Metabolômica plasmática revela grandes mudanças no metabolismo de carboidratos, lipídios e proteínas de bezerros de corte desmamados abruptamente

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 8176 (2023) Citar este artigo

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A metabolômica baseada em 1H NMR foi usada para estudar o efeito do desmame abrupto no metaboloma sanguíneo de bezerros de corte. Vinte bezerros Angus (258 ± 5 kg PC; 5 a 6 meses de idade) foram aleatoriamente designados para um grupo não desmamado (NW) que permaneceu pastando com sua mãe ou um grupo desmamado (W) que sofreu separação abrupta de sua mãe para um piquete separado no d 0 do estudo. Peso corporal, comportamento e amostras de sangue para cortisol e metabolômica foram medidos nos dias 0, 1, 2, 7 e 14 do estudo. Nos d 1 e 2, os bezerros W passaram menos tempo pastando e ruminando, e mais tempo vocalizando e andando, tiveram maior concentração de cortisol, AGNE, 3-hidroxibutirato, betaína, creatina e fenilalanina e menor abundância de tirosina (P < 0,05) em comparação com bezerros NW. Em comparação com os bezerros NW no dia 14, os bezerros W tiveram maior (P < 0,01) abundância relativa de acetato, glicose, alantoína, creatinina, creatina, fosfato de creatina, glutamato, 3-hidroxibutirato, 3-hidroxiisobutirato e sete AA (alanina, glutamato , leucina, lisina, fenilalanina, treonina e valina), mas menor (P < 0,05) abundância relativa de baixa densidade e lipídios de densidade muito baixa e lipídios insaturados. Tanto o PCA quanto o OPLS-DA não mostraram agrupamento ou discriminação entre os grupos no dia 0 e divergência crescente até o dia 14. A metabolômica do sangue é uma ferramenta útil para quantificar os efeitos agudos do estresse em bezerros durante os primeiros 2 dias após o desmame abrupto e por períodos mais longos. mudanças a longo prazo no metabolismo de carboidratos, lipídios e proteínas devido a mudanças nutricionais decorrentes da interrupção da ingestão de leite e maior dependência da ingestão de forragem.

As necessidades nutricionais de bezerros de corte recém-nascidos e pré-ruminantes são atendidas exclusivamente por proteínas, gorduras, carboidratos (principalmente lactose), vitaminas e minerais absorvidos do leite que contorna o rúmen não desenvolvido1. A transição do estágio pré-ruminante para ruminante em bezerros de corte criados a pasto ocorre gradualmente à medida que o consumo de alimentos sólidos e a fermentação ruminal aumentam e o animal se torna mais dependente de proteína microbiana e AGV2,3. Uma das características mais marcantes do animal ruminante é o alto potencial gliconeogênico do propionato, lactato e AA1. A retirada abrupta de um bezerro de sua mãe (desmame) aos 3 a 6 meses de idade é uma prática padrão nos sistemas de produção de bovinos de corte4. Bezerros desmamados podem sofrer estresse nutricional, social e psicológico que causa alterações comportamentais, metabólicas, fisiológicas e imunológicas5,6. Portanto, as práticas de desmame devem considerar o bem-estar animal, a função metabólica e as exigências nutricionais dos bezerros2. Estudos anteriores focaram nas mudanças de comportamento, hormônios do estresse e imunologia de bezerros desmamados, que são mais evidentes durante as primeiras 48 horas após o desmame5,7,8,9. O efeito catabólico dos hormônios do estresse, como o cortisol, pode explicar o aumento das concentrações de NEFA no sangue e parte do declínio do ADG após o desmame10,11. No entanto, espera-se que a interrupção da ingestão de leite pelos bezerros no pasto produza alterações metabólicas de longo prazo, porque a gordura dietética é reduzida devido à baixa concentração nas forragens, enquanto a fibra e a fermentação ruminal aumentam. Surpreendentemente, pouco se sabe sobre as mudanças na função metabólica de bezerros em pastejo após o desmame. Essas informações podem ser usadas para desenvolver novas estratégias para aliviar o estresse metabólico, melhorar o bem-estar e minimizar o declínio na produção animal após o desmame.

A função metabólica é refletida no metaboloma sanguíneo que compreende metabólitos como lipídios, açúcares e AA que influenciam a função celular, tecidual e orgânica12,13. O metaboloma está a jusante do genoma, transcriptoma e proteoma, e é o 'ômico' mais próximo do fenótipo. Isso levou à sugestão de que o metaboloma pode ser o melhor indicador de alterações na função biológica14,15,16. Outra característica importante do metaboloma sanguíneo é que ele representa a integração de fatores externos (por exemplo, dieta) e internos (por exemplo, genótipo) que influenciam o metabolismo15. Em suínos, o desmame foi associado a alterações tanto na função metabólica quanto no metaboloma sanguíneo e essas alterações podem ser parcialmente compensadas pela suplementação com arginina17. Um estudo anterior relatou que bezerros neonatos alimentados com colostro apresentaram aumento na abundância sérica de glutamato, histidina, metionina, fenilalanina, tirosina, triptofano, valina, leucina, isoleucina e prolina e redução de glutamina13. No entanto, nenhum estudo foi publicado avaliando as alterações no metaboloma sanguíneo de bezerros de corte em pastejo após o desmame em condições comerciais.

