Επίδραση της ενσωμάτωσης του μικροφύκους Schizochytrium sp. στο σιτηρέσιο αιγών στα παραγωγικά χαρακτηριστικά και σε ορισμένες βιοχημικές παραμέτρους
Authors: Μαυρομμάτης Αλέξανδρος 
Published: September 2021

Το γάλα και τα γαλακτοκομικά προϊόντα είναι σημαντική πηγή θρεπτικών συστατικών στη διατροφή του ανθρώπου αφού παρέχουν ενέργεια, υψηλής βιολογικής αξίας πρωτεΐνες, απαραίτητα ανόργανα στοιχεία και βιταμίνες. Ωστόσο, η υψηλή συμμέτοχη των κορεσμένων λιπαρών οξέων στο λίπος του γάλακτος συσχετίζεται θετικά με την εκδήλωση σύγχρονων, δυτικού τύπου, ασθενειών του ανθρώπου-καταναλωτή όπως οι καρδιαγγειακές παθήσεις κ.ά. Στον αντίποδα, τα ακόρεστα και πολυακόρεστα λιπαρά οξέα των γαλακτοκομικών προϊόντων, όπως το βασσενικό και το συζευγμένο λινελαϊκό οξύ, φαίνεται να είναι υπέρμαχοι της υγείας του καταναλωτή, συμβάλλοντας στην πρόληψη δημιουργίας αθηρωματικών πλακών, στη ρύθμιση της ινσουλίνης και της λιπογένεσης, καθώς επίσης συνδέονται με ευεργετικές ιδιότητες στο ανοσοποιητικό σύστημα. Τα προαναφερθέντα στοιχεία αποτελούν πρόκληση για την επιστημονική κοινότητα για περισσότερα από 20 χρόνια, με σκοπό την τροποποίηση του μικροβιώματος της μεγάλης κοιλίας με κύρια κατεύθυνση τον εμπλουτισμό των γαλακτοκομικών προϊόντων με βιο-λειτουργικά μόρια, ευεργετικά της υγείας του καταναλωτή. Ωστόσο, την τρέχουσα δεκαετία, όπου η κλιματική αλλαγή επιδεικνύει έντονα την παρουσία της, το μικροβίωμα της μεγάλης κοιλίας των μηρυκαστικών αποκτά και περιβαλλοντική διάσταση. Συγκεκριμένα, είδη βακτηρίων που αποικούν τη μεγάλη κοιλία, παράγουν ένα από τα ισχυρότερα αέρια του θερμοκηπίου, το μεθάνιο, με δυναμική 26 φορές μεγαλύτερη από αυτή του διοξειδίου του άνθρακα. Με βάση τα παραπάνω, σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν ο εμπλουτισμός του γάλακτος μέσω του σιτηρεσίου σε ακόρεστα λιπαρά οξέα, με παράλληλη βελτίωση του ανοσοποιητικού συστήματος των γαλακτοπαραγωγών ζώων και την ταυτόχρονη μείωση των αποβαλλόμενων από τα μηρυκαστικά ζώα αερίων του θερμοκηπίου. Η επίτευξη των προαναφερθέντων μελετάται με την προσθήκη τροφών πλούσιων σε πολυακόρεστα λιπαρά οξέα και ιδίως DHA και EPA στη διατροφή των μηρυκαστικών ζώων. Για τη μελέτη αυτή επελέγη η χρησιμοποίηση του μικροφύκους Schizochytrium sp. λόγω της υψηλής περιεκτικότητάς του σε DHA λιπαρά οξέα (22%) και φυσικά αντιοξειδωτικά, καθώς και της αειφόρας και αποδοτικότατης ετεροτροφικής καλλιέργειάς του. Για τη μελέτη των παραπάνω σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε το πρώτο πείραμα με σκοπό τη διερεύνηση του βέλτιστου επιπέδου ενσωμάτωσης του μικροφύκους Schizochytrium sp. μέσω τριών επίπεδων α) στη χημική σύσταση του γάλακτος, β) στο προφίλ των λιπαρών οξέων του υγρού της μεγάλης κοιλίας, του πλάσματος του αίματος και του γάλακτος, γ) σε επιλεγμένα γονίδια που σχετίζονται με τη ρύθμιση του