Influenciando la epigenética de los terneros
El tracto gastrointestinal de los terneros es un ecosistema complejo que está densamente poblado por billones de bacterias comensales, hongos, arqueas y virus. Investigaciones recientes han destacado la importancia de estos microorganismos en el desarrollo y mantenimiento del desarrollo y la fisiología intestinales normales, incluida la digestión y la absorción de nutrientes, el metabolismo, el desarrollo de los tejidos y la inmunidad.
Regulación epigenética
Las modificaciones epigenéticas permiten que las células bovinas alteren la expresión génica sin cambiar el código genético. Este mecanismo es lo que permite a los mamíferos adaptarse a las señales ambientales. Los terneros contienen lo que se denomina células eucariotas. Dentro de estas células, el ADN está unido a proteínas histonas y organizado en una estructura compacta llamada cromatina.
En general, las modificaciones epigenéticas permiten la relajación de la cromatina para activar la transcripción génica. Las modificaciones epigenéticas que regulan la accesibilidad de la cromatina incluyen la modificación postraduccional de las histonas, la acetilación del ADN y la metilación del ADN.
Este mecanismo puede ocurrir a través de múltiples mecanismos potenciales.
- Los subproductos microbianos influyen en la disponibilidad de donantes químicos para modificaciones de ADN o histonas.
- Regulación de la expresión y/o actividad de enzimas modificadoras epigenéticas.
- Activación de procesos naturales de la célula huésped que dirigen las vías epigenéticas.
Relación entre la microbiota y la expresión genética
Las enzimas modificadoras epigenéticas requieren un sustrato para catalizar los cambios en la cromatina. Por lo general, dependen de donantes de metilo y acetilo. Si bien muchos de estos sustratos donantes pueden generarse a partir de procesos naturales dentro del animal, la microbiota es una fuente adicional de estos compuestos.
La microbiota puede sintetizar muchos compuestos biológicos, incluidos varios que sirven como sustratos epigenéticos, cofactores o reguladores de la actividad enzimática epigenética.
El intestino del recién nacido es especialmente sensible a la colonización microbiana inicial después del nacimiento. Esta ventana crítica es importante para el desarrollo de los tejidos posnatales y el establecimiento de respuestas inmunitarias normales. Se ha descubierto que la colonización microbiana temprana está asociada con una metilación alterada del ADN en genes asociados con la inmunidad, el metabolismo y la regulación vascular.
La colonización neonatal también ayuda a proteger contra enfermedades pulmonares y entéricas al prevenir la acumulación de células T asesinas naturales en los pulmones y los intestinos. Como industria, debemos enfatizar la importancia de la comunicación entre la microbiota y el epigenoma durante las primeras etapas de la vida y que el momento, la densidad y la diversidad de la colonización microbiana probablemente influyan en el mérito genético en la edad adulta.
Aplicación en la finca
¡Todos estos términos científicos sobre genética pueden resultar abrumadores! Hablemos un poco sobre cómo aplicar lo que hemos aprendido en la granja.
- Nutrición: alimentar a los terneros con un nivel superior de nutrición
- Se ha descubierto que la alimentación de los terneros con un nivel más alto de nutrición (>20 % de proteína, >20 % de grasa) durante el período previo al destete media la respuesta de crecimiento de la glándula mamaria. Este resultado probablemente se activa por cascadas intracelulares de hormonas, factores de crecimiento, etc., debido a la alimentación de más nutrientes al animal.
- La alimentación de terneros de carne con un 20 % de su peso corporal en leche en comparación con un 10 % dio como resultado un aumento de células de la granulosa (GC) y un mayor recuento de folículos a los 8 meses de edad, lo que sugiere que un mayor nivel de nutrición en las primeras etapas de la vida puede afectar la reproducción general. Se cree que este resultado puede ser una consecuencia de las vías inmunológicas reguladas por interferón.
- Modificación de la flora intestinal: colonización temprana y efectiva de la microbiota intestinal beneficiosa
- El calostro aporta muchos compuestos necesarios para la colonización del tracto gastrointestinal y el desarrollo del sistema inmunológico.
