Комплексное метаболомическое исследование теплого молока

Научные отчеты, том 6, Номер статьи: 24208 (2016) Цитировать эту статью

7659 Доступов

58 цитат

8 Альтметрика

Подробности о метриках

Тепловой стресс (ТС) наносит ущерб мировой молочной промышленности, снижая надои и качество молока, нанося вред здоровью и воспроизводству дойных коров, ежегодно вызывая огромные экономические потери. Однако понимание физиологического механизма ГС у лактирующих молочных коров остается неясным. Здесь было проведено метаболомическое исследование с использованием ЖХ-МС и 1H-ЯМР-спектроскопии для анализа метаболомических различий в молоке между молочными коровами без HS и без HS, а также для обнаружения диагностических биомаркеров и изменений в метаболическом пути. В общей сложности 53 дискриминирующих метаболита имели значительно повышенную или пониженную регуляцию в группе HS по сравнению с группой без HS (P <0,05). Эти биомаркеры участвуют в путях метаболизма углеводов, аминокислот, липидов и метаболизма кишечного микробиома. Сравнивая эти потенциальные биомаркеры с ранее идентифицированными биомаркерами-кандидатами ГС в плазме, можно обнаружить значительную корреляцию между уровнями лактата, пирувата, креатина, ацетона, β-гидроксибутирата, триметиламина, олеиновой кислоты, линолевой кислоты, лизофосфатидилхолина 16:0 и фосфатидилхолина 42:2 в плазме крови. были обнаружены в молоке и плазме, что указывает на то, что барьер между кровью и молоком стал неплотным, а уровни этих 10 биомаркеров в молоке могут отражать метаболомические изменения в крови, вызванные HS. Эти новые результаты могут поддержать более глубокие исследования, направленные на выяснение изменений в метаболических путях, связанных с молоком, у дойных коров, кормящих HS.

Лактирующие молочные коровы в условиях теплового стресса (ТС) испытывают ограниченное потребление энергии, поскольку они не могут удовлетворить потребности своего организма в производстве молока и поддержании здоровья, что приводит к снижению надоев и качества молока и делает дойных коров восприимчивыми к болезням1,2. В результате большие экономические потери происходят в молочной промышленности во многих странах, таких как Китай3,4, США5 и Германия6. Метаболомные нарушения, вызванные ГС, несут прямую ответственность за эти потери1,7. Это особенно важно, учитывая тенденции увеличения молочной продуктивности с использованием современных молекулярно-генетических технологий, сопровождающиеся повышением температуры, вызванным глобальным изменением климата8.

Точное определение момента, когда у коров начинается HS, затруднено, поскольку реакция на HS влияет не только на энергетический баланс, но также на метаболизм воды, натрия, калия и хлора9. Хотя индекс температуры и влажности (THI) остается наиболее распространенным индикатором ГВ, использование значения THI, равного 72, в качестве порога начала ГВ10, позволяет делать выводы только на основе температуры и влажности воздуха и не является точным показателем метаболических процессов. изменения у молочных коров при ГС, и не учитывает влияние, специфичное для коровы (возраст и порода), а также другие факторы окружающей среды. Действительно, физиологические изменения, вызванные ГС, у дойных коров многофакторны7. Надежные метаболитные биомаркеры необходимы для диагностики порога возникновения ГГ, мониторинга его прогрессирования и предоставления информации о его физиологических механизмах, что позволяет осуществлять своевременные вмешательства для защиты молочных коров от таких заболеваний, как кетоз.

Предыдущие исследования продуктивности молочных коров были сосредоточены на вызванных HS изменениях в частоте дыхания, частоте сердечных сокращений, надоях молока, количестве соматических клеток, а также белке, жире, лактозе, базальных неэтерифицированных жирных кислотах (ЖК), инсулине, щитовидной железе. , норадреналина, глюкозы и азота мочевины плазмы в молоке7,11. Однако лишь немногие исследования посвящены глобальным изменениям в метаболических путях, и механизмы, лежащие в основе этих изменений, остаются неизвестными.

Метаболомика представляет собой мощную платформу для получения информации о сотнях тысяч низкомолекулярных метаболитов в растениях, животных и людях и может использоваться для обеспечения глобального понимания патофизиологических изменений, стимулируемых изменениями окружающей среды12,13,14,15. . У молочного скота молоко очень удобно собирать, оно дает информацию об изменениях в механизмах лактации дойных коров и может быть непосредственно проанализировано для определения его питательной ценности. Поэтому молоко считается идеальным биологическим образцом для мониторинга физиологических изменений. По сравнению с забором крови, отбор проб молока неинвазивный и происходит ежедневно, поэтому за метаболическим состоянием дойных коров можно наблюдать в режиме реального времени. В результате можно наблюдать за коровами и определять их состояние HS, а также оперативно применять стратегии управления для снижения воздействия HS. Таким образом, в настоящем исследовании использовалась LC-MS и 1H ЯМР-спектроскопия для выявления метаболических различий в молоке от коров в середине лактации с HS и без него, для идентификации биомаркеров HS и изучения изменений в метаболических путях лактирующих молочных коров в различных состояниях HS. ЖХ-МС в режиме мониторинга множественных реакций (MRM) также использовалась для проверки надежности различающих метаболитов. Анализ частичной корреляции Пирсона биомаркеров-кандидатов, обнаруженных в молоке, с биомаркерами в крови16 был проведен для отслеживания причин нарушения метаболитов в молоке. Концентрации цитокинов, С-реактивного белка и цитохрома с определяли с помощью иммуноферментного анализа (ИФА) для получения информации о HS-индуцированном воспалении и апоптозе. В целом результаты этого исследования улучшают наше понимание метаболических изменений у молочных коров, подвергшихся воздействию HS. Обзор дизайна исследования представлен на рис. 1.