Effect of producing type on digestive efficiency, metabolism and microbiota profile in growing and fattening pigs fed diets with different protein concentration

Abstract

Aquesta tesi doctoral s’emmarca en un programa de recerca europeu que té per objectiu millorar l’eficiència productiva i reduir l’impacte ambiental de les explotacions ramaderes. Per a això, es van plantejar dos assajos per a l’estudi del metabolisme proteic i lipídic en diferents fases del desenvolupament, utilitzant dos tipus de porcs destinats a l’obtenció de diferents productes carnis. D’una banda, porcs creuats (3W) seleccionats per a la producció de carn fresca magra, i d’altra banda, porcs Duroc castrats destinats a la producció de productes elaborats d’alta qualitat (p. ex., pernil i llom curat). Comprendre com afecten factors com l’edat, el tipus productiu o el nivell de proteïna bruta en la ració en diferents aspectes del metabolisme proteic i lipídic, així com en l’estructura de la microbiota intestinal, és necessari per a poder optimitzar les necessitats nutricionals, i amb això dissenyar estratègies que responguin als objectius proposats. En el primer estudi es van mesurar les taxes fraccionals de síntesi proteica (FSR) en múscul (longissimus dorsi i biceps femoris), fetge i duodè, mostrant una disminució generalitzada de la FSR amb l’edat, a excepció del biceps femoris. En quant al tipus productiu, el porc magre 3W va mostrar majors FSR durant la fase de creixement, explicant així el seu major dipòsit proteic, no obstant això, a diferència dels porcs Duroc, va presentar una menor adaptació a la reducció del nivell de proteïna. En relació amb el metabolisme lipídic, l’administració d’àcid esteàric marcat (d35-C18:0), va permetre estudiar la seva incorporació directa en diferents teixits a través de la taxa d’incorporació fraccional (FIR). Mentre la FIR va disminuir en el greix intramuscular amb l’edat, en fetge va augmentar. Les diferències en la deposició grassa entre tots dos tipus productius reflecteix possiblement un major paper de la síntesi endògena en els porcs Duroc. L’anàlisi de la síntesi d’àcid oleic (d33-C18:1 c9) a partir del d35-C18:0 per mitjà de l’enzim stearoil-CoA desaturasa (SCD), va determinar que la seva activitat incrementa amb l’edat i és més activa en els porcs portadors de l’al·lel T del gen de la SCD. Finalment, l’anàlisi de l’estructura de la microbiota intestinal en ili, cec i còlon distal van determinar una comunitat microbiana més estable i madura en la fase d’engreix, així com una microbiota més diversa, estable, i interconnectada en els porcs magres 3W. La dieta limitant en proteïna va induir una microbiota amb interaccions més complexes, robusta i adaptada per a mantenir la seva activitat.

Esta tesis doctoral se enmarca en un programa de investigación europeo que tiene por objetivo mejorar la eficiencia productiva y reducir el impacto ambiental de las explotaciones ganaderas. Para ello, se plantearon dos ensayos para el estudio del metabolismo proteico y lipídico en distintas fases del desarrollo, utilizando dos tipos de cerdos destinados a la obtención de diferentes productos cárnicos. Por un lado, cerdos cruzados (3W) seleccionados para la producción de carne fresca magra, y por otro, cerdos Duroc castrados destinados a la producción de productos elaborados de alta calidad (p. ej., jamón y lomo curado). Comprender cómo afectan factores como la edad, el tipo productivo o el nivel de proteína bruta en la ración en distintos aspectos del metabolismo proteico y lipídico, así como la estructura de la microbiota intestinal, es necesario para poder optimizar las necesidades nutricionales, y con ello diseñar estrategias que respondan a los objetivos propuestos. En el primer estudio se midieron las tasas fraccionales de síntesis proteica (FSR) en músculo (longissimus dorsi y biceps femoris), hígado y duodeno, mostrando una disminución generalizada de la FSR con la edad, a excepción del biceps femoris. En cuanto al tipo productivo, el cerdo magro 3W mostró mayores FSR durante la fase de crecimiento, explicando así su mayor depósito proteico, sin embargo, a diferencia de los cerdos Duroc, presentó una menor adaptación a la reducción del nivel de proteína. En relación con el metabolismo lipídico, la administración de ácido esteárico marcado (d35-C18:0), permitió estudiar su incorporación directa en distintos tejidos a través de la tasa de incorporación fraccional (FIR). Mientras la FIR disminuyó en la grasa intramuscular con la edad, en hígado aumentó. Las diferencias en la deposición grasa entre ambos tipos productivos, refleja posiblemente un mayor papel de la síntesis endógena en los cerdos Duroc. El análisis de la síntesis de ácido oleico (d33-C18:1 c9) a partir del d35-C18:0 por medio de la estearoil-CoA desaturasa (SCD), determinó que su actividad incrementa con la edad y es más activa en los cerdos portadores del alelo T del gen de la SCD. Finalmente, el análisis de la estructura de la microbiota intestinal en íleo, ciego y colon distal determinaron una comunidad microbiana más estable y madura en la fase de cebo, así como una microbiota más diversa, estable, e interconectada en los cerdos magros 3W. La dieta limitante en proteína indujo una microbiota con interacciones más complejas, robusta y adaptada para mantener su actividad.

This doctoral thesis is part of a European research program aimed at improving production efficiency and reducing the environmental impact of livestock farming. For this purpose, two trials were proposed for the study of protein and lipid metabolism at different stages of development, using two types of pigs intended for the production of different meat products. On the one hand, crossbred pigs (3W) selected for the production of lean fresh meat, and on the other, castrated Duroc pigs destined for the production of high-quality processed products (e.g., cured ham and loin). Understanding how factors such as age, producing type or dietary crude protein level affect different aspects of protein and lipid metabolism, as well as the structure of the intestinal microbiota, is necessary to be able to optimize nutritional requirements, and thus design strategies that respond to the proposed objectives. In the first study, fractional rates of protein synthesis (FSR) were measured in muscle (longissimus dorsi and biceps femoris), liver and duodenum, showing a generalized decrease in FSR with age, with the exception of biceps femoris muscle. Regarding pig producing type, the lean 3W pig showed higher FSR during the growing phase, thus explaining its higher protein deposition, however, unlike the Duroc pigs, 3W pigs presented a lower adaptation to the reduction of the protein level. In relation to lipid metabolism, the administration of labeled stearic acid (d35-C18:0) allowed studying its direct incorporation in distinct tissues through the fractional incorporation rate (FIR). While FIR decreased in intramuscular fat with animal maturity, it increased in liver. The differences in fat deposition between the two pig producing types possibly reflect a greater role of endogenous synthesis in Duroc pigs. Analysis of oleic acid (d33-C18:1 c9) synthesis from d35-C18:0 by means of the stearoyl-CoA desaturase (SCD) enzyme determined that its activity increases with age and is more active in pigs carrying the T allele of the SCD gene. Finally, the analysis of the structure of the intestinal microbiota in ileum, cecum and distal colon determined a more stable and mature microbial community in the fattening phase, as well as a more diverse, stable and interconnected microbiota in the leaner 3W pigs. The protein-limiting diet induced a more complex microbial network, robust and adapted to maintain its activity.