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Author:
Maximizandoel PotencialProductivo
a través de la Epigenética
PhD. Carlos Martínez Amezcua Febrero 7, 2019
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2
Programa de la plática
• Introducción• Mecanismos de control molecular; epigenética• Factores que impactan productividad, análisis Integral• Puente de comunicación; desarrollo del sistema digestivo• Factores que impactan la productividad, analisis integral• Estrategias nutricionales que impactan el desarrollo del sistema
digestivo• Conclusiones
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3
Incremento en el número de lechones destetados/hembra
20.3
21.821.5
22.1
23.2 23.423.1
23.9 23.8
24.924.4
24.9
24.1
21.922.4 22.6
22.923.3
2424.3 24.5
25.1 25.3
26.126.4
26.81
202122232425262728
Año
Lechones destetados por hembra cargada por año
US PSYEurope PSY
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4
Bajo peso al nacimiento se relaciona a una menormasa muscular y pobre morfometría intestinal
1.64
1.3
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
gastrocnemius
%
Porcentaje de peso de músculoesquelético relativo al peso corporal al Nacimiento; lechones con peso bajo
(0.86kg) o normal (1.43kg) al nacimiento
Normalbirthweight
Lowbirthweight
↓21%
P < 0.05
386.3
215.3
100
200
300
400
500
µm
Altura de vellosidades de lechonescon peso bajo (0.73kg) o normal (1.31kg) al Nacimiento, a los 21
dias de edadNormalbirthweight
Lowbirthweight
P < 0.01
Wang et al., 2008 Wang et al., 2009
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5
Tamaño de camada y su relación con bajo peso al nacimiento y pobre peso corporal
1.89a
1.67b1.57c
1.47d1.38e14.9
17.4
20.221.3
23.7
0.5
0.7
0.9
1.1
1.3
1.5
1.7
1.9
< 9 10-11 12-13 14-15 > 160
5
10
15
20
25
Peso
al N
acim
ient
o, k
g
CV
Peso
al N
acim
ient
o
Grupos por Tamaño de Camada
Peso al Nacimiento y Coeficientes de Variación de Peso al Nacimiento (CV) en Lechones
Boulot et al., 2008
P < 0.05
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6
Lechones con bajo peso al nacimiento no alcanzan a lechones contemporaneos con mayor peso al nacimiento
Rezaei, 2010
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7
Consecuencias de un bajo peso al nacimiento
• Pobre consumo de calostro– Reducción en la adquisición de inmunidad pasiva– Pobre estatus nutricional y crecimiento– Bajo consumo de energía
• Baja capacidad para mantener temperaturacorporal
• Susceptibilidad a infecciones– Baja función inmune
• Crecimiento comprometido– Reducción en relación fibras musculares /
masa muscular• Alta mortalidad pre-destete• Incremento en días a mercado
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8
Factores involucrados en el crecimiento y el desarrollo del feto
Crecimientoy Desarrollo
del Feto
Genética
InmunidadMaterna
EpigenéticaNutriciónMaterna
Medio Ambiente
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9
Entendiendo la epigenética, lo que actualmente sabemos….
• GENOMICS-PROTEOMICS-EPIGENÉTICA• Que el alimento consumido impacta la salud, el
comportamiento productivo y conductual en animales y seres humanos
• El alimento consumido por la madre impacta el comportamiento productivo y vida futura de su progenie
• El alimento consumido en la infancia y su expresión corporal e intestinal, impactan la productividad y vida futura del ser vivo.
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10
Epigenética: ¿Cómo trabaja?
EpigenéticaCambios en la activación genética y su expression, que ocurren sin alteración en la secuencia del DNA, a diferenciade lo que sería una alteración genética (mutación)
Metilación del DNAModificación a nivel
de las Histonas
Source: Memorial Sloan Kettering Cancer Center
Ejemplos:
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11
• Metilación ocurre cuandoun grupo metil se adhiere a la molécula de DNA
• El grupo metil controla la intensidad de la expression genética
• Hipo/hiper metilación puededeterminar el nivel de expression que el gen va a mostrar
Sources:© 2016 Memorial Sloan Kettering Cancer CenterThe Role of Methylation in Gene ExpressionBy: Theresa Phillips, Ph.D. (Write Science Right) © 2008 Nature EducationCitation: Phillips, T. (2008) The role of methylation in gene expression. Nature Education 1(1):116
Metilación en el Segundo centro de las citocinas en la molécula de DNA
Tipos de efectos en epigenética:Metilación del DNA
Un gen subregulado no se va a expresar completamente
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12
Epigenética: ¿Por qué se presenta?
