von Sarah Séité und Karthik Masagounder, Evonikand Stéphane Panserat und Iban Seiliez, Universität Pau und Pays de l'Adour, Frankreich

Die Nachhaltigkeit der Aquakulturindustrie hängt davon ab, wie effizient wir die verfügbaren Ressourcen nutzen, um eine wachsende Bevölkerung mit erschwinglichem und nahrhaftem Protein zu versorgen. Einfach ausgedrückt, wir müssen mehr und besser produzieren, mit weniger.

Es gibt, deshalb, eine wichtige Gelegenheit für Industrie und Wissenschaft, gemeinsam an der Spezifikation von Fischfutterrezepturen zu arbeiten, die die Ernährung und Gesundheit von Fischen während ihres gesamten Produktionszyklus kosteneffizient optimieren, zum Beispiel, Methionin verwenden.

Ernährungsumstellung

Moderne Aquakulturdiäten werden mit wenig oder keinem Fischmehl und höheren Mengen an pflanzlichen Proteinquellen produziert. Diese Änderung der Nahrungsformulierung führt dazu, dass Methionin typischerweise die erste limitierende Aminosäure ist – eine Aminosäure, die in unzureichenden Mengen in einem Lebensmittel enthalten ist – in der Fisch- und Garnelendiät.

Methionin hat eine zentrale Rolle als Baustein in der Proteinsynthese, zusammen mit einigen anderen Funktionen. Jüngste Forschungen zeigen, dass es ein wichtiger Regulator der antioxidativen Abwehr ist. Immunreaktion, der allgemeine Gesundheitszustand der Fische sowie der Kohlenhydrat- und Fettstoffwechsel. Zusätzlich, als Vorläufer von S-Adenosylmethionin (SAM) und S-Adenosylhomocystein (SAH), Methionin kann die Expression von Genen, die mit dem Wachstum und der Gesundheit von Tieren zusammenhängen, durch DNA-Methylierungsreaktionen modulieren.

Proteinumsatz

Im Körper von Fischen und Garnelen, Proteinmassezunahme ist der Nettogewinn der Körperproteinablagerung gegenüber dem Proteinverlust, unter dem biologischen Prozess namens "Proteinumsatz". Dies ist ein kontinuierlicher Prozess in allen Geweben, sowohl die Proteinsynthese als auch den Proteinabbau (Proteolyse) beinhalten.

Der Proteinumsatz wird durch die Nährstoffzusammensetzung des Futters und den Ernährungszustand der Tiere beeinflusst. Es ist wichtig, die Ernährung im Hinblick auf Aminosäuren ausgewogen zu halten, und liefert gleichzeitig genügend Energie aus Nicht-Protein-Energiequellen.

Kommerzielle Futtermittelhersteller haben festgestellt, dass die Ergänzung des Methioninspiegels in Aquarienfutter zu einer besseren Tierproduktion führt. Jüngste Studien an Fischen haben gezeigt, dass Methioninmangel einen wichtigen intrazellulären Signalweg moduliert. Dies führt zu einer erhöhten Expression mehrerer Gene, die am Proteinabbau und der Hemmung der Proteinsynthese beteiligt sind.

Zum Beispiel, eine Diät mit Methioninmangel (formuliert, um 32 Prozent weniger Methionin als die normale Diät zu liefern) bei Regenbogenforellen (40 g, anfängliches Körpergewicht) beeinflusst nachweislich die Phosphorylierung des Translationsinitiationsfaktors (eif2α), und induzieren die Expression mehrerer Faktoren, die an den zwei wichtigsten proteolytischen Muskelwegen (Proteasom und Autophagie) beteiligt sind.

Gesamt, Neuere Studien haben unser Verständnis der Rolle von Methionin beim Fischwachstum auf zellulärer Ebene verbessert. Dies hat wichtige Biomarker zur Verfügung gestellt, um die Leistung von Fischen bei Methionin-Mangel-Diät zu bewerten.

Oxidativen Stress

Intensive Landwirtschaft wird immer häufiger, um die wachsende Nachfrage nach dem weltweiten Fischkonsum zu decken. Nach dieser Methode Tiere sind oft verschiedenen Biotika ausgesetzt (z.B. hohe Besatzdichte, Krankheitserregerexposition) und Antibiotika (z. B. schlechte Wasserqualität, Transport, unausgewogene Ernährung)Stressoren.

Diese führen zu einer konstanten Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS). ROS sind im Wesentlichen sauerstoffhaltige chemische Substanzen (z. B. Superoxid, Wasserstoffperoxid, Hydroxyradikale) und führen zu reaktiven freien Radikalen (Moleküle mit ungepaarten Elektronen). Diese freien Radikale nehmen an oxidativen Reaktionen teil, die biologische Moleküle wie Lipide, Proteine ​​und die DNA von Tieren. Tiere unterliegen oxidativem Stress, wenn sie nicht in der Lage sind, die freien Radikale zu entgiften oder die daraus resultierenden Schäden zu reparieren.

