열유의 통합 대사체학 연구

Scientific Reports 6권, 기사 번호: 24208(2016) 이 기사 인용

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열 스트레스(HS)는 우유 생산량과 품질을 저하시키고 건강을 해치며 젖소의 번식을 손상시켜 매년 막대한 경제적 손실을 초래함으로써 세계 유제품 산업에 피해를 줍니다. 그러나 HS 수유 젖소의 생리적 메커니즘에 대한 이해는 여전히 어렵습니다. 여기서는 HS-free 젖소와 HS 젖소 간 우유의 대사체적 차이를 분석하고, 진단용 바이오마커와 대사 경로의 변화를 발견하기 위해 LC-MS와 1H NMR 분광학을 활용한 대사체학 연구를 수행했습니다. HS가 없는 그룹에 비해 HS 그룹에서는 총 53개의 식별 가능한 대사산물이 상당히 상향 또는 하향 조절되었습니다(P < 0.05). 이러한 바이오마커는 탄수화물, 아미노산, 지질 및 장내 미생물 유래 대사 경로에 관여했습니다. 이러한 잠재적 바이오마커를 이전에 확인된 혈장 내 HS 후보 바이오마커와 비교하면 젖산염, 피루브산염, 크레아틴, 아세톤, β-히드록시부티레이트, 트리메틸아민, 올레산, 리놀레산, 리소포스파티딜콜린 16:0 및 포스파티딜콜린 42:2 수준 사이에 유의미한 상관관계가 있습니다. 우유와 혈장이 발견되었는데, 이는 혈액-우유 장벽이 누출되고 우유에 있는 이러한 10가지 바이오마커의 수준이 혈액에서 HS로 유발된 대사 변화를 반영할 수 있음을 나타냅니다. 이러한 새로운 발견은 HS 수유 젖소의 우유 기반 대사 경로 변화를 밝히기 위한 보다 심층적인 연구를 뒷받침할 수 있습니다.

열 스트레스(HS)를 받는 젖소는 우유를 생산하고 건강을 유지하기 위한 신체의 요구를 충족할 수 없기 때문에 제한된 에너지 섭취를 경험하며, 결과적으로 우유 생산량과 품질이 감소하고 젖소가 질병에 걸리기 쉽습니다1,2. 그 결과, 중국3,4, 미국5, 독일6 등 많은 국가의 낙농 산업에서 막대한 경제적 손실이 발생하고 있습니다. HS로 인한 대사 장애는 이러한 손실의 직접적인 원인입니다1,7. 이는 지구 기후 변화로 인한 온도 상승과 함께 현대 분자 유전 기술을 사용하여 우유 생산성이 증가하는 추세를 고려할 때 특히 중요합니다8.

젖소가 HS에 들어가는 시기를 정확하게 결정하는 것은 HS에 대한 반응이 에너지 균형뿐만 아니라 물, 나트륨, 칼륨 및 염소 대사에도 영향을 미치기 때문에 복잡합니다9. 온도 및 습도 지수(THI)가 HS의 가장 일반적인 지표로 남아 있지만 THI 값 72를 HS 발병의 임계값으로 사용하여 공기 온도 및 습도를 기반으로 한 판단만 허용하며 대사의 정확한 측정은 아닙니다. HS에 따른 젖소의 변화를 의미하며 젖소 특유의 영향(연령 및 품종) 및 기타 환경 요인을 고려하지 않습니다. 실제로 젖소의 HS로 인한 생리학적 변화는 다인자적입니다7. HS 발병의 역치를 진단하고, 진행을 모니터링하고, 생리학적 메커니즘에 대한 통찰력을 제공함으로써 케톤증과 같은 질병으로부터 젖소를 보호하기 위한 시기적절한 개입을 구현하려면 강력한 대사산물 바이오마커가 필요합니다.

젖소의 성과에 대한 이전 연구는 호흡수, 심박수, 우유 생산량, 체세포 수, 단백질, 지방, 유당, 기초 비에스테르화 지방산(FA), 인슐린, 갑상선의 HS 유발 변화에 중점을 두었습니다. , 노르아드레날린, 포도당, 우유의 혈장 요소 질소 수준7,11. 그러나 대사 경로의 전반적인 변화를 다룬 연구는 거의 없으며 이러한 변화의 기본 메커니즘은 아직 알려지지 않았습니다.

대사체학은 식물, 동물 및 인간에 있는 수십만 개의 저분자량 대사산물로부터 정보를 획득하기 위한 강력한 플랫폼을 나타내며 환경 변화에 의해 자극된 병리생리학적 변화에 대한 전체적인 이해를 제공하는 데 사용될 수 있습니다12,13,14,15 . 젖소의 경우 우유를 매우 편리하게 수집할 수 있고 젖소의 수유 메커니즘 변화에 대한 정보를 제공하며 직접 분석하여 영양 품질을 확인할 수 있습니다. 따라서 우유는 생리학적 변화를 모니터링하기 위한 이상적인 생물학적 시료로 간주됩니다. 혈액 샘플링에 비해 우유 샘플링은 비침습적이며 매일 이루어지기 때문에 젖소의 대사 상태를 실시간으로 관찰할 수 있습니다. 이를 통해 젖소를 모니터링하고 HS 상태를 판단할 수 있으며, HS 영향을 줄이기 위한 신속한 관리 전략을 실행할 수 있습니다. 따라서 본 연구에서는 HS 바이오마커를 식별하고 다양한 HS 상태에서 수유 젖소의 대사 경로 변화를 탐색하기 위해 HS가 있는 젖소와 없는 젖소의 우유 대사 차이를 확인하기 위해 LC-MS 및 1H NMR 분광학을 사용했습니다. 다중 반응 모니터링(MRM) 모드의 LC-MS도 식별 대사산물의 신뢰성을 검증하는 데 사용되었습니다. 우유에서 발견된 후보 바이오마커와 혈액 내 바이오마커16에 대한 부분 Pearson 상관 분석은 우유 내 교란된 대사 산물의 원인을 추적하기 위해 수행되었습니다. 사이토카인, c-반응성 단백질 및 시토크롬 c의 농도는 HS 유발 염증 및 세포사멸에 대한 통찰력을 얻기 위해 효소 결합 면역흡착 분석(ELISA)을 사용하여 검출되었습니다. 전반적으로, 이 연구의 결과는 HS에 노출된 젖소의 대사 변화에 대한 우리의 이해를 향상시킵니다. 연구 설계의 개요가 그림 1에 나와 있습니다.