Expresión de un gen X permitida/incrementada
Nutricionalmente
Gen “X” es responsablede la actividad anti-inflamatoria, que espositiva para una mejorsalud intestinal.
Expresión de un gen Y, bloqueada/mitigada
Nutricionalmente
Gen “Y” es responsablede una mayor susceptibilidad a enfermedades negativopara la salud intestinal.
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13
Zn Suplementado a Dietas de Reproductoras
Mejor morfología intestinal ∗, función de barrera ∗ e inmunidad∗
Rendimiento de Carne
∗ = Zn Orgánico mostró mejores efectosvs ZnSO4 en experimentos
PruebasInformación Secundaria
Zn en SueroMetilación del
Genoma∗ Acetilación H3K9 y
Niveles Globales
∗ Metilación H3K9 ∗ Acetilación H3K9 enProtomeros A20
∗ Epresión Genética de A20 (una potentemolécula señal anti-inflamatoria)
∗ La via señal anti inflamatoria de NF-κB
Inflamación Intestinal∗
Síntesis Proteina
Degradación Proteina
Muerte de Fibroblastos
Crecimieno FibrasMusculares
Efecto de programación fetal con MineralesOrgánicos
Impacto enSalud Intestinal
& Inmunidad
Epigenética!
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14
Salud
Factores Propios del Animal
Factores Ambientales
Microorganismos; Simbiosis vs Patogenicidad
Factores que impactan productividad, análisis integral
1- Condiciones del animal 2-Necesidades nutricionales3- Crecimiento vs Mantenimiento:
Metionina HidroxianalogoMinerales Orgánicos, MOÁcidos Orgánicos, AO
1- Medio ambiente integral2- Alimento
a) Contenido de Nutrientes b) Digestibllidad
Enzimas, MO, AOc) Factores Detrimentales
Enzimas
1- ANTIBIÓTICOS2- AO3- Prebióticos 4- Aceites Esenciales
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15
Puente de comunicación con el medio ambiente, desarrollo del tracto gastrointestinal
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16
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Barrera intestinal
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18
Vellosidad sana vs. Vellosidad dañada
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19
Falla en la barrera intestinalInfección bacteriana sistémica
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20
Desarrollo del Sistema Digestivo
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21
Desarrollo del sistema digestivo
El intestino es el órgano con la tasa de recambio más activa; la vida media de
un enterocito varía de = 1-5 días a partirdel nacimiento (Uni et al., 1997)
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22
Desarrollo del sistema digestivo
• Al nacimiento el intestino es inmaduro, sufriendo cambiosmorfológicos dramáticos especialmente durante losprimeros días de vida (Uni et al., 1997)– Bajo número de criptas al nacimiento (0 vs 3-4), – Criptas con bajo número de células, pequeñas y
desuniformes– Mala definición entre la zona de criptas y villi– Hiperplasia en la zona de criptas, se acelera
dramáticamente hasta el día 5 de edad– Los villis aumentan su tamaño en un 50% al cuarto día
de vida
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23
Desarrollo de criptas (A-C) y vellosidades (D-H) del día 0 ,2 y 5 de edad en pollo de engorda (Geyra et al., 2002)
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24
Desarrollo del sistema digestivo
• La mucosa intestinal puede presentar diferentes arreglos, dependiendo de la altura y madurez de las vellosidades(Van Leeuwen et. al., 2004)– Vellosidades en forma de dedos (día 1, inmaduros) – Vellosidades en forma irregular, ej. de lengua, hoja– Vellosidades en arreglo ordenado de cadena
(>madurez)– Vellosidades irregulares con diferentes proporciones
de cada área
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25
Superficie apical, mucosa del yeyuno en aves alimentadas (A) o ayunadas (B) por 36 horas (Uni et al., 1998)
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26
Desarrollo del TGI, tamaño y peso
– Deficiencia nutricional o reducción en el consumoimpacta:
• La síntesis de proteína en el enterocito, • Altura y madurez de las vellosidades• Bacterias, parasitos, virus y toxinas potencialmente pueden
impactar al enterocito, con impacto en tamaño de la vellosidadATROFIA
