Ismert molekula új lehetőségekkel Butirát a modern baromfitakarmányozásban

Átírás

1 Ismert molekula új lehetőségekkel Butirát a modern baromfitakarmányozásban Dr. Mátis Gábor, PhD SZIE Állatorvos-tudományi Kar Élettani és Biokémiai Tanszék CEPO Konferencia Keszthely, 213. október 18. FACULTAS 1787 SCIENTIARUM VETERINARIARUM

2 Bevezetés Butirát keletkezése/felvétele: Az anaerob bakteriális fermentáció során képződik (endogén butirát): Kérődzők: előgyomrok Monogastricus emlősök és madarak: vastagbél Takarmány-kiegészítő (exogén butirát): szelektív antibakteriális hatás hozamfokozó Monogastricus emlősök sertés (Gálfi és Bokori, 199) Baromfi-takarmányozás (Hu and Guo, 27)

3 A butirát sejtekre gyakorolt legfőbb hatásai Inzulin-érzékenység fokozása Enzimek, hormonok szintézisének befolyásolása Sejtosztódás, differentáció megváltoztatása Epigenetikus hatások ATP-termelés, β-oxidáció Elsősorban in vitro eredmények, néhány in vivo kísérlet (humán, rágcsálók) Ábra: williamsclass.com

4 A butirát epigenetikus hatásai Hiszton-deacetiláz Butyrate gátlása DNS-metiltranszferáz serkentése Hiszton-hiperacetiláció DNS-hipermetiláció In vitro: Candido et al., 1978 In vivo: Kien et al., 28 (sertés) Génexpresszió változása Ábra:

5 BUTIRÁT BÉLRE KIFEJTETT HATÁSOK Szövettani eltérések Bélbolyhok és Lieberkühn-mirigyek mérete Enterocyták hosszmérete Bélflóra egyensúlya A butirát különféle szövetekre gyakorolt hatásai (saját vizsgálati területek) VENA PORTAE MÁJRA KIFEJTETT HATÁSOK Epigenetikus hatások Hiszton-acetiláció CYP enzimekre gyakorolt hatások CYP génexpresszió CYP enzimaktivitás Más xenobiotikumokkal (pl. eritromicinnel) való interakció CYP génexpresszió Eritromicin farmakokinetikájának vizsgálata A SZISZTÉMÁS KERINGÉSBE JUTÓ BUTIRÁT Plazma butirátkoncentráció Szisztémás metabolikus hatások (inzulin-érzékenység)

6 A citokróm P45 (CYP) enzimrendszer Mikroszomális monooxigenáz hemoprotein enzimrendszer Legfőbb szerepe: xenobiotikumok biotranszformációja 1. fázisú reakciók Szükséges faktorok: O 2, NADPH+H + Legfőbb CYP alcsaládok: Csirke: CYP1A, CYP2H, CYP3A Ábra: tifr.res.in

7 BUTIRÁT BÉLRE KIFEJTETT HATÁSOK Szövettani eltérések Bélbolyhok és Lieberkühn-mirigyek mérete Enterocyták hosszmérete Bélflóra egyensúlya (antibakteriális hatás) A butirát különféle szövetekre gyakorolt hatásai (saját vizsgálati területek) VENA PORTAE MÁJRA KIFEJTETT HATÁSOK Epigenetikus hatások Hiszton-acetiláció CYP enzimekre gyakorolt hatások CYP génexpresszió CYP enzimaktivitás Más xenobiotikumokkal (pl. eritromicinnel) való interakció CYP génexpresszió Eritromicin farmakokinetikájának vizsgálata A SZISZTÉMÁS KERINGÉSBE JUTÓ BUTIRÁT Plazma butirátkoncentráció Szisztémás metabolikus hatások (inzulin-érzékenység)

8 In vitro vizsgálati modell Csirke primer májsejttenyészetek készítése fáziskontraszt, bar = 5 µm

9 In vitro vizsgálati modell Csirke primer májsejttenyészetek készítése Sejttenyészetek jellemzése (immunhisztokémia) Glutamináz kimutatása bar = 3 µm

10 In vivo kísérletek Brojlercsirkékkel (Ross-38) a starter fázisban Butirát alkalmazási módjai: Takarmány kiegészítése Na-butiráttal (1,5 g/kg tak., -21. nap) Na-butirát bolus, alap dózis (,25 g/ttkg) a napon Na-butirát bolus, emelt dózis (1,25 g/ttkg) a napon Ábra: gallus.hu

11 Eredmények Vékonybél szövettani vizsgálata (in vivo) Csirke Kontroll csoport Butiráttal kiegészített csoport Bélbolyhok hossza (μm) 182,52 ± 61, ,61 ± 72,14 Szignifikáns különbség ***P<,1 Lieberkühn-mirigyek mélysége (μm) 147,17 ± 1,41 158,43 ± 1,94 Enterocyták mérete (μm) 25,77 ±,68 3,33 ±,47 Patkány Kontroll csoport Butiráttal kiegészített csoport Bélbolyhok hossza (μm) 444,49 ± 25,2 537,77 ± 26,6 Lieberkühn-mirigyek mélysége (μm) 123,4 ± 1,55 159,93 ± 11,64 Enterocyták mérete (μm) 18,6 ±,67 18,52 ±,72

12 log CFU log CFU Eredmények A butirát Campylobacter jejuni törzsekre gyakorolt antibakteriális hatása (in vitro) ph7,4 ph Butirát koncentráció (mm) Butirát koncentráció (mm)

13 Relative histone acetylation (%) Eredmények Hiszton-acetiláció (takarmány-kiegészítő, in vivo) * Control Butyrate 5 H2A H2B H3 H4 *Szignifikáns különbség, P<,5 Butyrate: takarmány kiegészítése Na-butiráttal (1,5 g/kg, -21. nap) Mátis et al., 213, Acta Vet. Hung.

