Резюме

Заден план

Беше проверена хипотезата, че брашното от насекоми (IM) като източник на протеин влияе върху междинния метаболизъм на растящите свине. За да се тества това, 30 мъжки, 5-седмични кръстосани свине бяха разпределени на случаен принцип в 3 групи от по 10 прасета, всяка с подобно телесно тегло (BW) и хранени с азотогенни диети или без (CON), или с 5% IM (IM5) или 10 % IM (IM10) от Тенебрио молитор L. в продължение на 4 седмици и ключови метаболитни тъкани (черен дроб, мускули, плазма) бяха анализирани с помощта на omics-техники.

Резултати

Повечето параметри на ефективността не се различават между групите, докато илеалната смилаемост на повечето аминокиселини е с 6,7 до 15,6% -единица по-ниска в IM10, отколкото в CONP

Заден план

Методи

Животни и диети

Анализ на фуражния състав

Определянето на общия състав на липидните мастни киселини на IM, експерименталните мазнини и диетите се извършва, както е описано по-рано [20]. Съдържанието на сухо вещество, енергийното съдържание и концентрациите на сурови хранителни вещества и аминокиселини в диетите и IM се определят по официални методи [21, 22]. Съдържанието на хитин в брашното от насекоми се определя, както е описано наскоро [16].

Вземане на проби

След четири седмици прасетата бяха убити чрез обезкървяване под електронаркоза в хранено състояние. Кръв се събира в полиетиленови епруветки, покрити с хепарин (AppliChem, Дармщат, Германия), и плазма се получава чрез центрофугиране (1100 ×ж; 10 минути) при 4 ° С. Аликвотни части от черния дроб и мускулите на гастрокнемия се изрязват, промиват се с ледено студен разтвор на NaCl (0,9%) и се замразяват бързо в течен азот. Стомашно-чревният тракт се отстранява и се събира химус от илеума. Пробите от тъкани и илеалния химус бяха замразени бързо в течен азот и всички проби се съхраняват при - 80 ° C в очакване на анализ.

Екстракция на РНК

Общата РНК от аликвотни части на черния дроб (20 mg) и мускулите на гастрокнемия (30 mg) бяха изолирани, използвайки реагент TRIzol (Invitrogen, Karlsruhe, Германия), съгласно протокола на производителя. Количеството и качеството на РНК се оценяват спектрофотометрично, като се използва Infinite 200 M четец за микроплаки, оборудван с плоча NanoQuant (и двете от Tecan, Майнц, Германия). Средната концентрация на РНК и съотношението A260/A280 на всички проби от РНК (н = 30, означава ± SD) са съответно 2,06 ± 0,49 μg/μL и 1,97 ± 0,06 (черен дроб) и 0,54 ± 0,10 μg/μL и 1,96 ± 0,02 (мускул на гастрокнемия).

Профилиране на стенограми и биоинформатичен анализ на данни от микрочипове

Определяне на състава на мастните киселини на общите чернодробни липиди

Съставът на мастните киселини на общите чернодробни липиди се определя чрез газова хроматография - откриване на пламъчна йонизация (GC-FID). Накратко, общите липиди се екстрахират от 50 mg чернодробни аликвотни части с 3: 2 (v/v) смес от n-хексан и изопропанол, съдържаща 0,02% бутилиран хидрокситолуен. След екстракция пробите се центрофугират (1200 хж, 10 минути) и аликвотна част от супернатантата се изпарява под поток от N2 при 37 ° С. Впоследствие липидите бяха трансметилирани с разтвор на триметилсулфониев хидроксид (Sigma-Aldrich) [41] и получените метилови естери на мастните киселини (FAMEs) бяха разделени чрез GC-FID система, описана подробно наскоро [30].

