около 50% являются незаменимыми (EAA, они не синтезируются животными и должны быть вклучены в рационы), а остальные — заменимые (NEAA, они синтезируются животным без риска дефицита). Лизин, метионин, валин, аргинин, изолейцин, гистидин, триптофан, лейцин, треонин и фенилаланин обычно определяются как незаменимые —  EAA, в то время как глицин, серин, глутаминовая кислота, цистеин, тирозин, пролин, аланин, аспарагиновая кислота, глутамин и гидроксипролин, как заменимые — NEAA. Аминокислоты также можно разделить на глюкогенные, инсулиногенные и кетогенные.

В настоящее время хорошо документировано, что:

• Существует избыток потребления выменем EAA, в частности изолейцина, лейцина, лизина и валина;
• Некоторые рационы с NEAA недостаточны для обеспечания потребности производства молочного белка;
• Вымя синтезирует NEAA, начиная с избыточного EAA;
• Использование лизина для производства NEAA может вызвать дефицит его самого;
• Извлечение пролина, глутаминовой кислоты и аспарагиновой кислоты из кормового рациона ниже, чем требования вымени;
• Пролин и глутаминовая кислота лимитируют синтез белка, даже если они синтезируются выменем;
• Аргинин, получаемый выменем, в 2-4 раза больше, чем то, что выделяется в молоке;
• Орнитин и цитруллин извлекаются выменем, но не используются в молочном белке;
• Молоко содержит на 20-30% больше фенилаланина и метионина, чем то, что постуапет в вымя;
• Фенилаланин, метионин, лизин, гистидин и треонин — это 5 аминокислот, необходимых для работы молочной железы;
• Аргинин, валин, лейцин и изолейцин извлекаются выменем в большем количестве, чем они содержатся в молочном белке;
• Вымя получает достаточное количество пролина, глутамата и аспартата из кровообращения, чтобы удовлетворить свои потребности.

Метионин является одной из самых известных аминокислот, входит в состав EAA, составляет 5,5% от общего количества EAA в коровьем молоке и создает от 2,48% до 3,32% казеина. Коровы берут метионин из метаболизируемих протеинов (МП), которые состоят из микробного белка и кормовых белков, которые не расщепляются в рубце и достигают кишечника, а также из мышечного белка. 50% от общего количества используемого метионина происходит от реметилирования гомоцистеина. Фермент метионин-аденозилтрансфераза синтезирует S-аденозилметионин (SAM), начиная с метионина и АТФ  (аденозинтрифосфата). SAM -это реактивная молекула: метилтрансфераза удаляет метильную группу (CH₃⁺), связанную с ионом серы, и передает ее другой молекуле (трансметилирование). Существует около 50 важных метаболических реакций, которые используют эту трансметиляцию, включая такие молекулы, как ДНК, РНК, липиды и белки.

Более 30% общего количества метионина используется для производства холина. Метиоонин также играет ключевую роль в синтезе аполипопротеина В и фосфатидилхолина. Удовлетворяемая потребность в метионине строго связана с содержанием фолатов, витамина В12, холина и бетаина в рационе. На рис.1 показаны метаболические пути метильных групп и выделены (обведены зеленым) взаимодействия между отдельными молекулами, которые могут быть использованы в качестве защищенных кормовых добавок для лактирующих дойных коров, и также для овец, коз и буйволиц с высоким генетическим потенциалом.

Метильные группы играют важную роль в генетических проявлениях. Ряд генов подавляется посредством метилирования цитозина, в то время как ацетилирование гистонов делает часть ДНК доступной для транскрипции РНК. Эти процессы находятся так же под влиянием окружающей среды. Весь этот процесс называется эпигенетикой и делает из идентичных организмов фенотипически отличающихся друг от друга без изменений ДНК.

Рисунок 1: метаболический путь метильных групп. (Ruminantia, 2019).

Выводы

Кормление, метаболические изменения (NEBAL, NPB, NMDB) и метаболические патологии в основном связаны с репродуктивным периодом. Эти совпадения дисбалансов вызывают у животных эпигенетические модификации. Ферментативные дефекты, которые неизбежно накапливаются у выращиваемых животных, и генетическая модификация, вызванная метаболическими нарушениями, оказывают несомненное негативное влияние на продолжительность жизни и продуктивность животных. Антибиотики и гормональная терапия должны быть сведены к необходимому, в то время как клиническое и функциональное кормление играют (и будут играть) все более важную роль.

За дополнительной информацией: marketing@vetagro.com

Оригинальная статья здесь: часть #1 и #2.