پیشرفت در کولین کلرید برای Aquafeeds: بررسی علمی مسیرهای متابولیک, انتقال چربی, و عملکرد رشد

گفتمان پیرامون کولین کلرید در علم تغذیه آبزیان در حال حاضر در حال تغییر پارادایم است., گذار از درک ابتدایی “جلوگیری از کمبود” به یک اکتشاف پیچیده از بهینه سازی متابولیک و برنامه ریزی اپی ژنتیک. برای درک واقعی وزن نقش کولین کلرید, ابتدا باید در مقیاس فیزیکی محض نیاز آن نشخوار فکر کرد. برخلاف سایر ویتامین های B مانند ریبوفلاوین یا پیریدوکسین, که بر حسب میلی گرم در هر کیلوگرم رژیم غذایی اندازه گیری می شوند, کولین اغلب بر حسب گرم مورد نیاز است. این آن را در یک دسته متابولیک منحصر به فرد قرار می دهد - a “ریز مغذی شبه درشت مغذی”- که به عنوان داربست اساسی برای زندگی در آب عمل می کند. وقتی به سنتز فسفاتیدیل کولین فکر می کنم (کامپیوتر), من از چهارراه متابولیک که نشان دهنده آن است شگفت زده شده ام. مسیر کندی, که از کولین کلرید اگزوژن استفاده می کند, مسیر اصلی برای سنتز PC تقریباً در تمام گونه‌های استخوانی است که تا به امروز مورد مطالعه قرار گرفته است. این یک بزرگراه با شار بالا است که از انبساط سریع غشای سلولی در مراحل لارو و انگشت گذاری پشتیبانی می کند.. با این حال, مسیر PEMT, که شامل متیلاسیون متوالی فسفاتیدیل اتانول آمین است (پلی اتیلن) به کامپیوتر, به عنوان ثانویه عمل می کند, “شبکه ایمنی” مسیر. تنش علمی جالب در اینجا در این واقعیت نهفته است که بسیاری از گونه های آبزی ظرفیت بسیار محدودی برای این سنتز جدید دارند زیرا آنها سطوح لازم از فعالیت PEMT کبدی را ندارند یا به سادگی نمی توانند گروه های متیل کافی را از چرخه متیونین برای سوخت آن تولید کنند.. به تبع آن, تکیه بر کولین کلرید مکمل فقط یک انتخاب برای افزایش رشد نیست; این یک ضرورت فیزیولوژیکی برای حفظ یکپارچگی سلولی و جلوگیری از فروپاشی متابولیک سیستمیک است..

وقتی ما مشاهده می کنیم “کبد چرب” پدیده در آبزی پروری فشرده, ما اساساً به دنبال شکست سیستم لجستیک سلول هستیم. هپاتوپانکراس یا کبد ماهی یک گیاه فرآوری چربی بسیار فعال است. تری گلیسیرید در آنجا سنتز می شود, اما آنها نمی توانند به سادگی در جریان خون پخش شوند تا به عضله یا بافت چربی برسند; آنها باید در لیپوپروتئین های بسیار کم چگالی بسته بندی شوند (VLDL ها). اینجاست که نقش ساختاری کولین کلرید در سطح مولکولی قابل مشاهده است. PC فسفولیپید غالب در غشای تک لایه این VLDLها است. بدون کولین کافی برای سنتز کامپیوتر, را “بسته بندی” برای این لیپیدها در دسترس نیست, و تری گلیسیریدها در سلولهای کبدی رشته ای می مانند. این منجر به استئاتوز ماکرووزیکولی مشخص می شود که در گونه هایی مانند کپور علفزار دیده می شود (Ctenopharyngodon idella) وقتی با کربوهیدرات بالا تغذیه می شود, رژیم های کم کولین. تحقیقات اخیراً فراتر از مشاهده این تجمع چربی به بررسی علائم رونویسی این حالت رفته است.. به نظر می‌رسد که کمبود کولین باعث افزایش شدید ژن‌های مرتبط با استرس ER و کاهش ژن‌های مرتبط با اکسیداسیون بتا می‌شود.. این نشان می دهد که وقتی کولین کلرید وجود ندارد, کبد نه تنها صادرات چربی را متوقف می کند بلکه توانایی سوزاندن آن را نیز از دست می دهد, ایجاد یک چرخه معیوب از اختلالات متابولیک. مکمل کولین کلرید, از این رو, به عنوان یک متابولیک عمل می کند “کلید,” باز کردن این ذخایر چربی و اجازه استفاده از آنها برای انرژی, که توضیح می دهد که چرا ماهی هایی که با کولین کافی تغذیه می شوند اغلب نسبت تبدیل غذایی بهبود یافته را نشان می دهند (FCR) حتی اگر افزایش وزن کل آنها به صورت تصاعدی افزایش نیابد.

