Estudo Metabolômico Integrado do Leite do Calor

Scientific Reports volume 6, Número do artigo: 24208 (2016) Citar este artigo

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O estresse térmico (HS) prejudica a indústria leiteira global, reduzindo a produção e a qualidade do leite, prejudicando a saúde e prejudicando a reprodução das vacas leiteiras, causando enormes perdas econômicas a cada ano. No entanto, uma compreensão do mecanismo fisiológico de vacas leiteiras HS permanece indefinida. Aqui, um estudo metabolômico usando espectroscopia LC-MS e 1H NMR foi realizado para analisar as diferenças metabolômicas no leite entre vacas leiteiras sem HS e HS e descobrir biomarcadores de diagnóstico e alterações na via metabólica. Um total de 53 metabólitos discriminantes foram significativamente regulados para cima ou para baixo no grupo HS em comparação com o grupo livre de HS (P <0,05). Esses biomarcadores estavam envolvidos em vias de carboidratos, aminoácidos, lipídios e metabolismo derivado do microbioma intestinal. Comparando esses potenciais biomarcadores com biomarcadores candidatos a HS previamente identificados no plasma, correlações significativas entre os níveis de lactato, piruvato, creatina, acetona, β-hidroxibutirato, trimetilamina, ácido oleico, ácido linoleico, lisofosfatidilcolina 16:0 e fosfatidilcolina 42:2 em leite e plasma foram encontrados, indicando que a barreira sangue-leite tornou-se permeável e os níveis desses 10 biomarcadores no leite podem refletir alterações metabolômicas induzidas por HS no sangue. Essas novas descobertas podem apoiar pesquisas mais aprofundadas para elucidar as mudanças baseadas no leite nas vias metabólicas em vacas leiteiras HS em lactação.

Vacas leiteiras em lactação sob estresse calórico (HS) apresentam ingestão limitada de energia, porque não conseguem atender às demandas de seus corpos para produzir leite e manter a saúde, resultando em redução da produção e qualidade do leite e deixando as vacas leiteiras suscetíveis a doenças1,2. Como resultado, grandes perdas econômicas ocorrem na indústria de laticínios em muitos países, como China3,4, Estados Unidos5 e Alemanha6. Distúrbios metabolômicos induzidos pelo HS são diretamente responsáveis ​​por essas perdas1,7. Isso é particularmente importante, dadas as tendências de aumento da produtividade do leite usando tecnologias genéticas moleculares modernas, acompanhadas pelos aumentos de temperatura decorrentes da mudança climática global8.

Uma determinação precisa de quando as vacas entram em SH é complicada porque as respostas ao HS afetam não apenas o balanço energético, mas também o metabolismo de água, sódio, potássio e cloro9. Embora o índice de temperatura e umidade (THI) continue sendo o indicador mais comum para HS, usando o valor THI de 72 como o limiar de início de HS10, ele permite apenas julgamentos com base na temperatura e umidade do ar, não é uma medida precisa do metabolismo alterações em vacas leiteiras sob SH, e não leva em conta os efeitos específicos da vaca (idade e raça) e outros fatores ambientais. De fato, as alterações fisiológicas induzidas pelo SH em vacas leiteiras são multifatoriais7. Biomarcadores de metabólitos robustos são necessários para diagnosticar o limiar do início da HS, monitorar sua progressão e fornecer informações sobre seus mecanismos fisiológicos, permitindo assim a implementação de intervenções oportunas para proteger vacas leiteiras de doenças, como cetose.

Pesquisas anteriores sobre o desempenho de vacas leiteiras focaram nas mudanças induzidas pelo HS em sua frequência respiratória, frequência cardíaca, produção de leite, contagem de células somáticas e proteína, gordura, lactose, ácidos graxos não esterificados basais (AG), insulina, tireóide , noradrenalina, glicose e níveis plasmáticos de nitrogênio uréico no leite7,11. No entanto, poucos estudos abordaram as mudanças globais nas vias metabólicas, e os mecanismos subjacentes a essas mudanças permanecem desconhecidos.

A metabolômica representa uma plataforma poderosa para adquirir informações de centenas de milhares de metabólitos de baixo peso molecular em plantas, animais e humanos, e pode ser usada para fornecer uma compreensão global das alterações fisiopatológicas estimuladas por mudanças ambientais12,13,14,15 . No gado leiteiro, o leite pode ser coletado de forma muito conveniente, fornece informações sobre as mudanças nos mecanismos de lactação das vacas leiteiras e pode ser analisado diretamente para determinar sua qualidade nutricional. Portanto, o leite é considerado a amostra biológica ideal para monitorar as alterações fisiológicas. Em comparação com a amostragem de sangue, a amostragem de leite não é invasiva e ocorre diariamente e, portanto, os estados metabólicos das vacas leiteiras podem ser observados em tempo real. Como resultado, as vacas podem ser monitoradas e seu estado de HS determinado, e estratégias de manejo imediatas podem ser implementadas para reduzir o impacto da HS. Portanto, o presente estudo usou espectroscopia de LC-MS e 1H NMR para identificar diferenças metabólicas no leite de vacas no meio da lactação com e sem EH para identificar biomarcadores de EH e explorar as alterações nas vias metabólicas de vacas leiteiras em lactação em diferentes estados de EH. LC-MS no modo de monitoramento de múltiplas reações (MRM) também foi usado para verificar a confiabilidade dos metabólitos discriminantes. As análises de correlação parcial de Pearson dos biomarcadores candidatos encontrados no leite com aqueles no sangue16 foram realizadas para rastrear as causas dos metabólitos alterados no leite. As concentrações de citocinas, proteína c-reativa e citocromo c foram detectadas usando ensaios de imunoabsorção enzimática (ELISAs) para obter informações sobre a inflamação e apoptose induzidas por HS. No geral, os resultados deste estudo melhoram nossa compreensão das alterações metabólicas em vacas leiteiras expostas ao SH. Uma visão geral do desenho do estudo é mostrada na Fig. 1.