Επίδραση της ενσωμάτωσης πολυακόρεστων λιπαρών οξέων και αντιοξειδωτικών συστατικών στα σιτηρέσια μικρών μηρυκαστικών, επί της έκφρασης ορισμένων γονιδίων που εμπλέκονται στη λιπογένεση καθώς και στο αντιοξειδωτικό και ανοσοποιητικό σύστημα

Abstract

In recent years, research has increasingly focused on the development of functional foods through sustainable strategies that promote health and welfare of livestock. A key approach involves the dietary inclusion of polyunsaturated fatty acids (PUFAs) in the rations of dairy ruminants, aiming to produce milk enriched with bioactive compounds beneficial to human health, such as conjugated linoleic acid (CLA), docosahexaenoic acid (DHA), and eicosapentaenoic acid (EPA). Although the transfer of PUFAs from diet to milk is well-documented, their effects on oxidative stability and the immune system of the animals remain variable and are influenced by numerous factors. Our previous studies have demonstrated that PUFA-enriched diets for small ruminants—such as those including Schizochytrium spp., sesame seeds, sesame meal, fish oil/soybean oil, and camelina seeds—improve the unsaturated fatty acid profile of milk while reducing saturated fat content. However, results regarding oxidative stability and immune responses have been inconsistent. The objective of the present study was to investigate and clarify the genetic pathways regulating lipogenesis—both in adipose tissue and the mammary gland—as well as the immune and antioxidant pathways closely associated with the dietary enrichment of small ruminant rations with PUFA-rich feeds. For this purpose, four different dietary interventions were applied (fish oil/soybean oil, sesame seeds, sesame meal, and microalgae), which might contribute to the development of innovative functional dairy products. The results of the present study demonstrated that the simultaneous inclusion of fish oil (1% of DMI) and soybean oil (5% of DMI) in goats’ diet did not significantly alter the expression of the studied genes. Similarly, the inclusion of sesame seeds in goats’ diet (up to 10% of DMI) had negligible effects on gene expression regulating lipogenesis in the mammary gland, although de novo lipogenesis in tail adipose tissue appeared to be more responsive. In this case, the administration of sesame in seed form showed a protective mechanism towards PUFAs biohydrogenation in the rumen, while the regulation of immune-antioxidant gene expression indicated an adaptive response to oxidative stress induced by PUFA inclusion. When sesame meal (10%) was administered—either alone or in combination with Vitamin E (60 mg/kg) and Selenium (0.1 mg/kg)—the results showed no significant differences between treatment groups. Finally, the fourth experimental design, which evaluated Schizochytrium spp. supplementation (40 g/animal/day) combined with different forage-to-concentrate ratios (40:60 or 60:40), highlighted an alternative strategy to mitigate potential negative effects associated with PUFA supplementation in ruminant diets (e.g., milk fat depression syndrome and reduced milk yield) as it appears that replacing dietary starch with NDF (decreasing F:C ratio), may alleviate the adverse effects of PUFA supplementation. Although the primary focus of this study lies within the domain of fundamental research, its findings could inform and support the development of precision feeding strategies, offering mid- to long-term opportunities for the sustainable enhancement of dairy production systems.