در زمینه تغذیه سخت پوستان, مانند خرچنگ دستکش چینی (Eriocheir sinensis) یا میگوی سفید اقیانوس آرام (litopenaeus vannamei), روایت پیرامون کولین کلرید به دلیل نیازهای خاص چرخه پوست اندازی بسیار ظریف تر می شود.. سخت پوستان اساسا هستند “لیپید محور” ماشین ها در طول مراحل رشد خود. بر خلاف مهره داران, آنها برای هر پوست اندازی به فسفولیپیدهای غذایی و کلسترول نیاز دارند. کولین کلرید بلوک های ساختمانی لازم برای سنتز PC را فراهم می کند, که برای امولسیون کردن لیپیدهای رژیم غذایی در روده میانی و انتقال کلسترول بعدی در همولنف حیاتی است.. یک هم افزایی علمی عمیق بین کولین و کلسترول وجود دارد که محققان تازه شروع به ترسیم کامل آن کرده اند.. از آنجایی که سخت پوستان نمی توانند حلقه استروئیدی را سنتز کنند, آنها باید هر مولکول کلسترولی را که می توانند پیدا کنند پاک کنند. اگر کولین کمبود داشته باشد, مکانیسم انتقال - لیپوپروتئین های لیپوویتلین مانند با چگالی بالا - شکست می خورد, و حیوان نمی تواند کلسترول مورد نیاز برای سنتز اکدیسون را بسیج کند, هورمون پوست اندازی. این منجر به “سندرم مرگ پوست اندازی,” جایی که حیوان از نظر فیزیکی قادر به بیرون ریختن اسکلت خارجی قدیمی خود نیست. علاوه بر این, حلالیت بالای کولین کلرید در آب یک مانع بزرگ در پرورش میگو ایجاد می کند.. من اغلب در مورد این طنز فکر می کنم که همان ماده مغذی که ما نیاز داریم به راحتی در محیط اطراف از دست می رود. این امر تحقیقات شدیدی را در مورد کولین کلرید محافظت شده - پوشیده شده با چربی های هیدروژنه یا محصور در پلیمرها - انجام داده است تا اطمینان حاصل شود که ماده مغذی در داخل گلوله باقی می ماند تا زمانی که به دستگاه گوارش میگو برسد.. در دسترس بودن زیستی این اشکال محافظت شده در مقابل نمک کلرید خام در حال حاضر تمرکز اصلی تحقیقات صنعتی است., با داده‌هایی که نشان می‌دهد کپسوله‌سازی می‌تواند حفظ را تا حدودی بهبود بخشد 80% در محیط های آبزی پروری با آب گرم.

فراتر از نقش های ساختاری و حمل و نقل, ما باید در نظر بگیریم “متیل دهنده” رقصیدن. این شاید از نظر فکری محرک ترین جنبه تحقیقات کولین باشد: تعامل بین کولین, متیونین, بتائین, و فولات. در میتوکندری, کولین توسط کولین اکسیداز اکسید می شود و بتائین را تشکیل می دهد. این بتائین سپس یک گروه متیل را به هموسیستئین اهدا می کند تا متیونین را بازسازی کند, که سپس به اس آدنوزیل متیونین تبدیل می شود (همان), اهدا کننده متیل جهانی برای متیلاسیون DNA و پروتئین. این است “متیل نگهدارنده” اثر. از نظر اقتصادی و علمی, اگر به اندازه کافی کولین کلرید ارائه کنیم, از نظر تئوری می توانیم “یدکی” متیونین برای سنتز پروتئین به جای هدر دادن آن برای تهیه گروه های متیل. با این حال, بهره وری از این صرفه جویی در گونه های مختلف متفاوت است. در قزل آلای رنگین کمان (Oncorhynchus mykiss), برای مثال, توانایی جایگزینی بتائین به جای کولین برای رشد بسیار بالاست, اما بتائین نمی تواند از کبد چرب مرتبط با کمبود کولین جلوگیری کند زیرا بتائین نمی تواند دوباره به کولین تبدیل شود و PC را تشکیل دهد.. این “خیابان یک طرفه” متابولیسم به این معنی است که در حالی که می توانید از عملکرد اهدای متیل صرف نظر کنید, شما هرگز نمی توانید از عملکرد ساختاری چشم پوشی کنید. مطالعات اخیر با استفاده از برچسب گذاری ایزوتوپ پایدار به ما این امکان را داده است که سرنوشت دقیق این گروه های متیل را ردیابی کنیم, نشان می دهد که در شرایط رشد بالا, تقاضا برای گروه های متیل برای سنتز کراتین و تکثیر DNA می تواند در واقع از عرضه متیونین به تنهایی پیشی بگیرد., ساخت کولین کلرید ضروری است “سوخت متیل” برای کل سیستم.