Определяне на концентрациите на аминокиселини и TiO2 в хилемен химус и изчисляване на илеалната смилаемост на аминокиселините

Статистически анализ

Статистическите анализи бяха извършени с помощта на статистическия софтуер Minitab (Rel. 13.1, Minitab, State College, PA, USA). Експерименталната единица беше писалката за данни за ефективността и отделното животно за всички останали данни. Данните за ефективността бяха подложени на двуфакторна ANOVA с класификационни фактори диета, плътност на отглеждане и взаимодействието на двата фактора. Всички останали данни бяха проверени за разпределение на нормалността на остатъците чрез теста на Андерсън-Дарлинг. Обикновено разпределените данни се анализират чрез еднопосочен ANOVA, последван от тест за многократно сравнение на Fisher. Ако данните не бяха нормално разпределени, непараметричният тест на Крускал-Уолис беше използван за междугрупово сравнение и коригираната от Бонферони Ман-Уитни U тест за сравнение между групи. Разликите бяха счетени за значителни при P

Резултати

Характеризиране на експерименталните диети

Концентрациите на суров протеин и брутната енергия не се различават при трите диети, което показва, че частичното (IM5 диета) и пълното (IM10 диета) заместване на SEM с IM е изонитрогенно и изокалорично. Докато концентрацията на сурова мазнина е била сходна при трите диети, концентрацията на сурова пепел е била с 14% по-ниска при диетата IM10, отколкото при диетата CON. Поради добавянето на целулоза към диетата IM5 и IM10, концентрацията на сурови фибри е съответно с 27% и 54% по-висока в диетата IM5 и IM10, отколкото в диетата CON. Въпреки използването на различни количества от основните протеинови източници (SEM, IM), концентрациите на аминокиселини в диетите са били относително сходни между трите диети поради добавянето на отделни количества от L-лизин, DL-метионин, L-треонин, L-триптофан, L-глутаминова киселина и L-цистеин (Таблица 2). Концентрациите на сурови мазнини и основни мастни киселини (линолова киселина, олеинова киселина, палмитинова киселина, стеаринова киселина и α-линоленова киселина), които представляват повече от 95% от общите мастни киселини, са сходни в трите диети поради корекцията съдържание на мазнини и състав на мастни киселини чрез добавяне на отделни количества рапично масло и шафраново масло (Таблица 2).

Ефект върху ефективността на растежа и илеалната смилаемост на аминокиселините на прасетата

Повечето параметри на производителността (дневен прием на фураж, краен BW, коефициент на съотношение: фураж) не се различават в трите групи (таблица 3). Само дневната печалба на BW е по-ниска в група IM10 в сравнение с група IM5 и група CON (P Таблица 3 Параметри на ефективността на прасета, хранени с азотрогенни диети без (CON) или с 5% брашно от насекоми (IM5) или 10% брашно от насекоми (IM10) в продължение на 4 седмици

Илеалната смилаемост на всички аминокиселини, с изключение на аспарагиновата киселина, е била с 6.7 до 15.6% единици по-ниска при свине от група IM10, отколкото при свине от група CON (Допълнителен файл 1: Таблица S3). Илеалната смилаемост на аспарагиновата киселина е с 26,3% единици по-ниска в група IM10, отколкото в група CON.

Ефект върху чернодробния транскриптом на прасетата

Установено е, че общо 166 транскрипта (105 регулирани нагоре, 61 регулирани надолу) са диференцирано изразени в черния дроб между група IM10 и група CON според приложените критерии за филтриране (FC> 1,2 или Таблица 4 Най-обогатеният биологичен процес на GO термини, присвоени на 105 регулирани нагоре и 61 регулирани надолу транскрипти в черния дроб на прасета от група IM10 в сравнение с група CON a

Ефект върху скептичния мускул на транскриптома на прасетата

В мускулите на гастрокнемиуса 198 транскрипта (87 регулирани нагоре, 111 регулирани надолу) са идентифицирани като диференцирано изразени (FC> 1,2 или Таблица 5). гастрокнемиален мускул на прасета от група IM10 в сравнение с група CON a

Ефект върху плазмените аминокиселини, метаболитите на аминокиселините, видовете карнитин и жлъчните киселини на прасетата

Плазмените концентрации на аланин, цитрулин, глутамат, пролин, серин, тирозин и валин са съответно 19%, 15%, 33%, 27%, 19%, 46% и 62%, в група IM10, отколкото в група CON, като има предвид, че концентрацията на аспарагин е била с 24% по-ниска в група IM10, отколкото в група CON (P Таблица 6 Плазмени концентрации на аминокиселини и аминокиселинни метаболити на прасета, хранени с азотрогенни диети без (CON) или с 5% брашно от насекоми (IM5) или 10% брашно от насекоми (IM10) в продължение на 4 седмици