- Los microbios beneficiosos que se encuentran en el calostro tienen la primera oportunidad de colonizar el tracto gastrointestinal.
- La IgA examina y selecciona qué tipos de bacterias pueden colonizar.
- Los microARN que se encuentran en el calostro actúan como moléculas de señalización para estimular la proliferación de células epiteliales intestinales, la actividad de las células madre y el desarrollo del sistema inmunológico.
- Los prebióticos que se encuentran en el calostro alimentan a los probióticos comensales permitiéndoles prosperar.
- El uso de probióticos a temprana edad densifica la población de especies microbianas útiles como Lactobacillus y Bifidobacterium spp.
- Los ingredientes alimentarios prebióticos pueden nutrir y apoyar la diversidad del microbioma intestinal, además de preparar el sistema inmunológico para la defensa.
- Se ha descubierto que la microbiota intestinal altera la acetilación y la metilación en varios tejidos, incluidos el colon, el hígado y el tejido adiposo.
- El calostro aporta muchos compuestos necesarios para la colonización del tracto gastrointestinal y el desarrollo del sistema inmunológico.
- Alimentación con donantes de metilo y/o ácidos grasos de cadena corta (AGCC):
- Una forma de mejorar la modificación genética es aumentar la disponibilidad de donantes de metilo. Entre los ejemplos de donantes de metilo se incluyen la colina y la betaína protegidas en el rumen. Estos donantes de metilo se unirán a las histonas e influirán en la expresión genética.
- La colina protegida del rumen reduce el estrés oxidativo durante el estrés térmico.
- La betaína es un osmolito (ayuda a mantener la presión osmótica y la homeostasis dentro de las células) y un donante de metilo.
- Los SCFA son subproductos de la fermentación microbiana en el tracto gastrointestinal. Algunos SCFA inhiben las histonas desacetilasas (HDAC), compuestos que eliminan los grupos acetilo de las histonas y suprimen la expresión génica.
- Los SCFA activan los receptores acoplados a proteína G (GPCR) que regulan el metabolismo, la inflamación y las enfermedades.
- Los SCFA son un actor importante en el mantenimiento de la homeostasis intestinal e inmunológica.
- Una forma de mejorar la modificación genética es aumentar la disponibilidad de donantes de metilo. Entre los ejemplos de donantes de metilo se incluyen la colina y la betaína protegidas en el rumen. Estos donantes de metilo se unirán a las histonas e influirán en la expresión genética.
Siento que uno de los mayores desafíos que enfrentamos en la industria de producción ganadera es aplicar los nuevos hallazgos científicos en la granja. Recientemente tuve la oportunidad de hacer precisamente eso en un estudio con terneros en el que se analizaba cómo podemos influir en la inmunidad y la expresión genética al administrarles un prebiótico, un probiótico y un posbiótico el primer día. Observamos tanto un beneficio inmunológico como una mejora en la ganancia diaria promedio. Puede obtener más información sobre nuestro enfoque en mi publicación de blog anterior. Efectos de Sync en la protección inmunológica.
Fuentes:
Röttgen, V., Tümmler, LM., Koczan, D. et al. Los regímenes de alimentación temprana con leche en terneros ejercen efectos a largo plazo sobre el desarrollo de las células de la granulosa ovárica. 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. El papel de los ácidos grasos de cadena corta en la salud y la enfermedad. 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. Un nivel superior de nutrición antes del destete mejora el desarrollo de la glándula mamaria de los terneros Holstein a través de alteraciones en el transcriptoma del parénquima y la almohadilla grasa. BMC Genomics. Diciembre de 2018;19(1):900. DOI: 10.1186/s12864-018-5303-8. PMID: 30537932; PMCID: PMC6290502.
Woo V, Alenghat T. Regulación epigenética por la microbiota intestinal. Microbios intestinales. 2022 enero-diciembre;14(1):2022407. doi: 10.1080/19490976.2021.2022407. PMID: 35000562; PMCID: PMC8744890.