– En atrofia de la vellosidad, la proporción vellosidad/criptase reduce
– En una vellosidad atrofiada predominan enterocitosinmaduros, la absorción de moléculas simples no se veafectada, no así la digestión de moléculas complejas
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27
ATROFIA DEL ENTEROCITO
(Si es debida a un microorganismo además se puede presentar ENTERITIS
u otra COMPLICACIÓN)
Coccidiosis
Consumo
Bacteria
Nutrición
Virus
Restricción
Frío u otro estrés
Calidad de la dieta
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28
EstrategiasMultidisciplinarias
para MejorarProductividad
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29
Estrategias para mejorar salud intestinal
• Manejo de Granja y Nutricional (agua, consumo de alimento)
• Nutricionales• Para mejorar Barrera Intestinal
– Definición de Nutrientes basada en condiciones de granja (consumos)
– Uso de Aditivos Nutricionales, Enzimas• Para promover una microbiota que maximice
productividad
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30
Epigenética y estrategias nutricionales
• Correcto perfil Nutricional y manejo de consumo• Uso racional de enzimas, • Minimizar Fermentación de Proteína en IG
– Proteasas específicas para proteínas estructurales– Monitorear calidad de materias primas (IT & AU)
• Mejorar Digestibilidad de NSP con enzimas• Control de Estrés Oxidativo – Antioxidantes y
fuentes de Zn, Cu, Mn y Se de altabiodisponibilidad (Minerales Orgánicos)
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31
Deficiencias o ExcesosNutricionales
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32
La importancia del correcto aporte de nutrientes
• Enterocito, una célula de alta tasa de recambio• Perfil de enzimas cambia de acuerdo a la dieta• Requerimiento alto de nutrientes para asegurar
crecimiento y maduración de enterocitos• Aunado a requerimientos de crecimiento, alto
requerimiento para síntesis de enzimas digestivas, péptidos y proteínas de defensa– Glutatión Peroxidasa, SOD, catalasa– Inmunoglobulinas– Moco (Mucina)
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33
La importancia del correcto aporte de nutrientes
• GSH (Glutatión Peroxidasa) se sintetiza en losenterocitos, a partir de Cys, Gln y Gly; siendo Cys el aminoácido limitante
• La suplementación de Metionina como Hidroxianálogo de Metionina garantiza una mayor síntesis de Cisteina, enzimas digestivas, GSH, SOD y catalasas a nivelintestinal
• El GSH es uno de los más importantes antioxidantes del cuerpo, su requerimiento aumenta bajo estrés (ambiental, viral, dietario, degenerativo)
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34
Conversión del hidroxianálogo de metionina o L-Met en aminoácidos azufrados, de importanciametabólica.
Cisteina TaurinaMartin-Venegas et al., 2006. Conversion of the methionine hydroxy analogue to sulfur containing amino acids in chicken small intestine. Poultry Sci 85:11932-1938
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35
Dietas de Alta Digestibilidad y Baja
Concentración de Factores Detrimentales
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36
Dieta, factores antinutricionales y salud intestinal (enteritis/disbacteriosis)
1- Factores antinutricionales impactan digestibilidad2- Efecto Enzimas en factores antinutricionales
3- Enzimas específicas a substrato, Km, perfil, arreglo
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37
Fitasas y Epigenética; La mejor fitasa la que libera másfósforo, más rápido: permite recuperar valor absorción de aminoácidos
Actividad de fitasa a diferentesconcentraciones de ácido fítico
Referencia: estándard de la industria 5.1 mM Acido Fítico
Trt GdP(g)
Cenizas mg/ave
AMEnkcals/kg heces
Coef. Dig. Ileal (%)
Lis Met Tre
1- Basal 288b 543c 3351 74.9b 87.2b 63.8c
2- B+ 1,000 FTU / kg
297b 503b 3544 77.8b 88.4b 67.5b
3- B+ 10,000 FTU / kg
299b 519b 3548 83.2ª 91.7ª 75.2ª
4- B+ 0.9 % KH2PO4
-3314a 570a 3568 83.8a 92.9ª 75.8ª
• * 40% DDGS
Martinez Amezcua et al. 2005
Fosforilación/defosforilación= Acción directa en Enzimas reguladoras del metabolismo!!!
