Estudio bioquímico, neuroquímico, morfológico y proteómico de distintas condiciones nutricionales en terneros y cerdos

Abstract

Una qüestió fonamental per al benestar és mantenir els animals clínicament sans, sense estrès, i correctament alimentats, sobretot durant la cria, per a millorar la producció i la qualitat dels productes derivats. Cal tenir en compte que l’estat nutricional i metabòlic de la mare és determinant per al creixement fetal, i que alteracions de la dieta canvien l’homeòstasi metabòlica de l’organisme. La restricció del creixement intrauterí (IUGR) es caracteritza per un dèficit en el creixement i en el pes a causa de la manca de nutrients, oxigen o alteracions a la placenta que provoquen manca de components essencials per al desenvolupament. A causa de la IUGR, el fetus adapta el seu metabolisme i fisiologia per sobreviure. La principal adaptació és el “brain-sparing”, que prioritza el desenvolupament cerebral, però no en garanteix el desenvolupament normal ni la funció. Alhora, hi ha altres alteracions sistèmiques que afecten el metabolisme energètic, induint així l’aparició del “thrifty phenotype”, responsable d’alteracions metabòliques que es prolonguen fins a l’edat adulta, augmentant la incidència de malalties metabòliques. Aquest treball consta de 4 estudis on es van analitzar les conseqüències de diferents canvis nutricionals aplicats a la mare gestant o directament sobre les cries. En tres es va utilitzar un model porcí de IUGR prestant especial atenció al sistema nerviós, on es va avaluar: l’efecte de la suplementació de la dieta materna amb l’antioxidant hidroxitirosol (HTX) a diferents edats prenatal i postnatal; l’efecte produït per la IUGR al cervell de fetus de 100 dies de gestació dels quals les seves mares havien estat tractades amb HTX; i l’efecte a llarg termini de la IUGR quan s’administra una dieta alta en greixos (HFD) als individus ja adults. Al primer estudi, es va analitzar el perfil de neurotransmissors en diverses àrees cerebrals, així com la morfologia de l’hipocamp mitjançant marcadors moleculars de neurones immadures i madures. Els resultats van mostrar que els efectes de la suplementació materna amb HTX estan restringits al període prenatal, ja que només es van observar canvis en fetus de 100 dies, i no es van observar efectes del HTX en porcs d’un mes i sis mesos, indicant que es necessita la presència contínua del HTX per a mantenir els seus efectes al cervell. La restricció calòrica a partir del segon trimestre de gestació afecta el desenvolupament fetal i indueix un menor pes en néixer, sent un bon model animal de IUGR. Els resultats del segon estudi van indicar que la IUGR modificava el perfil de neurotransmissors als fetus, així com el desenvolupament de l’hipocamp. La suplementació materna amb HTX va revertir aquests canvis, fent ambdues característiques més semblants als fetus no afectats per la IUGR. En tercer lloc, els animals afectats per la IUGR durant la gestació, quan tenien un any van respondre diferent a una HFD en comparació als animals control a causa del “thrifty phenotype”: va augmentar la concentració d’aminoàcids lliures en plasma, però no la dels lípids. A la majoria d’àrees cerebrals va augmentar la concentració de serotonina, a diferència dels animals no afectats per la IUGR. En quant al proteoma de l’hipocamp, encara que la HFD va modificar diverses pathways de manera similar, en el grup IUGR també va afectar al splicing del mRNA, al transport vesicular i a la via mTOR. Finalment, es va avaluar l’efecte de la suplementació amb triptòfan a la dieta de vedells lactants, així com la seva funcionalitat per a millorar-ne el creixement i el desenvolupament. Els resultats van mostrar que la suplementació amb triptòfan no afectava al rendiment ni al comportament dels vedells durant el procés de deslletament, i tampoc va provocar canvis metabòlics.