0.05) and thus deleted from the model. The spatial power covariance structure was selected based on the lowest Bayesian Information Criterion, which accounts for the uneven distance between repeated measures. All variables and residuals were tested for normality, random distribution and mean of zero. Data for cortisol and NEFA were transformed to log10 before analysis to normalise the distribution. The behavioural data was used to calculate the percentage of observations of each behaviour for each animal and day, and then data transformed using the arcsine square root before statistical analysis. Differences between treatment means were calculated within each point in time using pairwise comparisons./p> 0.05; data not shown) were found between treatments in green or dry pasture biomass at the start (2130 ± 217 and 555 ± 67 kg DM, respectively) or end (1753 ± 105 and 668 ± 47 kg DM, respectively) of the trial. The BW on d 0 and d 14 did not differ (P > 0.05) between treatments (data not shown). Overall ADG was greater (P = 0.014) for NW calves (1.05 ± 0.079 kg/d) compared with W calves (0.74 ± 0.084 kg/d). The treatment × day interaction (P < 0.001) indicated that W calves lost weight between d 0 and d 2 while NW calves gained weight in this period (P = 0.06; Fig. 1). The ADG between d 2 and d 7 was greater in W compared to NW calves (P < 0.05) and the opposite effect was found between d 7 and d 14 (P < 0.05; Fig. 1). All behaviours showed a treatment × day interaction (P < 0.001; Fig. 2). Both W and NW calves spent a similar amount of time for each activity on d − 2 and − 1 (P > 0.10). In contrast, W calves spent a shorter time grazing compared to NW calves on d 0 (P < 0.05), d 1 (P = 0.06) and d 7 (P < 0.05) but more on d 2 (P < 0.05). W calves spent less time ruminating and more time vocalising, and walking compared to NW calves on d 0, d 1 and d 2 (P < 0.05; Fig. 2). There were no behavioural differences (P > 0.05) between W and NW calves at d 14 except for a shorter time spent sucking from the dams and longer walking in W compared to NW calves, respectively (P < 0.05)./p> 0.10). Plasma concentrations of NEFA were greater (P < 0.01) in W compared to NW calves on d 1, d 2 and d 7 (P < 0.05), with no differences at d 0 and d 14 (P > 0.10; Fig. 3)./p> 0.05) whereas all metabolites changed over time for W calves (P < 0.05). Differences between NW and W calves emerged after weaning for 24 of the 26 metabolites. The exceptions were the AA histidine and glutamine which did not show a treatment × day interaction (P > 0.05). Some metabolites showed the greatest difference between weaning groups at d 1 and d 2 and others at d 14 (Figs. 4, 5, and 6). Weaned calves had lesser abundance of tyrosine and greater abundance of isoleucine compared to NW calves on d 1 or d 2 (P < 0.10) with no differences at d 0, d 7 and d 14 (P > 0.10). Betaine was greater in W compared to NW calves on d 2 and d 7 (P < 0.05; Fig. 6). The relative abundance of other metabolites was greater for W compared to NW calves only at d 7 or d 14, or both d 7 and d 14 including a group of AA (valine, alanine, threonine, leucine, lysine, threonine), allantoin, acetate, and glycoprotein; and lower abundance in W compared to NW calves for VLDL/LDL and unsaturated lipids (P < 0.05). Another group of metabolites showed greater relative abundance in W compared to NW calves from d 1 or d 2 to d 14 including phenylalanine, glutamate, creatinine, creatine, creatine phosphate, glucose, 3-hydroxybutyrate, and 3-hydroxyisobutyrate (P < 0.10; Figs. 4, 5, 6)./p> 0.40 which confirmed that the OPLS-DA could accurately discriminate between NW and W calves using both the entire spectrum and the relative abundance of metabolites (Table 1). Predictions using the metabolites seemed to perform slightly better than the entire spectrum due the slightly higher Q2. Random permutation testing confirmed all models were able to differentiate between treatment groups after the change in weaning status./p> 0.05; data not shown). Therefore, lipids measured by 1H NMR may derive from dietary sources whereas NEFA may be derived from fat mobilisation./p> 0.05). This could imply that total protein flow to the lower gastrointestinal tract was not different between W and NW calves./p>