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38
Dieta, factores antinutricionales y salud intestinal (enteritis/disbacteriosis)
1- Factores antinutricionales impactan digestibilidad2- Efecto Enzimas en factores antinutricionales
3- Enzimas específicas a substrato, Km, perfil, arreglo
4- Inhibidores de Tripsina, proteínas estructurales, Factores Alergénicos, impacto en Digestibilidad
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39Williams et al, 2001. Nutrition Research Reviews, 14:207-227
Intestino DistalGm - Anaerobios
Fermentación
Dietas sólidas adaptación de microorganismosanaerobios y procesos fermentativos
•Control pH•Agua y abs Na•Movilidad intestinal•Vitaminas
•VFA’s•Acetato•Propionato• Butirato
Aumenta producción y absorción de NH3 Aumento de AGV de cadena ramificadaAumento de Fenoles, Aminas e Indoles volátiles
Fermentación Proteolítica (AA), metabolitosTóxicos, daño a mucosa, depresión de crecimiento
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41
Diseño Experimental
Tretamientos
1 2 3 4
HPHP
+DP100LP
LP
+DP100
IngredientesMaiz 52.91 52.91 56.5 56.5SBM 24.90 24.90 23.35 23.35Suero de leche 9.80 9.80 10.00 10.00Harina de pescado 6.60 6.60 4.30 4.30
Aceite de Soya 2.01 2.01 1.98 1.98Otros 3.78 3.78 3.87 3.87PC, % 22.44 22.44 18.35 18.35Lys, TID% 1.30 1.30 1.10 1.10
• 190 CerdosHíbridos D × LW × L)
• Peso Inicio BW 8.31 ± 0.63 kg.
• N = 6 corrales/trt; 8 cerdos/corral
• 0 to 21 días post-destete
Wang et al, Asian-Aust. J. Anim. Sci 24:1718-1728, 2011
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42
P-valueNivel de Proteína: NSProteasa: <0.05Nivel Proteína xProteasa: NS
P-valueNivel Proteína: <0.05Proteasa: <0.05Nivel de Proteina xProteasa: NS
466481
509 514
440
460
480
500
520
HP LP
ADG (g/day)
1.6 1.62
1.41 1.36
1.001.101.201.301.401.501.601.70
HP LP
1-42 d FCR (g:g)
DP1
00
DP1
00DP1
00
DP1
00
Wang et al, Asian-Aust. J. Anim. Sci 24:1718-1728, 2011
Proteasa Tipo Keratinasa (PTK) mejoró GDP, consumo y conversión alimenticia en cerdosdestetados
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43
Item
Tratamiento P-value
HP HP+DP100 LP LP+
DP100 CP DP100 CP×DP100
CP (%) 83.9 87.1 84.6 87.3 0.56 <0.01 0.75
Energy (%) 86.0 88.6 87.1 88.4 0.45 <0.01 0.30
PTK mejoró digestibilidad aparente de PC (~4%) y energía (~2%) en cerdos destetados
Wang et al, Asian-Aust. J. Anim. Sci 24:1718-1728, 2011
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44
P-valueNivel de Proteína: =0.02Proteasa: <0.01Nivel Proteína xProteasa:<0.01
1.91
1.681.54 1.57
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
2.00
HP LP
Score Fecal
DP1
00
DP1
00
Wang et al, Asian-Aust. J. Anim. Sci 24:1718-1728, 2011
Exceso PC en TGI Riesgo Potencial de DiarreaDP100 Aumenta Digestión de Proteína y reduce Proteína enIntestino Grueso
PTK y dietas bajas en proteína mejoraron scores fecales:
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45Wang et al, Asian-Aust. J. Anim. Sci 24:1718-1728, 2011
290245230
192
050
100150200250300350
HP LP
Cecal NH3, mg/L
DP1
00
DP1
00
P-valueNivel de Proteína: <0.01Proteasa: <0.01Nivel de Proteína xProteasa: NS
3.12.6
4.2
2.2
012345
HP LP
BUN, mg/dL
DP1
00
DP1
00
P-valueNivel de Proteína: <0.01Proteasa: NSNivel de Proteína xProteasa: <0.02
Reducción en NH3 en ciego y N Ureico en sangre(BUN) por DP100: Mayor digestibilidad de la proteína
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46
RUIZ, N, C.R. ANGEL, M.P. ROJAS, J.O. SORBARA, J. CASTILLO, & R.R. MILES. FEEDSTUFFS:24-25, JAN 26, 2015.
