Abomazum deplasmanlı sütçü sığırlarda NMR bazlı serum idrar ve karaciğer metabolom profili
Nmr based serum urine and liver metabolome profile in dairy cows with displaced abomasum
Yazar: ERDEM GÜLERSOY
Danışman: PROF. DR. ABDULLAH BAŞOĞLU
Selçuk Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / İç Hastalıkları (Veterinerlik) Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Veteriner Hekimliği = Veterinary Medicine
Dizin: Abomasum = Abomasum ; Karaciğer = Liver ; Manyetik rezonans spektroskopi = Magnetic resonance spectroscopy ; Metabolomikler = Metabolomics ; Süt sığırcılığı = Dairy herds ; Sığırlar = Cattles ; Veteriner hekimlik = Veterinary medicine ; İdrar = Urine

Özet:
Abomazum deplasmanı (AD) sütçü sığırlarda önemli ekonomik kayıplara sebep olan bir hastalıktır. Bu projede AD'li sütçü sığırların metabolizması serum, idrar ve karaciğer ekstraktları üzerinden NMR bazlı metabolomik yaklaşımla geniş kapsamlı olarak değerlendirilmiştir.

Bu çalışmanın materyalini multiparous AD'li 50 Holstein sütçü sığır (42 LDA, 8 RDA) ve klinik olarak sağlıklı multiparous 20 Holstein sığır oluşturdu. Tüm grupların genel klinik muayeneleri yapıldı. AD teşhisi anamnez, oskultasyonda karakteristik ping sesi varlığı, ultrason muayenesi ve Liptak testi ile konuldu. Hasta grubu oluşturan sığırların bazılarında ketozis bulunmaktaydı. Tüm gruplardan hematolojik analizler için coccygeal venadan heparinli ve K3-EDTA'lı tüplere kan örnekleri alındı. Kan örneklerinden biyokimyasal ve NMR bazlı metabolomik profillendirmeler için serum örnekleri elde edildi. Tüm hayvanlardan idrar örnekleri steril, metal kateter ile; karaciğer biyopsileri sağ 11-12. interkostal aralıktan Tru-cut biyopsi torakarı ile alındı. Tüm sığırların hematolojik ve biyokimyasal analizleri ile birlikte NMR bazlı metabolomik profillendirmeleri yapıldı. Glikoneojenik substratlar ve ketojenik amino asitlerle birlikte birçok yağ asidi fraksiyonu ve kolesterol metabolitleri, her serum, idrar ve karaciğer ekstraktında her iki veri seti (lipofilik ve hidrofilik fraksiyonlar) kullanılarak identifiye ve kantifiye (opsiyonel birim) edildi. 

Yapılan laboratuvar analizlerinde hasta gruplarda (hem LDA hem RDA) sağlıklı gruba göre serum laktat, GGT, NEFA ve BHBA seviyelerinde artış gözlendi. Hasta gruplar arasında LDA'lı gruba göre RDA'lı grupta laktat, BE ve CRP seviyelerinde önemli artış ve K ve Cl seviyesinde önemli düşüş gözlendi. Diğer parametrelerde farklılıklar gözlense de bunlar normal referans değerleri içerisindeydi. Serum örneklerinde yapılan metabolomik profillendirme sonucu hasta gruplarda (hem LDA hem RDA) sağlıklı gruba göre karnitin seviyesi yüksek; hippürat, löysin, izolöysin, tirozin, trimetil amin N-oksit, valin, fenilalanin, treonin, alanin, glisin, glutamin ve prolin seviyeleri düşüktü. RDA'lı grupta 3-hidroksibütirat, isopropanol ve asetat seviyesi LDA'lı gruba göre daha yüksekti. İdrar örneklerinde yapılan metabolomik profillendirmede hasta gruplarda (hem LDA hem RDA) sağlıklı gruba göre dimetilamin, kolin, kreatin ve laktat seviyeleri yüksek; hippürat ve trimetilamin N-oksit seviyeleri ise düşüktü. Sağlıklı gruba göre LDA'lı grupta 3-hidroksi butirat ve 2-hidroksi 3-metilvalerat seviyeleri, RDA'lı grupta ise dimetilamin seviyesi yüksekti. Karaciğer biyopsi örneklerinden yapılan metabolomik profillendirmede hasta gruplarda (hem LDA hem RDA) sağlıklı gruba göre 2-hidroksi bütirat ve myoinostol seviyeleri yüksek; glikoz seviyesi ise düşüktü. Bu parametrelerdeki değişimler LDA'lı grupta çok daha anlamlıydı.

