por Sarah Séité y Karthik Masagounder, Evonik y Stéphane Panserat e Iban Seiliez, Universidad de Pau y Pays de l'Adour, Francia
La sostenibilidad de la industria de la acuicultura depende de cuán eficientes seamos en el uso de los recursos disponibles para abastecer a una población en aumento con proteínas nutritivas y asequibles. En pocas palabras, necesitamos producir más y mejor, con menos.
Hay, por lo tanto, una oportunidad importante para que la industria y el mundo académico trabajen juntos en las especificaciones de las fórmulas de alimentos para peces que optimizan de manera rentable la nutrición y la salud de los peces a lo largo de todo su ciclo de producción, por ejemplo, usando metionina.
Cambio de dietas
Las dietas acuícolas modernas se producen con poca o ninguna harina de pescado y cantidades más altas de fuentes de proteínas vegetales. Este cambio en las formulaciones de la dieta da como resultado que la metionina sea típicamente el primer aminoácido limitante, uno que se encuentra en cantidades insuficientes en un alimento, en las dietas de pescado y camarón.
La metionina tiene un papel central como bloque de construcción en la síntesis de proteínas, junto con varias otras funciones. Investigaciones recientes muestran que es un regulador clave de la defensa antioxidante, respuesta inmune, estado general de salud de los peces y metabolismo de carbohidratos y lípidos. Adicionalmente, como precursor de S-adenosilmetionina (SAM) y S-adenosilhomocisteína (SAH), la metionina puede modular la expresión de genes relacionados con el crecimiento y la salud de los animales mediante reacciones de metilación del ADN.
Recambio proteico
Dentro del cuerpo de peces y camarones, la ganancia de masa de proteínas es la ganancia neta de la deposición de proteínas corporales sobre la pérdida de proteínas, bajo el proceso biológico llamado "renovación de proteínas". Este es un proceso continuo en todos los tejidos, que implica tanto la síntesis de proteínas como la degradación de proteínas (proteólisis).
El recambio de proteínas se ve afectado por la composición nutricional de la dieta y el estado nutricional de los animales. es importante mantener una dieta equilibrada en cuanto a aminoácidos, al tiempo que proporciona suficiente energía a partir de fuentes de energía no proteicas.
Los productores comerciales de piensos han descubierto que la suplementación de los niveles de metionina en los piensos acuáticos da como resultado una mejor producción animal. Estudios recientes en peces han demostrado que la deficiencia de metionina modula una vía de señalización intracelular clave, resultando en una mayor expresión de varios genes implicados en la degradación de proteínas y la inhibición de la síntesis de proteínas.
Por ejemplo, una dieta deficiente en metionina (formulada para proporcionar un 32 por ciento menos de metionina que la dieta normal) en trucha arco iris (40 g, peso corporal inicial) se demostró que afecta la fosforilación del factor de inicio de la traducción (eif2α), e inducir la expresión de varios factores implicados en las dos principales vías proteolíticas musculares (proteasoma y autofagia).
En general, Estudios recientes han mejorado nuestra comprensión del papel de la metionina en el crecimiento de peces a nivel celular. Esto ha proporcionado importantes biomarcadores para evaluar el rendimiento de los peces en una dieta deficiente en metionina.
Estrés oxidativo
La agricultura intensiva se está volviendo más común para satisfacer la creciente demanda de consumo mundial de pescado. Bajo este método, Los animales a menudo están expuestos a diversos bióticos (por ejemplo, alta densidad de población, exposición a patógenos) y abióticos (por ejemplo, mala calidad del agua, transporte, dieta desequilibrada) factores estresantes.
Estos conducen a la producción constante de especies reactivas de oxígeno (ROS). Los ROS son básicamente sustancias químicas que contienen oxígeno (por ejemplo, superóxido, peróxido de hidrógeno, radicales hidroxi) y dan lugar a radicales libres reactivos (moléculas con electrones desapareados). Estos radicales libres participan en reacciones oxidativas que dañan moléculas biológicas como lípidos, proteínas y el ADN de los animales. Los animales sufren estrés oxidativo cuando no tienen la capacidad de desintoxicar los radicales libres o reparar el daño resultante.
