Beïnvloed Kalf Epigenetika

Die spysverteringskanaal van kalwers is 'n komplekse ekosisteem wat dig bevolk is deur triljoene kommensale bakterieë, swamme, archaea en virusse. Onlangse navorsing het die belangrikheid van hierdie mikroörganismes beklemtoon in die ontwikkeling en instandhouding van normale dermontwikkeling en fisiologie, insluitend vertering en voedingstofopname, metabolisme, weefselontwikkeling en immuniteit.

Epigenetiese regulering

Epigenetiese modifikasies stel beeselle in staat om geenuitdrukking te verander sonder om die genetiese kode te verander. Hierdie meganisme is wat soogdiere toelaat om aan te pas by omgewingsaanwysings. Kalwers bevat wat genoem word eukariotiese selle. Binne hierdie selle is DNA aan histoonproteïene gebind en georganiseer in 'n kompakte struktuur genaamd chromatien. 

Oor die algemeen laat epigenetiese modifikasies ontspanning van die chromatien toe om geentranskripsie te aktiveer. Epigenetiese modifikasies wat chromatientoeganklikheid reguleer, sluit in post-translasionele modifikasie van histone, DNA-asetilering en DNA-metilering.

Hierdie meganisme kan deur verskeie potensiële meganismes gebeur.

• Mikrobiese neweprodukte beïnvloed die beskikbaarheid van chemiese skenkers vir DNA- of histoonmodifikasies.
• Regulering van epigenetiese modifiserende ensiem uitdrukking en/of aktiwiteit.
• Aktivering van gasheersel-natuurlike prosesse wat epigenetiese weë rig.

Mikrobiota-gene ekspressie verhouding

Epigeneties-modifiserende ensieme benodig 'n substraat om veranderinge aan chromatien te kataliseer. Oor die algemeen maak hulle staat op metiel- en asetielskenkers. Alhoewel baie van hierdie skenkersubstrate uit natuurlike prosesse binne die dier gegenereer kan word, is die mikrobiota 'n bykomende bron van hierdie verbindings.

Mikrobiota kan baie biologiese verbindings sintetiseer, insluitend verskeie wat as epigenetiese substrate, ko-faktore of reguleerders van epigenetiese ensiemaktiwiteit dien.

Die neonatale derm is uniek sensitief vir aanvanklike mikrobiese kolonisasie na geboorte. Hierdie kritieke venster is belangrik vir postnatale weefselontwikkeling en die vestiging van normale immuunresponse. Daar is gevind dat vroeë mikrobiese kolonisasie geassosieer word met veranderde DNA-metilering in gene wat verband hou met immuniteit, metabolisme en vaskulêre regulering. 

Neonatale kolonisasie help ook om teen long- en ingewandsiektes te beskerm deur ophoping van natuurlike moordende T-selle in die longe en ingewande te voorkom. As 'n bedryf moet ons die belangrikheid van mikrobiota-epigenoom kruisgesprek tydens vroeë lewensfases beklemtoon en dat tydsberekening, digtheid en diversiteit van mikrobiese kolonisasie waarskynlik genetiese meriete tot in volwassenheid sal beïnvloed.

Aansoek op die plaas

Al hierdie wetenskaplike terme oor genetika kan oorweldigend wees! Kom ons praat 'n bietjie oor hoe om dit wat ons geleer het te neem en dit op die plaas toe te pas?