Methionin ist eine wesentliche Verbindung für die Abwehr des Wirts gegen oxidativen Stress. Es unterstützt die Bildung von Glutathion (GSH) und Taurin; essentielle Verbindungen für die Wirtsabwehr gegen oxidativen Stress.Methionin wird auch leicht von ROS oxidiert, Bildung von Methioninsulfoxid, die leicht durch Methioninsulfoxid-Reduktase repariert werden können. Es stellt daher einen wichtigen antioxidativen Abwehrmechanismus dar, der bei der Redox-Signalgebung eine Rolle spielen könnte; eine Form der Mobilfunkkommunikation.

Mehrere Studien haben gezeigt, dass ein Methioninmangel in der Nahrung die GSH-Reservoirs reduzieren kann. das wichtigste intrazelluläre Antioxidans, und somit, erhöhen die oxidativen Schäden in mehreren Geweben. Gelbe Welse, die mit einer Methionin-Mangeldiät gefüttert wurden (formuliert, um 37 Prozent weniger Methionin als die normale Nahrung zu liefern), zeigten peroxidative Schäden durch ROS, begleitet von einer Erhöhung der antioxidativen Enzymaktivitäten (SOD und GPX), Dies weist auf eine Methioninmangelernährung hin, die beim Gelbwels oxidativen Stress verursacht.

Im Gegensatz, Eine frühere Studie zeigte, dass die Methionin-Einschränkung in der Nahrung (formuliert, um 45 Prozent weniger Methionin als die Kontrolle zu liefern) die Menge an Gesamtglutathion im Lebergewebe von Junglachsen unter Laborbedingungen nicht beeinflusst.

Die Forschung hat auch gezeigt, dass ein ernährungsbedingter Methioninmangel (der so formuliert ist, dass er 55 Prozent weniger Methionin liefert als die Kontrolle), Abnahme des oxidativen Status in der Leber von Regenbogenforellen. Dies weist darauf hin, dass die negativen Auswirkungen eines Methioninmangels auf den oxidativen Status von Fischen von den Faktoren abhängen, einschließlich des Methioninmangels, in Bezug auf den Bedarf des Tieres und den Grad des oxidativen Stresses. Faktoren, einschließlich der Lebensphase von Fischen, Produktionsintensität und Wachstumsbedingungen können oxidativen Stress beeinflussen.Unter intensiven landwirtschaftlichen Bedingungen wo Tiere anfällig für oxidativen Stress sind, der Methioninbedarf von Fischen und Garnelen kann höher sein als die unter günstigen Laborbedingungen ermittelten Werte.

Immunreaktion

Es ist bekannt, dass ein Mangel an bestimmten Aminosäuren die Immunfunktion beeinträchtigt und die Anfälligkeit von Tieren für Infektionskrankheiten erhöht. Aminosäuren beeinflussen die Immunantwort eines Tieres, entweder direkt oder indirekt, durch ihre Stoffwechselprodukte.

Es hat sich gezeigt, dass ein ernährungsbedingter Methioninmangel die angeborene Immunantwort und damit den Schutz vor einer Infektion mit Bakterien (A-Hydrophila) bei juvenilen Gelbwelsen verringert.

Zusätzlich, während einer Infektion oder Entzündung, Fische, die mit Methionin-ergänztem Futter gefüttert werden, sind besser gegen Mikroorganismen (wie Bakterien) und bakterizide Aktivitäten geschützt. Diese Reaktion könnte auf die Rolle von Methionin bei der Zellproliferation zurückzuführen sein.

Zwischenstoffwechsel

Die Leber ist der Hauptort des intermediären Stoffwechsels (einschließlich, Lipide und Kohlenhydratstoffwechsel). Es wurde gezeigt, dass die hepatische Expression von Genen, die an der Lipogenese und Glukoneogenese beteiligt sind, auf Methionin-Ungleichgewichte in der Nahrung bei Fischen anspricht. Diese Störungen spiegeln sich auch bei Fischen auf Phänotyp-Ebene wider. Wenn Salmoniden eine methioninarme Diät erhielten, Die Akkumulation von hepatischen Triglyceriden (TAG) wurde aufgezeichnet. Es wird angenommen, dass die Ansammlung von TAG in der Leber, nach einer methioninarmen Diät, ist auf die reduzierte Verfügbarkeit von Phosphatidylcholin zurückzuführen, das am Transport von Lipiden von der Leber zu den peripheren Organen beteiligt ist.

Phosphatidylcholin wird aus Phosphatidylethanolamin synthetisiert, wo SAM, hergestellt aus Methionin, fungiert als wichtiger Methyldonor. Deswegen, Methioninmangel kann die endogene Synthese von Phosphatidylcholin beeinträchtigen.

Eine andere Hypothese ist, dass ein Methioninmangel die Verfügbarkeit von Taurin verringern kann. welches ein wichtiger Vorläufer bei der Synthese von Gallensalz (Taurocholsäure) ist. Gallensalz ist von großer Bedeutung für die Verdauung und Aufnahme von Fett und fettlöslichen Vitaminen.