La metionina es un compuesto esencial para la defensa del huésped contra el estrés oxidativo. Ayuda en la formación de glutatión (GSH) y taurina; compuestos esenciales para la defensa del huésped contra el estrés oxidativo.La metionina también se oxida fácilmente por ROS, formando sulfóxido de metionina, que se puede reparar fácilmente con metionina sulfóxido reductasa. Por tanto, constituye un importante mecanismo de defensa antioxidante que puede desempeñar un papel en la señalización redox; una forma de comunicación celular.
Varios estudios han demostrado que la deficiencia de metionina en la dieta puede reducir los reservorios de GSH, el antioxidante intracelular más importante, y por lo tanto, Aumentan los daños oxidativos en varios tejidos. El bagre amarillo alimentado con una dieta deficiente en metionina (formulada para suministrar un 37 por ciento menos de metionina que la dieta normal) mostró daño peroxidativo por ROS, acompañado de un aumento de las actividades de las enzimas antioxidantes (SOD y GPX), lo que indica una dieta deficiente en metionina que causa estrés oxidativo en el bagre amarillo.
A diferencia de, un estudio anterior mostró que la restricción de metionina en la dieta (formulada para suministrar un 45 por ciento menos de metionina que el control) no afecta la cantidad de glutatión total en el tejido hepático de los salmones juveniles en condiciones de laboratorio.
La investigación también ha demostrado que la deficiencia de metionina en la dieta (formulada para suministrar un 55 por ciento menos de metionina que el control), Disminución del estado oxidativo en el hígado de la trucha arco iris. Esto indica que los efectos negativos de la deficiencia de metionina sobre el estado oxidativo del pescado dependen de los factores, incluido el nivel de deficiencia de metionina, en relación con la necesidad del animal y el nivel de estrés oxidativo. Factores incluida la etapa de vida de los peces, La intensidad de la producción y las condiciones de crecimiento pueden influir en el estrés oxidativo. donde los animales son propensos al estrés oxidativo, las necesidades de metionina de los peces y camarones pueden ser superiores a los valores determinados en condiciones favorables de laboratorio.
Respuesta inmune
Se sabe que la deficiencia de ciertos aminoácidos deteriora la función inmunológica y aumenta la susceptibilidad de los animales a las enfermedades infecciosas. Los aminoácidos afectan la respuesta inmune de un animal, ya sea directa o indirectamente, a través de sus metabolitos.
Se ha demostrado que la deficiencia de metionina en la dieta disminuye la respuesta inmune innata y, por lo tanto, la protección contra la infección de bacterias (A hydrophila) en los bagres amarillos juveniles.
Además, durante una infección o inflamación, los peces alimentados con una dieta suplementada con metionina están mejor protegidos contra los microorganismos (como las bacterias) y las actividades bactericidas. Esta respuesta podría deberse al papel de la metionina en la proliferación celular.
Metabolismo intermedio
El hígado es el sitio principal para el metabolismo intermedio (que incluye, lípidos y metabolismo de carbohidratos). Se ha demostrado que la expresión hepática de genes implicados en la lipogénesis y la gluconeogénesis responde a los desequilibrios de metionina en la dieta de los peces. Estas alteraciones también se reflejan en los peces a nivel fenotípico. Cuando los salmónidos fueron alimentados con dietas bajas en metionina, Se registró la acumulación de triglicéridos hepáticos (TAG). Se cree que la acumulación de TAG en el hígado, siguiendo dietas bajas en metionina, se debe a la disponibilidad reducida de fosfatidilcolina involucrada en el transporte de lípidos desde el hígado a los órganos periféricos.
La fosfatidilcolina se sintetiza a partir de fosfatidiletanolamina, donde SAM, producido a partir de metionina, actúa como un importante donante de metilo. Por lo tanto, La deficiencia de metionina puede afectar la síntesis endógena de fosfatidilcolina.
