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Maximizandoel PotencialProductivo

a través de la Epigenética

PhD. Carlos Martínez Amezcua Febrero 7, 2019

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

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

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

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

6

Lechones con bajo peso al nacimiento no alcanzan a lechones contemporaneos con mayor peso al nacimiento

Rezaei, 2010

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

8

Factores involucrados en el crecimiento y el desarrollo del feto

Crecimientoy Desarrollo

del Feto

Genética

InmunidadMaterna

EpigenéticaNutriciónMaterna

Medio Ambiente

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.

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:

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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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.

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!

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

15

Puente de comunicación con el medio ambiente, desarrollo del tracto gastrointestinal

16

17

Barrera intestinal

18

Vellosidad sana vs. Vellosidad dañada

19

Falla en la barrera intestinalInfección bacteriana sistémica

20

Desarrollo del Sistema Digestivo

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)

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

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)

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

25

Superficie apical, mucosa del yeyuno en aves alimentadas (A) o ayunadas (B) por 36 horas (Uni et al., 1998)

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

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

28

EstrategiasMultidisciplinarias

para MejorarProductividad

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

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)

31

Deficiencias o ExcesosNutricionales

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)

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)

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

35

Dietas de Alta Digestibilidad y Baja

Concentración de Factores Detrimentales

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

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!!!

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

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

40

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

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

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

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:

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

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

47

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

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

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

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)

51

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

52

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

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

54

Obrigado Merci

Gracias

ć ŹńčτĹ

谢谢

Asante sana

Благодаря ви mulţumesc

cảm ơn lắm

¡Gracias!