Zusätzlich, Die Gallensäuresynthese ist der Hauptweg des Cholesterinstoffwechsels, da etwa die Hälfte des im Körper produzierten Cholesterins für die Gallensäuresynthese verwendet wird. Gesamt, Methionin spielt eine wichtige Rolle im richtigen Zwischenstoffwechsel von Nährstoffen, undein langfristiger Methioninmangel kann das Wachstum und die Gesundheit der Fische beeinträchtigen.

Ernährungsprogrammierung

Frühe Ernährungsereignisse, die während kritischer Entwicklungsfenster ausgeübt werden, können zu dauerhaften Veränderungen im späteren Leben von Tieren führen. nämlich ihr Wachstumspotenzial, Gesundheit und Stoffwechselstatus. Diese Veranstaltungen sind Ergebnisse der sogenannten Ernährungsprogrammierung und eröffnen ein neues Forschungsfeld und Möglichkeiten zur Optimierung der Ernährung und Gesundheit von Nutztieren, mit offensichtlichen wirtschaftlichen Folgen.

Ernährungsprogrammierung, durch epigenetische Mechanismen von Methylierungsreaktionen, wie die DNA- und Histon-Methylierung, ist direkt von SAM abhängig, und damit seines wichtigsten Vorläufers:Methionin. Methioninspiegel in der Nahrung und ihre Angemessenheit, um den Anforderungen von Tieren in frühen Stadien gerecht zu werden, kann daher einen kritischen Faktor bei der Modulation des Phänotyps der Tiere während ihres gesamten Produktionszyklus darstellen.

Jüngste Studien mit Regenbogenforellen zeigen, dass die Fütterung von Brutbeständen mit einer Diät, die Methionin auf 50 Prozent begrenzt, verschiedene Merkmale der Nachkommen beeinflusst. einige davon blieben während der ersten Wochen der exogenen Ernährung bestehen. Ob epigenetische Mechanismen hinter diesen Effekten stecken, bedarf weiterer Untersuchungen.

Allgemeine Gesundheit

Methioninmangel kann unterschiedliche Auswirkungen auf die allgemeine Gesundheit haben. Zum Beispiel:Methioninmangel kann bei mehreren Fischarten zur Entstehung von Katarakten führen, z.B. Regenbogenforelle, hybrider Streifenbarsch und Seesaibling. Obwohl der Mechanismus dahinter nicht gut verstanden ist, es wird vermutet, dass Glutathion endogen aus Methionin oder Cystein synthetisiert wird, spielt wahrscheinlich eine Rolle bei der Verhinderung der Bildung von Disulfidbindungen, die zur Unlöslichkeit des Linsenproteins und zur Entwicklung einer Augentrübung führen.

Außerdem, Methionin spielt nachweislich eine Rolle bei der Darmgesundheit bei Jian-Karpfen. Mikrobielle Populationen im Verdauungstrakt von Fischen (wie Firmicutes) stehen in engem Zusammenhang mit der Gesundheit und Ernährung von Fischen.

Bakterien des Verdauungstraktes von Fischen können Verdauungsenzyme absondern, die die Verdauung von Nährstoffen fördern und die Nährstoffe synthetisieren, die die Fische brauchen. Es wurde auch gezeigt, dass Methionin das Gleichgewicht der Darmflora beeinflussen kann, indem es das Wachstum nützlicher Bakterien fördert und das Wachstum schädlicher Bakterien unterdrückt.

Die Art und Weise, wie wir Methionin-Ernährung und Fischgesundheit betrachten, verändern

In Anbetracht der Zahl der Stoffwechselwege, die Methionin und/oder Derivate benötigen, Es überrascht nicht, dass Methionin aus der Nahrung nicht nur das Wachstum, sondern auch den Stoffwechsel und den allgemeinen Gesundheitszustand von Fischen beeinflusst.

Die Beweise für die funktionelle Rolle von Methionin in Fisch nehmen zu und legen nahe, dass wir unsere Sichtweise auf die Methionin-Ernährung und die Gesundheit von Fischen ändern müssen. Es wurde nachgewiesen, dass die erste Fütterungsstufe bei Fischen ein kritisches Fenster für die Ernährungsprogrammierung ist und dass sich die frühzeitige Fütterung einer pflanzlichen Ernährung positiv auf ihre zukünftige Akzeptanz und Nutzung auswirkt.

Zusammen arbeiten, Industrie und Wissenschaft müssen herausfinden, ob es möglich ist, das zukünftige Wachstum und die Gesundheit von Zuchtfischen durch eine optimierte Ernährung zu programmieren. Und, wenn ja, die Antwortkriterien, die (neu) überdacht werden sollten, um Methionin-(Nährstoff-)Empfehlungen zu definieren, die die Ernährung und Gesundheit von Fischen am besten optimieren.

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