Джовани С. Молинари

1 Център за рибарство, аквакултури и водни науки, Южен Илинойски университет, Карбондейл, Илинойс, Съединени американски щати

може

Vance J. McCracken

2 Департамент по биологични науки, Университет на Южен Илинойс Едуардсвил, Едуардсвил, Илинойс, Съединени американски щати

Михал Войно

1 Център за рибарство, аквакултури и водни науки, Южен Илинойски университет, Карбондейл, Илинойс, Съединени американски щати

Симона Римолди

3 Катедра по биотехнологии и науки за живота, Университет на Инсубрия, Варезе, Италия

Генциана Терова

3 Катедра по биотехнологии и науки за живота, Университет на Инсубрия, Варезе, Италия

Каролина Квасек

1 Център за рибарство, аквакултури и водни науки, Южен Илинойски университет, Карбондейл, Илинойс, Съединени американски щати

Свързани данни

Всички съответни данни се намират в ръкописа и в неговите поддържащи информационни файлове.

Резюме

Въведение

Абсорбцията на хранителни вещества може да бъде изследвана чрез измерване на експресията на определени гени в червата. PepT1, известен също като slc15a1 [5], е чревен белтъчен транспортер, отговорен за усвояването на пептиди [6]. Повишената експресия на чревни пептидни транспортери е ключов фактор за усвояването на фуражните компоненти при рибите [6]. Източниците на растителни протеини имат отрицателен ефект върху експресията на PepT1 [7,8]. Диетичното включване само на 15% брашно от зелен грах значително намалява експресията на PepT1 в европейския лаврак (Dicentrarchus labrax), корелирайки с намалена ефективност на растеж в сравнение с FM-хранени риби [7]. Подобни резултати се наблюдават и при морските платика (Sparus aurata), където 15% заместване на FM с РР води до намалена експресия на PepT1 и намален растеж [8]. И двете проучвания осигуряват подкрепа, че чревната експресия на PepT1 е добър маркер за ефективността на усвояване и качеството на протеините във фуражите [7,8]. Освен това SBM причинява понижаване на регулирането на fabp2 - протеин, свързващ мастна киселина, отговорен за абсорбцията на липиди в червата [9], причинявайки нарушаване на епителния транспорт на липиди и тяхното намалено усвояване [9,10]. Намалена експресия на fabp2 е наблюдавана особено при риби, които са имали индуцирано от SBM възпаление в дисталната част на червата [5].

Чревно възпаление е оценено в предишни проучвания, като се използва qPCR за измерване на регулацията на възпалителните маркери в червата. В проучване, направено върху ларви на зебра (Danio rerio), е измерен провъзпалителният фактор на некроза на туморен цитокин-α (tnfa), за да се анализира чревното здраве на зебрата, хранени със соеви фуражи [5]. Експресията на tnfa е значително по-висока при рибите, хранени със SBM, отколкото при рибите, хранени със стандартна диета с рибно брашно, което представлява повишено чревно възпаление [5]. В атлантическата сьомга (Salmo salar), чревната експресия на il17a, il1b и други гени, които също се считат за провъзпалителни маркери, се увеличава при риби, изложени на SBM [11]. В това проучване се наблюдава повишена експресия на тези възпалителни маркери в рамките на три дни след експозицията, което показва, че процесът на чревно възпаление протича доста бързо в отговор на хранителен SBM [11]. Освен това излагането на SBM е свързано със съкратени чревни лигавични гънки, удебелена ламина проприа и увеличен брой бокалени клетки [10,12]. Тези хистологични отговори са в съответствие с чревното възпаление [12] и са отговорни за намалената ефективност на използване на фуражите и лошото развитие на растежа [1].