От 40 видове плазмен карнитин, които се откриват, само седем са били количествено измерими (карнитин, ацетилкарнитин, пропионилкарнитин, хидроксибутирилкарнитин, бутирилкарнитин, миристолеилкарнитин и палмитоилкарнитин), като карнитинът и ацетилкарнитинът са съответно 83% от всички видове карнитин, съответно 13% от карнитина всички групи. Не са наблюдавани разлики в плазмените концентрации на количествено определяемите видове карнитин, с изключение на хидроксибутирилкарнитин, един от второстепенните видове ацилкарнитин (≈ 1% от всички видове), което е съответно с 22% и 16% в група IM5 и група IM10, отколкото в група CON (P Фиг. 1

метаболитните

Концентрации на холестерол и триацилглицероли в плазмата (а) и черния дроб (б) на прасета, хранени с азотрогенни диети без (CON) или с 5% брашно от насекоми (IM5) или 10% брашно от насекоми (IM10) в продължение на 4 седмици. Пръчките представляват средства ± SD за н = 10 животни на група

Ефект върху концентрациите на фосфолипиди и сфинголипиди в черния дроб и плазмата на прасетата

В черния дроб концентрациите на основните фосфолипиди (PC, PE, PI, PS), лизофосфолипидите (LPC, LPE) и сфинголипидите (SM, Cer, HexCer) не се различават между трите групи (Таблица 7). Само чернодробната концентрация на незначителните фосфолипиди PG, PE P и PC O са по-високи в група IM5 и IM10, отколкото в група CON (P Таблица 7 Концентрации на класове фосфолипиди и сфинголипиди в черния дроб и плазмата на прасета, хранени с азотрогенни диети без (CON) или с 5% брашно от насекоми (IM5) или 10% брашно от насекоми (IM10) в продължение на 4 седмици

В плазмата концентрациите на най-разпространения фосфолипиден PC и на други основни фосфолипиди (PI, LPC, PE) и сфинголипиди (SM, Cer, HexCer) не се различават между трите групи. Само плазмените концентрации на PC O и PE P са по-високи в група IM10, отколкото в група IM5 и група CON (P Фиг. 2

Корелации между значително променени чернодробни фосфолипидни параметри и значително променени нива на чернодробна иРНК

За да се изследват статистическите връзки между чернодробните нива на иРНК на значително променени гени и значително променени чернодробни параметри на липидния метаболизъм (PE P, PG и PC: PE-съотношение), беше извършен регресионен анализ. Както е показано в Допълнителен файл 1: Таблица S11, не са открити значими корелации.

Дискусия

Заключения

Цялостната оценка на метаболитното въздействие на хранителния IM при растящи свине разкри умерена диференциална регулация на голям брой транскрипти в черния дроб и скелетните мускули и промени в плазмените концентрации на няколко аминокиселини (аланин, цитрулин, глутамат, пролин, серин, тирозин, валин, аспарагин) и аминокиселинния метаболит MetS. За разлика от това, не са открити промени в отговор на хранителния IM в плазмените концентрации на основните видове карнитин/ацилкарнитин и циркулиращите видове жлъчни киселини и в чернодробните и плазмените концентрации на основните липидни класове (TG, холестерол, фосфолипиди, лизофосфолипиди, сфинголипиди). Процентите на всички отделни PC и PE видове в черния дроб не показват разлики между групите, с изключение на тези с 6 двойни връзки, които са по-ниски в група IM10, отколкото в CON. Въз основа на тези наблюдения заключаваме, че частичното или пълно заместване на SEM с IM в дажбата за хранене има като цяло по-малко въздействие върху междинния метаболизъм на растящите свине. По този начин, IM от Тенебрио молитор L. може да се разглежда като безопасен източник на протеин при прасенца, който не причинява неблагоприятни ефекти върху метаболизма.

Наличност на данни и материали

Всички данни, генерирани или анализирани по време на това проучване, са включени в тази публикувана статия и нейните допълнителни информационни файлове.