ανοσοποιητικού συστήματος και δ) στο προφίλ των μικροοργανισμών που αποικούν τη μεγάλη κοιλία. Για το σκοπό του πρώτου πειράματος χρησιμοποιήθηκαν 24 αίγες φυλής Αlpine διασταυρωμένες με εγχώριες, ηλικίας 3ων ως 4ων ετών, μέσου σωματικού βάρους 47,6±5,9 Κg, στο μέσο της γαλακτοπαραγωγής. Τα ζώα χωρίστηκαν σε τέσσερις ισοδύναμες ομάδες με βάση τη διορθωμένη ως προς τη λιποπεριεκτικότητα γαλακτοπαραγωγή, το σωματικό τους βάρος και τη γαλακτική τους περίοδο: α) την ομάδα CON (μάρτυρας: 0 g DHAgold ™/ζώο/ημέρα), β) την ομάδα ALG20 (χαμηλής συμμετοχής: 20 g DHAgold ™/ζώο/ημέρα), γ) την ομάδα ALG40 (μέσης συμμετοχής: 40 g DHAgold ™/ζώο/ημέρα), και δ) την ομάδα ALG60 (υψηλής συμμετοχής: 60 g DHAgold ™/ζώο/ημέρα). Τα σιτηρέσια των ομάδων καταρτίστηκαν έτσι ώστε να είναι ισοενεργειακά και ισοαζωτούχα. Τα ζώα διατρέφονταν ατομικά με σιτηρέσιο αποτελούμενο από 1 Kg μείγματος συμπυκνωμένων ζωοτροφών και 1 Kg σανό μηδικής (ΧΖ/ΣΖ=50/50). Όσον αφορά τη χημική σύσταση και το προφίλ των λιπαρών οξέων του αίματος και του γάλακτος τα αποτελέσματα του πειράματος έδειξαν ότι, η λιποπεριεκτικότητα του γάλακτος μειώθηκε σημαντικά για τις ομάδες ALG40 και ALG60 σε σχέση με αυτή της ομάδας του μάρτυρα. Στο πλάσμα του αίματος τα C16:0, C18:0, C18:1 cis-9 και C18:2n6 cis μειώθηκαν σημαντικά και τα C18:1 trans, C18:2n6 trans, C22:2, C18:1 trans-11 και C22:6 αυξήθηκαν (P<0,05) στις διατροφικές επεμβάσεις σε σχέση με αυτά της ομάδας του μάρτυρα. Οι αναλογίες των μεσαίας αλύσου και πολυακόρεστων λιπαρών οξέων αυξήθηκαν στατιστικώς σημαντικά ενώ των μακράς αλύσου και τα μονοακόρεστα λιπαρά οξέα μειώθηκαν (P<0,05) στο γάλα των αιγών των διατροφικών επεμβάσεων σε σχέση με αυτές της ομάδας του μάρτυρα. Σχετικά με την οξειδωτική κατάσταση, η FRAP αυξήθηκε (P<0,05) στο πλάσμα του αίματος για τις τρεις ομάδες σε σχέση με την ομάδα CON, ενώ μειώθηκε (P<0,05) στο γάλα για την ομάδα ALG60. Ωστόσο, η ABTS αυξήθηκε (P<0,05) για την ομάδα ALG40 σε σχέση με το μάρτυρα στο γάλα. Η MDA αυξήθηκε (P<0,05) στο γάλα και το πλάσμα του αίματος στις ομάδες ALG40 και ALG60 σε σχέση με το μάρτυρα. Η δραστικότητα των ενζύμων GSTs, GR, GPx, SOD αυξήθηκε (P<0,05) για τις ομάδες ALG40 και ALG60 σε σχέση με το μάρτυρα στο πλάσμα του αίματος. Στο ανοσοποιητικό σύστημα, η σχετική έκφραση των TLR4 και MYD88 στα μονοκύτταρα μειώθηκε σημαντικά στις ομάδες που έγινε η ενσωμάτωση των μικροφυκών σε σχέση με την ομάδα του μάρτυρα. Αντιθέτως, το μονοπάτι TRIF/TRAF3 παρουσίασε σημαντική αύξηση στην ομάδα ALG60 σε σχέση με την ομάδα ALG40. Επιπροσθέτως, η σχετική έκφραση των MAPK, IRF3 και IFNg μειώθηκε σημαντικά στις ομάδες που ενσωματώθηκε το μικροφύκος σε σχέση με την ομάδα του μάρτυρα. Αποτέλεσμα της μείωσης των προαναφερθέντων ήταν η αποκλιμάκωση της σχετικής έκφρασης των προφλεγμονωδών κυτοκινών (IL-1β, IL-2, IL-8, TNFa) και