Inhibidores de Tripsina y Tránsito Rápido
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Pais ActividadUreásica, Unidades
pH
Inibidoresde Tripsina
(mg/g)
Transito Rápido
Ecuador .01 1.90 NoColombia .02 2.20 NoEcuador .03 2.40 NoColombia .03 2.40 NoColombia .05 2.60 NoVenezuela .06 2.80 NoPeru .08 4.00 YesColombia .08 4.04 YesPeru .09 4.20 YesColombia .14 4.82 YesEcuador .17 5.50 YesVenzezuela .19 5.60 YesColombia .25 6.00 Yes
Actividad ureásica e IT buena predicción de tránsitorápido(Nelson Ruiz)
• Sola, SBM de USA, rango de 2.5-4.2 mg/g IT y Actividad Ureásicade 0.05-0.5, comounidades de cambio de pH
• KOH, Actividadureásica, aminasbiogénicas y micotoxinasdentro de especificaciones
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48
Dieta, factores antinutricionales y salud intestinal (enteritis/disbacteriosis)
1- Factores antinutricionales impactan digestibilidad2- Efecto Enzimas en factores antinutricionales
3- Enzimas específicas a substrato, Km, perfil, arreglo
5- NSP, Viscosidad y Salud Intestinal- Xilanos, B glucanos, >20% centeno/cebada/trigo- Mananos, dietas SBM, palmiste- Enzimas vs NSP mejoran valor energético yreducen disbacteriosis (Chock et al;)
4- Inhibidores de Tripsina, proteínas estructurales, Factores Alergénicos; impacto en Digestibilidad
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49
Effect of dietary β-mannanase supplementation on pig growth
performance
B. E. Bass1, J. W. Frank1, Z. B. Johnson1, J. H. Lee2, and C. V. Maxwell1
1University of Arkansas, Fayetteville
Presented at 2010 ASAS Midwestern meeting
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50
Tratamientos
• Control Positivo (CP)• Control Negativo
(CN; 100 kcal/kg ME menos vs CP)• NC + 200,000 IU enzimas (MAN2)• NC + 400,000 IU enzimas (MAN4)
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Materiales y métodos
• Estudio con Lechones (n=224)
– 20.6 ± 0.08 d
– 7.09 ± 0.02 kg
– 7 cerdos/corral, 7 reps/trt
– Fases Alimenticias• Fase 1 – 13 d• Fase 2 – 14 d• Fase 3 – 13 d
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Gain:Feed
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Phase 1 Phase 2 Phase 3 Overall
G:F
PCNCMAN2MAN4
Resultados – Etapa crianza
C = PC vs. NC, P < 0.05
L = Linear response to enzyme addition, P < 0.05
L
CC C
LL
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53
Conclusiones
• Epigenética involucra la modulación que el correctoaporte de nutrientes ejerce sobre la expresión genética
• Interacción de Factor Animal-Ambiente-Microbiota ensalud intestinal y Epigenética
• Correcto aporte de nutrientes de alta biodisponibilidad, maximiza potencial de expresión genética y reduce variabilidad en productividad
• Uso racional de aditivos con efectos consistentes y directos en cada Factor que Impacte la Productividad
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54
Obrigado Merci
Gracias
ć ŹńčτĹ
谢谢
Asante sana
Благодаря ви mulţumesc
cảm ơn lắm
¡Gracias!