Τα τελευταία χρόνια η έρευνα εστιάζει στην ανάπτυξη βιολειτουργικών τροφίμων μέσω βιώσιμων στρατηγικών, που ενισχύουν την υγεία και ευζωία των παραγωγικών ζώων. Μία βασική προσέγγιση είναι η ενσωμάτωση πολυακόρεστων λιπαρών οξέων (ΠΛΟ) στα σιτηρέσια γαλακτοπαραγωγών μηρυκαστικών, με στόχο την παραγωγή γάλακτος εμπλουτισμένου με, ευεργετικά για την ανθρώπινη υγεία, βιομόρια όπως το συζευγμένο λινολεϊκό οξύ (CLA), το δοκοσαξεξανοϊκό οξύ (DHA) και το εικοσαπενταενικό οξύ (EPA). Παρόλο που η μεταφορά των ΠΛΟ στο γάλα μέσω της διατροφής είναι αποδεδειγμένη, οι επιπτώσεις στην οξειδωτική σταθερότητα και στο ανοσοποιητικό σύστημα των ζώων είναι ποικίλες και εξαρτώνται από πολλούς παράγοντες. Προηγούμενες μελέτες μας έχουν δείξει ότι σιτηρέσια μικρών μηρυκαστικών πλούσια σε ΠΛΟ (π.χ., μικροφύκος Schizochytrium spp., σπέρματα σησάμου, σησαμάλευρο, ιχθυέλαιο/σογιέλαιο, καμελίνα) αυξάνουν τα ακόρεστα λιπαρά στο γάλα, μειώνοντας τα κορεσμένα λίπη. Ωστόσο, τα αποτελέσματα ως προς την οξειδωτική σταθερότητα καθώς και την ανοσολογική απόκριση διαφέρουν. Αντικείμενο της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση και η αποσαφήνιση των γονιδιακών οδών που ρυθμίζουν αφενός τη λιπογένεση - τόσο στον λιπώδη ιστό όσο και στον μαστικό αδένα - και αφετέρου των μονοπατιών του ανοσοποιητικού και αντιοξειδωτικού συστήματος που είναι άρρηκτα συνδεδεμένα υπό την επίδραση εμπλουτισμού των σιτηρεσίων μικρών μηρυκαστικών με τροφές πλούσιες σε ΠΛΟ. Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν τέσσερεις διαφορετικές διατροφικές επεμβάσεις (ενσωμάτωση ιχθυελαίου/σογιέλαιου, σπερμάτων σησάμου, σησαμάλευρου και μικροφυκών) οι οποίες παρουσιάζουν ενδιαφέρον και δύνανται να συντελέσουν στην ανάπτυξη καινοτόμων βιολειτουργικών γαλακτοκομικών προϊόντων. Τα αποτελέσματα της παρούσας διδακτορικής διατριβής έδειξαν ότι η ταυτόχρονη ενσωμάτωση ιχθυελαίου (1% των ΣΖ) και σογιελαίου (5% των ΣΖ) στο σιτηρέσιο αιγών δεν τροποποίησε σημαντικά την έκφραση των υπό μελέτη γονιδίων. Επιπλέον, η ενσωμάτωση σπερμάτων σησάμου στο σιτηρέσιο αιγών (έως 10% των ΣΖ) είχε επίσης αμελητέα επίδραση στην έκφραση γονιδίων που ρυθμίζουν τη λιπογένεση στον μαστικό αδένα, ενώ η de novo σύνθεση στον λιπώδη ιστό της ουράς φάνηκε να επηρεάζεται περισσότερο. Στην περίπτωση αυτή, αποδείχθηκε ότι η χορήγηση σησάμου υπό τη μορφή σπερμάτων, προστάτευσε τα ΠΛΟ από τη βιοϋδρογόνωση στη μεγάλη κοιλία, ενώ η ρύθμιση της έκφρασης των γονιδίων του ανοσοποιητικού και του αντιοξειδωτικού συστήματος ήταν ενδεικτική προσαρμογής έναντι στο οξειδωτικό στρες που προκλήθηκε από την ενσωμάτωση των ΠΛΟ. Όταν το σησάμι χορηγήθηκε με τη μορφή αλεύρου (10%) τόσο μόνο του όσο και σε συνδυασμό με VitE (60 mg/kg) και Se (0,1 mg/kg) τα αποτελέσματα δεν έδειξαν σημαντικές διαφορές μεταξύ των ομάδων. Τέλος, ο τέταρτος πειραματικός σχεδιασμός με την ταυτόχρονη επίδραση του μικροφύκους Schizochytrium spp. (40g/ζώο/ημέρα) και των διαφορετικών λόγων ΧΖ/ΣΖ (40/60 ή 60/40) ανέδειξε έναν εναλλακτικό τρόπο για τον μετριασμό των πιθανών αρνητικών επιπτώσεων που ενδεχομένως να έχει η ενσωμάτωση ΠΛΟ στη διατροφή των μηρυκαστικών ζώων όπως είναι η εμφάνιση του συνδρόμου πτώσης της λιποπεριεκτικότητας του γάλακτος ή η μείωση της γαλακτοπαραγωγής, καθώς αποδείχθηκε ότι αντικαθιστώντας το άμυλο με NDF (μείωση του λόγου ΧΖ/ΣΖ), δύνανται να μετριαστούν οι αρνητικές επιδράσεις των ΠΛΟ. Μολονότι ο κεντρικός χαρακτήρας της παρούσας μελέτης προβάλλεται υπό το πρίσμα βασικής έρευνας, πληθώρα άμεσα εφαρμόσιμων διατροφικών προοπτικών ακριβείας δύναται να ανακύψουν μεσο-μακροπρόθεσμα από τα αποτελέσματά της.