NP начинът на действие се осъществява чрез епигенома. Епигеномът на индивида е това, което програмира неговия геном и влияе върху фенотипната експресия на дадена геномна последователност [14]. Дразнителите от околната среда могат да предизвикат епигенетични белези, които влияят върху експресията на определени гени [15]. Епигенетичният ефект може да продължи няколко поколения, което означава, че има възможност да повлияе на фенотипа на маточните животни, както и на фенотипите на техните потомци [15]. Диетата и хранителните вещества в диетата са стимули на околната среда, които могат да променят епигенома, така че специфичните гени, например в храносмилателния тракт, да могат да бъдат регулирани нагоре или надолу като отговор на диетата; тези промени от своя страна могат да бъдат наследени от потомството [15]. Програмирането на разплод е възможно при много видове риби, при които голяма част от развитието на ларвите се случва по време на етапа на жълтъчната торбичка, където жълтъкът, чийто състав е силно повлиян от родителската диета, е единственият източник на храна по време на ендогенното хранене [16, 17]

Ако храносмилателните процеси в разплода са в състояние да се адаптират към растителната диета чрез променена експресия на специфични гени, свързани с транспортиране на хранителни вещества или възпалителна реакция, тогава тези адаптации могат потенциално да бъдат предадени на потомството чрез епигенома. Проучвания, тестващи ефектите от храненето на плод от ореха (Sparus aurata) с ниско, умерено и високо рибено масло (FO) и FM диети, установиха, че храненето на умерени нива на FO/FM подобрява растежа и ефективността на хранене на съответното им потомство, хранено с ниско FO/FM диета [18]. Това проучване използва брашно от рапица и ленено масло като заместители на FO и FM, така че е важно да се определи дали подобни ефекти могат да се наблюдават при използване на SBM при различни видове.

Поради относително малко количество изследвания, механизмът, който стои зад NP, все още е неизвестен. Предполагаме обаче, че подобрената ефективност на растежа на диетата, базирана на SBM, по време на зряла възраст е резултат от адаптация на чревния тракт към този конкретен източник на протеин, когато е изложен на него по време на разплод или ранни етапи на развитие. Целите на това проучване бяха: 1) Да се ​​определи дали рибите могат да бъдат програмирани на диетичен SBM чрез хранене с разплод и в комбинация с NP от ранните етапи за подобряване на използването на SBM в потомството по време на фазата на израстване; 2) Да се ​​определи дали NP влияе върху експресията на гени, свързани с чревно възпаление и поглъщане на пептиди, и 3) Да се ​​определи дали NP чрез хранене с маточници и в комбинация с NP от ранните стадии предизвиква някакви морфологични промени в чревния тракт. За този експеримент са използвани Zebrafish, популярен моделен организъм поради високата им плодовитост и напълно анотиран геном [19]. Zebrafish може да се храни с растителни и животински протеинови източници, така че е идеален вид за моделиране на хранителните пътища както на месоядни, така и на всеядни видове аквакултури [20]. Освен това зебрафите са добър модел за изследване на диета, предизвикано от възпаление в червата на аквакултурни видове [19].

Материали и методи

Изпитанието за хранене е проведено в Центъра за рибарство, аквакултури и водни науки към Университета на Южен Илинойс-Карбондейл (SIUC), IL. Експериментът е извършен в строго съответствие с препоръките в Ръководството за грижа и използване на лабораторни животни на SIUC. SIUC институционалните грижи и употреба на животните одобриха всички извършени протоколи (протокол № 18–007). Всички изследователи бяха обучени в съответствие с SIUC институционалните изисквания за грижа и употреба на животните. По време на боравене с риба анестезията се извършва с помощта на потапяне във водна баня в трикаин метансулфонат (MS222) с препоръчителна концентрация и се полагат всички усилия за минимизиране на болката, стреса и дискомфорта при животните. В това проучване са използвани хуманни крайни точки, рибите са евтаназирани в рамките на 24 часа, ако показват значителни признаци на влошено качество на живот. Всеки ден се наблюдават риби за признаци на бедствие. Никоя риба в това проучване не е трябвало да бъде евтаназирана преди завършването на експеримента.

Експериментът е проведен с използване на рециркулирана система за аквакултури (Pentair Aquatic Eco-systems, Cary, NC). Системата се състоеше от 3 L и 5 L резервоари, подредени в редове. Водата в системата непрекъснато се филтрира и рециркулира с помощта на матов филтър, UV светлина, въглероден филтър и биофилтрация. Средната температура на водата е 27,1 ± 0,2 ° C, рН е 7,28 ± 0,72, а солеността се поддържа между 1 и 3 ppt (по-висока по време на първото хранене, за да удължи жизнеспособността на живата храна [21]). Фотопериодът се състоеше от 14 часа тъмнина и 10 часа светлина, с включени светлини 8: 00–18: 00.

Подготовка и формулиране на фуражи