• Voeding: voer kalwers 'n hoër vlak van voeding
  • Daar is gevind dat kalwers 'n hoër voedingvlak (>20 % proteïen, >20 % vet) gedurende die voorspeentydperk voer, die groeirespons van die melkklier bemiddel. Hierdie resultaat word waarskynlik geaktiveer deur intrasellulêre kaskades van hormone, groeifaktore, ens. as gevolg van die voeding van meer voedingstowwe aan die dier.
  • Voeding van vleiskalwers 20% van hul liggaamsgewig in melk teenoor 10% het gelei tot verhoogde granulosa-selle (GC) en hoër follikeltellings op 8 maande oud, wat daarop dui dat 'n hoër voedingsvlak vroeg in die lewe die algehele reproduksie kan beïnvloed. Daar word gedink dat hierdie resultaat 'n gevolg kan wees van interferon-gereguleerde immunologiese weë.
• Modifikasie van dermflora: vroeë en effektiewe kolonisasie van voordelige dermmikrobiota
  • Kolostrum verskaf baie verbindings wat nodig is vir die kolonisasie van die SVK en ontwikkeling van die immuunstelsel.
    • Voordelige mikrobes wat in biesmelk gevind word, het die eerste kans om die SVK te koloniseer.
    • IgA skerm en kies watter tipe bakterieë toegelaat word om te koloniseer.
    • miRNA's wat in kolostrum gevind word, dien as seinmolekules om intestinale epiteelselproliferasie, stamselaktiwiteit en ontwikkeling van die immuunstelsel te stimuleer
    • Prebiotika wat in biesmelk voorkom, voer kommensale probiotika wat hulle toelaat om te floreer.
  • Probiotiese gebruik vroeg in die lewe verdig die bevolking van nuttige mikrobiese spesies soos Lactobacillus en Bifidobacterium spp.
  • Prebiotiese voerbestanddele kan dermmikrobioomdiversiteit voed en ondersteun, asook die immuunstelsel voorberei vir verdediging.
  • Daar is gevind dat dermmikrobiota asetilering en metilering in verskeie weefsels verander, insluitend die kolon, lewer en vetweefsel.
• Voeding van metielskenkers en/of kortkettingvetsure (SCFA):
  • Die verhoging van die beskikbaarheid van metielskenkers is een manier om geenmodifikasie te verbeter. Voorbeelde van metielskenkers sluit rumenbeskermde cholien en betaïen in. Hierdie metielskenkers sal op histone merk en geenuitdrukking beïnvloed.
    • Rumenbeskermde cholien verminder oksidatiewe stres tydens hittestres.
    • Betaïne is 'n osmoliet (help om osmotiese druk en homeostase binne selle te handhaaf) en 'n metielskenker.
  • SCFA is die neweprodukte van mikrobiese fermentasie in die SVK. Sommige SCFA's inhibeer histoon deacetilases (HDAC's), verbindings wat asetielgroepe van histone verwyder en geenuitdrukking onderdruk. 
  • SCFA aktiveer G-proteïen-gekoppelde reseptore (GPCR's) wat metabolisme, inflammasie en siekte reguleer.
  • SCFA is 'n belangrike rolspeler in die instandhouding van derm- en immuunhomeostase.

Ek voel dat een van die grootste uitdagings wat ons in die veeproduksiebedryf in die gesig staar, is om nuwe wetenskapsbevindinge op die plaas toe te pas. Ek het onlangs die geleentheid gehad om dit te doen in 'n kalfstudie wat kyk hoe ons immuniteit en geenuitdrukking kan beïnvloed deur kalwers 'n prebiotika, probiotika, postbiotika op dag 1 te gee. Ons het beide immuunvoordeel sowel as verbeterde gemiddelde daaglikse toename gesien. Jy kan meer leer oor ons benadering in my vorige blogpos Effekte van sinkronisasie op immuunbeskerming.

Bronne:

Röttgen, V., Tümmler, LM., Koczan, D. et al. Vroeë melkvoedingsregimes by kalwers het langtermyn-effekte op die ontwikkeling van ovariale granulosa-selle. BMC Genomics 24, 485 (2023). https://doi.org/10.1186/s12864-023-09589-7

Tan J, McKenzie C, Potamitis M, Thorburn AN, Mackay CR, Macia L. Die rol van kortkettingvetsure in gesondheid en siekte. Adv Immunol. 2014;121:91-119. doi: 10.1016/B978-0-12-800100-4.00003-9. PMID: 24388214.

Vailati-Riboni M, Bucktrout RE, Zhan S, et al. Hoër vlak van voeding voor-speen verbeter Holstein kalf melkklier ontwikkeling deur veranderinge in die parenchiem en vet pad transkriptoom. BMC Genomics. 2018 Des;19(1):900. DOI: 10.1186/s12864-018-5303-8. PMID: 30537932; PMCID: PMC6290502.

Woo V, Alenghat T. Epigenetiese regulering deur dermmikrobiota. Ingewande mikrobes. 2022 Jan-Des;14(1):2022407. doi: 10.1080/19490976.2021.2022407. PMID: 35000562; PMCID: PMC8744890.