Otra hipótesis es que la deficiencia de metionina puede disminuir la disponibilidad de taurina, que es un precursor importante en la síntesis de sal biliar (ácido taurocólico). La sal biliar es muy importante en la digestión y absorción de grasas y vitaminas liposolubles.
Además, La síntesis de ácidos biliares es la ruta principal del metabolismo del colesterol. ya que aproximadamente la mitad del colesterol producido en el cuerpo se utiliza para la síntesis de ácidos biliares. En general, la metionina tiene un papel importante en el metabolismo intermedio adecuado de los nutrientes, y la deficiencia a largo plazo de metionina puede ser perjudicial para el crecimiento y la salud de los peces.
Programación nutricional
Los eventos nutricionales tempranos ejercidos durante las ventanas críticas del desarrollo pueden resultar en cambios permanentes en la vida posterior de los animales. concretamente afectando su potencial de crecimiento, estado de salud y metabólico. Estos eventos son el resultado de la denominada programación nutricional y abren un nuevo campo de investigación y oportunidades hacia la optimización de la nutrición y la salud de los animales de granja. con obvias implicaciones económicas.
Programación nutricional, a través de mecanismos epigenéticos de reacciones de metilación, como la metilación del ADN y las histonas, depende directamente de SAM, y por tanto de su principal precursor:la metionina. Niveles de metionina en la dieta y su idoneidad para satisfacer los requisitos de los animales en las primeras etapas, por tanto, puede constituir un factor crítico en la modulación del fenotipo de los animales a lo largo de su ciclo de producción.
Estudios recientes con trucha arcoíris muestran que la alimentación de reproductores con dietas que limitan la metionina al 50 por ciento afecta varios rasgos en la descendencia, algunos de los cuales persistieron durante las primeras semanas de alimentación exógena. Si los mecanismos epigenéticos están detrás de esos efectos, requiere más investigación.
Salud en general
La deficiencia de metionina puede tener diferentes impactos en la salud en general. Por ejemplo, la deficiencia de metionina puede conducir al desarrollo de cataratas en varias especies de peces, p.ej. trucha arcoiris, lubina rayada híbrida y salchicha ártica. Aunque el mecanismo detrás de esto no se comprende bien, se cree que el glutatión se sintetiza endógenamente a partir de metionina o cisteína, Es probable que desempeñe un papel en la prevención de la formación de enlaces disulfuro que conducen a la insolubilidad de la proteína del cristalino y al desarrollo de opacidad ocular.
Es más, Se ha demostrado que la metionina desempeña un papel en la salud intestinal de la carpa jian. Se ha demostrado que las poblaciones microbianas en el tracto digestivo de los peces (como Firmicutes) están estrechamente relacionadas con la salud y la nutrición de los peces.
Las bacterias del tracto digestivo de los peces podrían secretar enzimas digestivas, que promueven la digestión de sustancias nutritivas y sintetizan la sustancia nutritiva que necesitan los peces. También se ha demostrado que la metionina podría influir en el equilibrio de la microflora intestinal al promover el crecimiento de bacterias beneficiosas y deprimir el crecimiento de bacterias dañinas.
Cambiando la forma en que vemos la nutrición de la metionina y la salud de los peces
Considerando el número de vías metabólicas que requieren metionina y / o sus derivados, No es sorprendente que la metionina en la dieta no solo afecte al crecimiento sino también al metabolismo y al estado general de salud de los peces.
La evidencia del papel funcional que juega la metionina en los peces está aumentando y sugiere que debemos cambiar la forma en que vemos la nutrición de la metionina y la salud de los peces. Se ha demostrado que la primera etapa de alimentación de los peces es una ventana crítica para la programación nutricional y que existe un impacto positivo de la alimentación temprana de una dieta basada en plantas en su futura aceptación y utilización.
Trabajando juntos, La industria y el mundo académico deben establecer si es posible programar el crecimiento futuro y la salud de los peces de cultivo a través de una nutrición optimizada. Y, si es así, los criterios de respuesta que deberían (re) considerarse para definir las recomendaciones de metionina (nutrientes) que mejor optimizan la nutrición y la salud de los peces.
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