14 Relative acetylation ratio (%) Relative acetylation ratio (%) Relative acetylation ratio (%) Relative acetylation ratio (%) Eredmények Hiszton-acetiláció (bolus, in vivo) Mátis et al., 213, Nutr. Metab. A Acetylation of Histone H2A B Acetylation of Histone H2B * Control Butyrate bolus,.25 g/kg BW Butyrate bolus, 1.25 g/kg BW Control Butyrate bolus,.25 g/kg BW Butyrate bolus, 1.25 g/kg BW C Acetylation of Histone H3 D Acetylation of Histone H4 3 ** Control Butyrate bolus,.25 g/kg BW Butyrate bolus, 1.25 g/kg BW Control Butyrate bolus,.25 g/kg BW Butyrate bolus, 1.25 g/kg BW Szignifikáns különbség, *P<,5; **P<,1

15 Relatív génexpresszió Eredmények CYP1A génexpresszió (in vitro) 1,8 1,6 1,4 1,2 1,8,6,4,2 1 1, 2,5 5 7, Eritromicin koncentráció (µm) Butirát koncentráció (mm)

16 Relatív génexpresszió Eredmények CYP2H génexpresszió (in vitro) , 2,5 5, Butirát koncentráció (mm) 7,5 1, 1 5 Eritromicin koncentráció (µm)

17 Relatív génexpresszió Eredmények CYP3A génexpresszió (in vitro) 1,8 1,6 1,4 1,2 1,8,6,4,2 1 1, 2,5 5, Butirát koncentráció (mm) 7,5 1, 5 1 Eritromicin koncentráció (µm)

18 Relative gene expression Eredmények CYP génexpresszió (takarmány-kiegészítő, in vivo) Expression of hepatic CYP genes after oral butyrate supplementation 3,5 3 2,5 * * 2 1,5 1,5 CYP1A CYP2H1 CYP3A37 *Szignifikáns különbség a kék vonallal jelzett kontrollhoz képest, P<,5

19 pmol/min per mg protein nmol/min per mg protein nmol/min per mg protein Eredmények CYP enzimaktivitás (takarmány-kiegészítő, in vivo) A Aminopyrine N-demethylation B Aniline-hydroxylation ** *** Control Butyrate Phenobarbital Control Butyrate Phenobarbital C Testosterone 6β-hydroxylation 8 7 *** Mátis et al., 213, Acta Vet. Hung Control Butyrate Phenobarbital Szignifikáns különbség, **P<,1; ***P<,1

20 μmol/min per mg protein μmol/min per mg protein A Eredmények CYP enzimaktivitás (bolus, in vivo) Aminopyrine N-demethylation.35 ** Control Butyrate bolus,.25 g/kg BW Butyrate bolus, 1.25 g/kg BW Phenobarbital B Aniline-hydroxylation Mátis et al., 213, Nutr. Metab ** Szignifikáns különbség, **P<,1 Control Butyrate bolus,.25 g/kg BW Butyrate bolus, 1.25 g/kg BW Phenobarbital

21 μmol/min per mg protein μmol/min per mg protein Eredmények CYP enzimaktivitás (bolus, interakció Phenobarbitallal in vivo) A Aminopyrine N-demethylation a b c Control Phenobarbital Butyrate bolus + Phenobarbital B Aniline-hydroxylation.8 b c A különböző betűk szignifikáns különbséget jeleznek, P<,5.4.3 a.2.1 Control Phenobarbital Butyrate bolus + Phenobarbital

22 Eredmények Eritromicin farmakokinetika (in vivo) AUC kontroll = 33,53 ± 4,67 (mg x l/h) AUC butirát = 37,18 ± 5,41 (mg x l/h)

23 Eredmények in vivo Vérplazma butirátkoncentrációk Csirke (takarmány-kiegészítő) Szignifikáns különbség **P<,1; ***P<,1 Kontroll csoport Butiráttal kiegészített csoport Butirát (μm) 24,65 ± 6,21 53,75 ± 6,5 Csirke (bolus) Kontroll csoport Butirát bolus,25 g/ttkg Butirát bolus 1,25 g/ttkg Butirát (μm) 16,67 ± 3,35 38,38 ± 3,81 64,36 ± 6,6 Patkány (takarmány-kiegészítő) Kontroll csoport Butiráttal kiegészített csoport Butirát (μm) 25, ± 7,61 31,36 ± 4,88

24 Eredmények in vivo Inzulin-szignálkaszkádra gyakorolt hatások (bolus) A β-inzulin receptor expressziójának változása butirát hatására: Máj: Sc. zsírszövet: Abd. zsírszövet: Vázizomszövet:

25 Összefoglalás A butirát sokrétű biológiai funkcióval bír csirkében old wine in new bottles : Bél egészsége Epigenetikus hatások CYP méregtelenítő rendszer gyógyszermetabolizmus Inzulin-érzékenység Scheppach and Weiler, 24 Biztonsággal alkalmazható a baromfitakarmányozásban

26 Köszönetnyilvánítás Dr. Neogrády Zsuzsanna Dr. Csikó György Prof. Korinna Huber Prof. Frenyó V. László Prof. Gálfi Péter Dr. Kenéz Ákos Kulcsár Anna Kulcsárné dr. Petrilla Janka Benedek Tünde Dr. Molnár Andor Dr. Claudia Hess Prof. Fébel Hedvig Dr. Jemnitz Katalin Prof. Veres Zsuzsanna Nagy Gábor Dr. Szekér Krisztina Dr. Wagner Zsolt Fejes Éva

27 Ábra: borudvar.hu Köszönöm a figyelmet!