χημειοκινών (CCL-5 και CXCL-16). Τέλος, για τον πρώτο πειραματισμό, ο πληθυσμός των Αρχαίων στη μεγάλη κοιλία της ομάδας ALG60 αυξήθηκε σημαντικά (P<0,05) σε σχέση με τις υπόλοιπες ομάδες ενώ τα ολικά μεθανοβακτήρια παρουσίασαν σημαντική μείωση (P<0,05) στις ομάδες ALG20 και ALG40 σε σχέση με την ομάδα του μάρτυρα. Ο πληθυσμός των R. Flavefaciens, των Methanobrevibacter sp. και των M. formicicum μειώθηκε στις ομάδες που έγινε η προσθήκη του μικροφύκους σε σχέση με την ομάδα του μάρτυρα. Ο πληθυσμός των B. proteoclasticus μειώθηκε σημαντικά στην ομάδα ALG40 σε σχέση με την ομάδα ALG20 και την ομάδα του μάρτυρα. Ο πληθυσμός των F. succinogenes μειώθηκε στις ομάδες ALG40 και ALG60 σε σχέση με την ομάδα του μάρτυρα ενώ το M. mobile αυξήθηκε σημαντικά στην ομάδα ALG60 σε σχέση με τις υπόλοιπες ομάδες. Εν συνεχεία, καθώς ο λόγος ΧΖ/ΣΖ επηρεάζει εξίσου τα ζυμωτικά φαινόμενα στη μεγάλη κοιλία και ως εκ τούτου το προφίλ των λιπαρών οξέων του γάλακτος, καθώς επίσης και η εποχιακή διαθεσιμότητα των ζωοτροφών στα συνηθέστερα παραγωγικά συστήματα δύναται να επηρεάζει τη σύσταση του σιτηρεσίου σε ΧΖ/ΣΖ, κρίθηκε σκόπιμη η συνέχιση των πειραματισμών με την ταυτόχρονη ενσωμάτωση των δύο βέλτιστων επίπεδων του μικροφύκους και δύο διαφορετικών λόγων ΧΖ/ΣΖ. Για το σκοπό του δευτέρου πειράματος χρησιμοποιήθηκαν 22 αίγες φυλής Αlpine διασταυρωμένες με εγχώριες, ηλικίας 3ων ως 4ων ετών μέσου σωματικού βάρους 50,6±6,1 Κg στο μέσο της γαλακτοπαραγωγής. Τα ζώα χωρίστηκαν σε δύο ισοδύναμες ομάδες (n=11) με βάση τη διορθωμένη ως προς τη λιποπεριεκτικότητα γαλακτοπαραγωγή, το σωματικό τους βάρος και τη γαλακτική τους περίοδο: α) την ομάδα Α (20 g DHAgold ™/ζώο/ημέρα και ΧΖ/ΣΖ=60/40) και β) την ομάδα Β (20 g DHAgold ™/ζώο/ημέρα και ΧΖ/ΣΖ =40/60) (Φάση Ι). Μετά το πέρας του πειραματισμού ακολούθησε άλλος ένας πειραματισμός (Φάση ΙΙ) χρησιμοποιώντας τα ίδια ζώα σε κάθε ομάδα με τις επεμβάσεις να αποτελούνται: από την ομάδα Γ (40 g DHAgold ™/ζώο/ημέρα και ΧΖ/ΣΖ=60/40) και την ομάδα Δ (40 g DHAgold ™/ζώο/ημέρα και ΧΖ/ΣΖ=40/60). Τα σιτηρέσια των ομάδων καταρτίστηκαν έτσι ώστε να είναι ισοενεργειακά και ισοαζωτούχα. Τα ζώα διατρέφονταν ομαδικά με σιτηρέσιο αποτελούμενο από μείγμα συμπυκνωμένων ζωοτροφών, σανό μηδικής και άχυρο σίτου. Όσον αφορά τη χημική σύσταση και το προφίλ των λιπαρών οξέων του γάλακτος η λιποπεριεκτικότητα μειώθηκε σημαντικά για την ομάδα Γ και Δ σε σχέση με την ομάδα Α. Τα λιπαρά οξέα μεσαίας αλύσου αυξήθηκαν στο γάλα της ομάδας Γ σε σχέση με αυτά της ομάδας Β και Δ, τα μακράς αλύσου μειώθηκαν στο γάλα της ομάδας Δ σε σχέση με αυτά των ομάδων Α και Β, ενώ τα πολυακόρεστα λιπαρά οξέα παρουσίασαν σημαντική αύξηση στο γάλα των ομάδων Γ και Δ σε σχέση με αυτά των Α και Β. Τέλος, τα ακόρεστα λιπαρά οξέα αυξήθηκαν (P<0,05) στο γάλα της ομάδας Δ σε σχέση με τις ομάδες Α και Γ. Επιπλέον, η