Una cuestión fundamental para el bienestar es mantener a los animales clínicamente sanos, sin estrés, y correctamente alimentados, sobre todo durante la cría, para mejorar la producción y la calidad de los productos derivados. Hay que tener en cuenta que el estado nutricional y metabólico de la madre es determinante para el crecimiento fetal, y que alteraciones en la dieta cambian la homeostasis metabólica del organismo. La restricción del crecimiento intrauterino (IUGR) se caracteriza por un déficit en el crecimiento y en el peso debido a la falta de nutrientes, oxígeno o alteraciones en la placenta que provocan carencia de componentes esenciales para el desarrollo. Debido a la IUGR, el feto adapta su metabolismo y fisiología para sobrevivir. La principal adaptación es el “brain-sparing”, que prioriza el desarrollo cerebral, sin embargo, no garantiza su desarrollo normal ni su función. A su vez, hay otras alteraciones sistémicas que afectan el metabolismo energético, induciendo así la aparición del “thrifty phenotype”, responsable de alteraciones metabólicas que se prolongan hasta la edad adulta, aumentando la incidencia de enfermedades metabólicas. Este trabajo consta de 4 estudios donde se analizaron las consecuencias de distintos cambios nutricionales aplicados a las madres gestantes o directamente sobre las crías. En tres de ellos se utilizó un modelo porcino de IUGR prestando especial atención al sistema nervioso, donde se evaluaron: el efecto de la suplementación de la dieta materna con el antioxidante hidroxitirosol (HTX) a diferentes edades prenatal y postnatal; el efecto producido por la IUGR en el cerebro de fetos de 100 días de gestación cuyas madres habían sido tratadas con HTX; y el efecto a largo plazo de la IUGR cuando se administra una dieta alta en grasas (HFD) a individuos ya adultos. En el primer estudio, se analizó el perfil de neurotransmisores en diversas áreas cerebrales, así como la morfología del hipocampo mediante marcadores moleculares de neuronas inmaduras y maduras. Los resultados mostraron que los efectos de la suplementación materna con HTX están restringidos al período prenatal, ya que solo se observaron cambios en fetos de 100 días, y no se observaron efectos del HTX en cerdos de 1 mes y 6 meses de edad, indicando que se necesita la presencia continua del HTX para mantener sus efectos en el cerebro. La restricción calórica a partir del segundo trimestre de gestación afecta al desarrollo fetal e induce menor peso al nacer, siendo un buen modelo animal de IUGR. Los resultados del segundo estudio indicaron que la IUGR modificó el perfil de neurotransmisores en los fetos, así como el desarrollo del hipocampo. La suplementación materna con HTX revertió estos cambios, haciendo ambas características más similares a los fetos no afectados por la IUGR. En tercer lugar, los animales afectados por la IUGR durante la gestación, cuando tenían un año respondieron diferente a una HFD en comparación a los animales control debido al “thrifty phenotype”: aumentó la concentración de aminoácidos libres en plasma, pero no la de los lípidos. En la mayoría de las áreas cerebrales aumentó la concentración de serotonina, a diferencia de los animales no afectados por la IUGR. En cuanto al proteoma del hipocampo, aunque la HFD modificó varios pathways de manera similar, en el grupo IUGR también afectó al splicing del mRNA, al transporte vesicular y a la vía mTOR. Finalmente, se evaluó el efecto de la suplementación con triptófano en la dieta de terneros lactantes, así como su funcionalidad para mejorar su crecimiento y desarrollo. Los resultados mostraron que la suplementación con triptófano no afectaba al rendimiento ni al comportamiento de los terneros durante el proceso de destete, y tampoco provocó cambios metabólicos.

A fundamental issue for animal welfare is to keep them clinically healthy, stress-free, and properly fed, especially during rearing, to improve production and quality of derived products. It must be considered that the nutritional and metabolic state of the mother is decisive for foetal growth, and that alterations in the diet change the metabolic homeostasis of the organism. Intrauterine growth restriction (IUGR) is characterized by a deficit in growth and weight due to a lack of nutrients, oxygen or an alteration in the placenta that causes a lack of essential components for development. Due to IUGR the foetus adapts its metabolism and physiology to survive. The main adaptation is “brain-sparing”, which prioritizes brain development, however, it does not guarantee its normal development or function. In turn, there are other systemic alterations that affect energy metabolism, thus inducing the appearance of the “thrifty phenotype”, responsible for metabolic alterations that last into adulthood, increasing the incidence of metabolic diseases. This work consists of 4 studies in which the consequences of different nutritional changes are analysed, whether applied to the pregnant mother or directly to the offspring. In three of them, a porcine IUGR model was used, paying special attention to the nervous system, where the following were evaluated: the effect of supplementing the maternal diet with the antioxidant hydroxytyrosol (HTX) at different prenatal and postnatal ages; the effect produced by IUGR in the brain of foetuses of 100 days of gestation whose mothers had been treated with HTX; and the long-term effect of IUGR when a high-fat diet (HFD) is administered to adult individuals. In the first study, the neurotransmitter profile in various brain areas was analysed, as well as the morphology of the hippocampus using molecular markers of immature and mature neurons. The results showed that the effects of maternal supplementation with HTX are restricted to the prenatal period, since changes were only observed in foetuses of 100 days, and no effects of HTX were observed in pigs of 1 month and 6 months of age, indicating that the continued presence of HTX is needed to maintain its effects in the brain. Caloric restriction from the second trimester of gestation affects foetal development and induces lower birth weight in new-borns, being a good animal model of IUGR. The results of the second study indicated that IUGR modified the neurotransmitter profile in foetuses, as well as the development of the hippocampus. Maternal HTX supplementation reversed these changes, making both characteristics more like foetuses unaffected by IUGR. Third, animals affected by IUGR during gestation, when they were one year old, responded differently to an HFD compared to the control animals due to the “thrifty phenotype”: the concentration of free amino acids in plasma increased, but not that of the lipids. In most areas of the brain, the concentration of serotonin increased, unlike in animals not affected by IUGR. Regarding the hippocampal proteome, although HFD modified several pathways in a similar way, in the IUGR group it also affected mRNA splicing, vesicular transport and mTOR pathway. Finally, the effect of tryptophan supplementation in the diet of suckling calves, as well as its functionality to improve their growth and development, was evaluated. The results showed that tryptophan supplementation did not affect the performance or behaviour of the calves during the weaning process, nor did it cause metabolic changes.