AD'li sığırlarda serum örneklerinde su ve yağ bazlı metabolitler düşerken, karaciğer örneklerinde yağ asidi fraksiyonları ve kolesterol metabolitleri artmıştır. Yapılan metabolomik ve biyokimyasal profillendirmeler ile AD'li (özellikle LDA'lı) sığırların ketozis ve yağlı karaciğer riski altında olduğu belirlendi. NMR bazlı metabolom profillendirilmesi sonucu AD'li sığırlardaki farklı vücut sıvıları ve karaciğer dokusunda metabolit değişimleri açıkça ortaya kondu, biyokimyasal bir ağ ve yolak haritalaması ile AD durumunda en olası değişmiş metabolik yolak olarak valin, löysin ve izolöysin biyosentezi ile fenilalanin, tirozin ve triptofan biyosentezi belirlendi. Böylece hastalık patogenezinin aydınlatılmasına katkı sağlandı. 1H-NMR analizi için optimal biyolojik matrisin serum olduğu desteklendi.

Abstract:
Abomasal displacement (AD) is a disease that causes significant economic losses in dairy cattle. In this project, the metabolism of dairy cattle with AD was extensively evaluated by NMR-based metabolomic approach over serum, urine and liver extracts. 

The material of this study consisted of multiparous 50 Holstein dairy cattle (42 LDA, 8 RDA) with AD and multiparous 20 clinically healthy Holstein cattle. General clinical examinations of all groups were performed. The diagnosis of AD was made by anamnesis, presence of characteristic ping sound in auscultation, ultrasound examination and Liptak test. Some of the cattle in the patient group had ketosis. Blood samples were taken from the coccygeal vein to heparinized and K3-EDTA tubes for hematological analysis. Serum samples were obtained from blood samples for NMR based metabolomic and biochemical profilings. Urine samples from all animals were collected with a sterile metal catheter; liver biopsies were collected from the right flank 11-12. intercostal space with Tru-cut biopsy trocar. Hematological and biochemical analyzes with NMR based metabolomic profiling of all cattle were performed. Many fatty acid fractions and cholesterol metabolites, together with gluconeogenic substrates and ketogenic amino acids, were identified and quantified (optional units) using both data sets (lipophilic and hydrophilic fractions) in each serum, urine and liver extract.

Increased serum lactate, GGT, NEFA and BHBA levels in the patient groups (both LDA and RDA) compared to the healthy group were observed by laboratory analyses. Between the patient groups, significant increases in lactate, BE and CRP levels and a significant decrease in K and Cl levels were observed in the RDA group compared to the LDA group. Differences were observed in other parameters, but these were within normal reference values. As a result of metabolomic profiling in serum samples, carnitine levels were high; hippurate, leucine, isoleucine, tyrosine, trimethyl amine N-oxide, valine, phenylalanine, threonine, alanine, glycine, glutamine and proline levels were low in the patient group (both LDA and RDA) compared to healthy group. In RDA group, 3-hydroxybutyrate, isopropanol and acetate levels were higher than LDA group. Metabolomic profiling of urine samples showed high levels of dimethylamine, choline, creatine and lactate, and lower levels of hippurate and trimethylamine N-oxide in the patient groups (both LDA and RDA) compared to the healthy group. Compared to the healthy group, 3-hydroxy butyrate and 2-hydroxy 3-methylvalerate levels were higher in the LDA group and dimethylamine was higher in the RDA group. Metabolomic profiling of liver biopsy samples showed high levels of 2-hydroxybutyrate and myoinostole and lower glucose levels in the patient groups (both LDA and RDA) compared to the healthy group. The change in these parameters was much more significant in LDA group.

In cattle with AD, serum and water-based metabolites decreased in serum samples, while fatty acid fractions and cholesterol metabolites increased in liver samples. The metabolomic and biochemical profiles determined that cattle with AD (especially LDA) were at risk of ketosis and fatty liver. As a result of NMR-based metabolome profiling, metabolite changes in different body fluids and liver tissue in cattle with AD  were clearly demonstrated and contributed to the elucidation of disease pathogenesis. With biochemical network and pathway mapping, valine, leucine and isoleucine biosynthesis with phenylalanine, tyrosine and tryptophan biosynthesis were determined as the most likely altered metabolic pathway in AD status. Thus, contribution was made to elucidate the pathogenesis of the disease. It was supported that the optimal biological matrix was serum for 1H-NMR analysis.