Studio Metabolomico Integrato del Latte di Calore

Scientific Reports volume 6, numero articolo: 24208 (2016) Citare questo articolo

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Lo stress da calore (HS) danneggia l’industria lattiero-casearia globale riducendo la produzione e la qualità del latte, danneggiando la salute e danneggiando la riproduzione delle vacche da latte, causando ogni anno enormi perdite economiche. Tuttavia, la comprensione del meccanismo fisiologico delle vacche da latte in lattazione con HS rimane sfuggente. In questo caso, è stato eseguito uno studio metabolomico utilizzando la spettroscopia LC-MS e 1H NMR per analizzare le differenze metabolomiche nel latte tra vacche da latte HS-free e HS e scoprire biomarcatori diagnostici e cambiamenti nel percorso metabolico. Un totale di 53 metaboliti discriminanti erano significativamente up- o down-regolati nel gruppo HS rispetto al gruppo HS-free (P < 0,05). Questi biomarcatori erano coinvolti nei percorsi del metabolismo derivato dai carboidrati, dagli aminoacidi, dai lipidi e dal microbioma intestinale. Confrontando questi potenziali biomarcatori con i biomarcatori candidati all'HS precedentemente identificati nel plasma, sono emerse correlazioni significative tra i livelli di lattato, piruvato, creatina, acetone, β-idrossibutirrato, trimetilammina, acido oleico, acido linoleico, lisofosfatidilcolina 16:0 e fosfatidilcolina 42:2. sono stati trovati latte e plasma, indicando che la barriera sangue-latte ha perso terreno e i livelli di questi 10 biomarcatori nel latte possono riflettere le alterazioni metabolomiche indotte dall’HS nel sangue. Questi nuovi risultati possono supportare una ricerca più approfondita per chiarire i cambiamenti a base di latte nelle vie metaboliche nelle vacche da latte in lattazione con HS.

Le vacche da latte in lattazione sotto stress da calore (HS) sperimentano un apporto energetico limitato, perché non possono soddisfare le richieste del loro corpo per produrre latte e mantenersi in salute, con conseguente riduzione della produzione e della qualità del latte e lasciando le vacche da latte suscettibili alle malattie1,2. Di conseguenza, in molti paesi, come Cina3,4, Stati Uniti5 e Germania6, si verificano ingenti perdite economiche nel settore lattiero-caseario. I disturbi metabolomici indotti dall'HS sono direttamente responsabili di queste perdite1,7. Ciò è particolarmente importante se si considerano le tendenze di aumento della produttività del latte utilizzando le moderne tecnologie genetiche molecolari accompagnate dall’aumento della temperatura derivante dal cambiamento climatico globale8.

Determinare con precisione quando le vacche entrano in HS è complicato perché le risposte all’HS influenzano non solo il bilancio energetico ma anche il metabolismo di acqua, sodio, potassio e cloro9. Sebbene l’indice di temperatura e umidità (THI) rimanga l’indicatore più comune per l’HS, utilizzando il valore THI di 72 come soglia dell’insorgenza dell’HS10, consente solo giudizi basati sulla temperatura e sull’umidità dell’aria, non è una misura accurata del metabolismo alterazioni nelle vacche da latte sottoposte a HS e non tiene conto degli effetti specifici della mucca (età e razza) e di altri fattori ambientali. In effetti, i cambiamenti fisiologici indotti dall’HS nelle vacche da latte sono multifattoriali7. Sono necessari biomarcatori metabolitici robusti per diagnosticare la soglia di insorgenza dell’HS, monitorarne la progressione e fornire informazioni sui suoi meccanismi fisiologici, consentendo così l’implementazione di interventi tempestivi per proteggere le vacche da latte da malattie, come la chetosi.

Precedenti ricerche sulle prestazioni delle vacche da latte si concentravano sui cambiamenti indotti dall’HS nella frequenza respiratoria, nella frequenza cardiaca, nella produzione di latte, nella conta delle cellule somatiche e nelle proteine, grassi, lattosio, acidi grassi basali non esterificati (FA), insulina, tiroide , noradrenalina, glucosio e azoto ureico plasmatico nel latte7,11. Tuttavia, pochi studi hanno affrontato i cambiamenti globali nelle vie metaboliche e i meccanismi alla base di questi cambiamenti rimangono sconosciuti.

La metabolomica rappresenta una potente piattaforma per acquisire informazioni da centinaia di migliaia di metaboliti a basso peso molecolare in piante, animali e esseri umani e può essere utilizzata per fornire una comprensione globale delle alterazioni fisiopatologiche stimolate dai cambiamenti ambientali12,13,14,15 . Nei bovini da latte, il latte può essere raccolto in modo molto conveniente, fornisce informazioni sui cambiamenti nei meccanismi di lattazione delle vacche da latte e può essere analizzato direttamente per determinarne la qualità nutrizionale. Pertanto, il latte è considerato il campione biologico ideale per monitorare le alterazioni fisiologiche. Rispetto al prelievo di sangue, il prelievo di latte non è invasivo e avviene quotidianamente, consentendo così di osservare in tempo reale lo stato metabolico delle vacche da latte. Di conseguenza, è possibile monitorare le bovine, determinare il loro stato di HS e implementare tempestive strategie di gestione per ridurre l’impatto dell’HS. Pertanto, il presente studio ha utilizzato la spettroscopia LC-MS e 1H NMR per identificare le differenze metaboliche nel latte delle vacche a metà lattazione con e senza HS per identificare i biomarcatori di HS ed esplorare le alterazioni nelle vie metaboliche delle vacche da latte in lattazione nei diversi stati di HS. Per verificare l'affidabilità dei metaboliti discriminanti è stata utilizzata anche la LC-MS in modalità di monitoraggio di reazioni multiple (MRM). Sono state eseguite analisi parziali di correlazione di Pearson tra i biomarcatori candidati rilevati nel latte e quelli nel sangue16 per individuare le cause dei metaboliti alterati nel latte. Le concentrazioni di citochine, proteina c-reattiva e citocromo c sono state rilevate utilizzando test di immunoassorbimento enzimatico (ELISA) per ottenere informazioni sull'infiammazione e sull'apoptosi indotte dall'HS. Nel complesso, i risultati di questo studio migliorano la nostra comprensione delle alterazioni metaboliche nelle vacche da latte esposte all’HS. Una panoramica del disegno dello studio è mostrata in Fig. 1.