συγκέντρωση των C18:1 trans λιπαρών οξέων αυξήθηκε ενώ αντίθετα αυτή του C18:1 cis-9 μειώθηκε σημαντικά (P<0,05) στο γάλα της ομάδας Δ σε σχέση με αυτά των ομάδων Α και Β. Τέλος, η συγκέντρωση του DHA αυξήθηκε σημαντικά στο γάλα των ομάδων Γ και Δ. Σχετικά με την οξειδωτική κατάσταση, η δραστικότητα της SOD αυξήθηκε σημαντικά στο πλάσμα των ομάδων Γ και Δ, ενώ η CAT αυξήθηκε στο πλάσμα της ομάδας Β έναντι της ομάδας Γ. Όσον αφορά τους οξειδωτικούς δείκτες του πλάσματος παρουσιάστηκε σημαντική αύξηση της MDA και των PC στις ομάδες Γ και Δ έναντι των ομάδων Α και Β. Επιπρόσθετα, η δραστικότητα της SOD μειώθηκε στατιστικώς σημαντικά (P<0,05) στο γάλα των αιγών των ομάδων Γ και Δ σε σχέση με αυτή των ομάδων Α και Β. Την ίδια εικόνα εμφάνισε και η ολική αντιοξειδωτική ικανότητα που προσδιορίστηκε με τη μέθοδο FRAP. Αντίθετα, οι συγκεντρώσεις των οξειδωτικών δεικτών (ΜDA και PC) αυξήθηκαν στατιστικώς σημαντικά στο γάλα των αιγών των ομάδων Γ και Δ σε σύγκριση με αυτές των ομάδων Α και Β. Στο υγρό της μεγάλης κοιλίας παρατηρήθηκε σημαντική αύξηση των μεθανοβακτηρίων στις ομάδες προσθήκης των 40 g έναντι αυτών με τα 20 g. Ο πληθυσμός των R. flavefaciens, των Methanobrevibacter sp., των M. formicicum και των S. bovis μειώθηκε σημαντικά (P<0,05) στις ομάδες προσθήκης των 40 g. Ο πληθυσμός των R. albus μειώθηκε σημαντικά στις ομάδες με λόγο 40/60 ενώ το M. formicicum αυξήθηκε. Συμπερασματικά, η προσθήκη 20 g του μικροφύκους Schizochytrium sp. στο σιτηρέσιο αιγών, αύξησε σημαντικά την περιεκτικότητα του γάλακτος σε πολυάκορεστα λιπαρά οξέα και συγκεκριμένα σε CLA, DHA και DPA χωρίς να επηρεάσει τη χημική του σύσταση. Τα αποτελέσματα αυτά αποτελούν τα πρώτα στοιχεία αποτελεσματικότητας των εν λόγω λιπαρών οξέων σε γαλακτοπαραγωγές αίγες. Επιπλέον, αυτά τα επιρρεπή στην οξείδωση PUFA δεν επηρέασαν την οξειδωτική κατάσταση είτε του αίματος είτε του γάλακτος λόγω της πιθανής διατήρησης της οξειδοαναγωγικής ισορροπίας οφειλόμενη στα αντιοξειδωτικά του μικροφύκους και στην απάντηση του οργανισμού μέσω των αντιοξειδωτικών ενζύμων. Η πλειοψηφία της σχετικής έκφρασης των προφλεγμονωδών κυτοκινών και χημειοκινών μειωθήκαν με πιθανό αντίκτυπο την αποτελεσματικότερη λειτουργία του ανοσοποιητικού συστήματος καθώς επίσης προέκυψαν σημαντικά στοιχεία σχετικά με τα γονιδιακά μονοπάτια που εκφράζουν τις εν λόγω πρωτεΐνες. Οι μικροοργανισμοί που σχετίζονται με την παραγωγή μεθανίου μειωθήκαν σημαντικά χωρίς να επηρεαστούν σημαντικά τα βακτήρια που εμπλέκονται στα ζυμωτικά φαινόμενα της μεγάλης κοιλίας, καταδεικνύοντας την προσθήκη των μικροφυκών στη διατροφή των αιγών ως μια αποτελεσματική στρατηγική μείωσης του εκπεμπόμενου μεθανίου. Τέλος, η εφαρμογή της ολιστικής αλληλούχησης του μικροβιώματος της μεγάλης κοιλίας ανοίγει το δρόμο για μία νέας γενιάς μελέτη αυτού του δυναμικού οικοσυστήματος.