را “اومیکس” انقلاب همچنین پیامدهای اپی ژنتیکی کولین کلرید در ماهی را روشن می کند. ما در حال مشاهده شواهدی هستیم که نشان می دهد سطوح کولین در رژیم غذایی مادر می تواند بر الگوهای متیلاسیون ژنوم فرزندان تأثیر بگذارد.. این یک مفهوم عمیق است. این نشان می دهد که با بهینه سازی سطوح کولین کلرید در رژیم غذایی مولدین گونه هایی مانند تیلاپیا نیل, شاید بتوانیم “برنامه” لاروها برای متابولیسم لیپید بهتر یا پتانسیل رشد بالاتر در مراحل بعدی زندگی. در یک مطالعه اخیر, لاروهای مولدین تغذیه شده با جیره های پر کولین سطوح بیان متفاوتی را نشان دادند igf-1 (فاکتور رشد شبه انسولین) ژن, که تنظیم کننده اصلی رشد است. این به خاطر کولینی نبود که آنها به عنوان لارو می خوردند, اما به دلیل “حافظه اپی ژنتیک” در طول رشد تخمک روی DNA آنها نقش بسته است. این یک مرز کاملاً جدید را برای شما باز می کند “فیدهای کاربردی” جایی که هدف فقط غذا دادن به حیوان در تانک نیست, بلکه برای بهینه سازی بیان ژنتیکی نسل بعدی. این باعث می شود من تعجب کنم که آیا بسیاری از “نتایج متغیر” ما در آزمایشات رشد آبزی پروری می بینیم که در واقع نتیجه زمینه های مختلف تغذیه ای مادر است که ما آن را در نظر نگرفته ایم..

ما همچنین نمی توانیم تقاطع کولین کلرید را با تغییر جهانی به سمت آبزیان گیاهی نادیده بگیریم.. همانطور که صنعت تلاش می کند از پودر ماهی دور شود, ما بیشتر کنجاله سویا را معرفی می کنیم, کنجاله کلزا, و غذای گلوتن ذرت را وارد رژیم غذایی کنید. در حالی که این پروتئین های گیاهی پایدار هستند, آنها با مجموعه ای از عوامل ضد تغذیه مانند فیتات ها و ساپونین ها همراه هستند, و آنها “طبیعی” محتوای کولین اغلب در اشکال پیچیده قفل شده است یا به سادگی کافی نیست. علاوه بر این, پروفایل اسیدهای چرب رژیم‌های گیاهی - غنی از امگا 6 اما اغلب فقیر از امگا 3 - می‌تواند ترکیب فسفولیپیدی غشای سلولی را تغییر دهد.. این تغییر تقاضا برای سنتز PC برای حفظ سیالیت و عملکرد غشا را افزایش می دهد. از این رو, همانطور که ما محدودیت های جایگزینی پودر ماهی را افزایش می دهیم, نیاز به کولین کلرید مکمل در واقع افزایش می یابد به جای ثابت ماندن. این نکته مهمی است که بسیاری از مطالعات تغذیه‌ای قبلی آن را نادیده می‌گرفتند، زیرا با استفاده از رژیم‌های غذایی پایه با پودر ماهی بالا که قبلاً به طور طبیعی سرشار از کولین بودند انجام شدند.. مدرن “تمام گیاهی” رژیم های غذایی در اصل یک “تست استرس” برای مسیرهای متابولیک ماهی, و کولین کلرید یکی از ابزارهای اولیه است که ما برای اطمینان از عدم شکست این مسیرها تحت فشار مواد غیر متعارف داریم..

سپس بعد حسی و رفتاری وجود دارد. کولین پیش ساز استیل کولین است, انتقال دهنده عصبی مسئول انتقال سیگنال از طریق اتصال عصبی عضلانی و درون سیستم عصبی پاراسمپاتیک. در تراکم بالا, محیط پر استرس یک سیستم مدرن آبزی پروری چرخشی (RAS), را “سلامت عصبی” ماهی عامل اصلی بقا است. کمبود استیل کولین می تواند منجر به کاهش عملکرد شنا شود, پاسخ‌های اعتصاب خوراک ضعیف, و یک پاسخ کلی ضعیف به محرک های محیطی. من در مورد “گرسنگی پنهان” ماهی هایی که ممکن است با سرعت طبیعی رشد کنند اما از نظر عصبی در معرض خطر هستند. برخی از محققان اکنون در حال بررسی هستند “جسارت” و “سطوح فعالیت” ماهی به عنوان معیاری برای کفایت کولین, دریافتند که ماهی هایی با سطوح کولین بهینه در مکان یابی و مصرف خوراک کارآمدتر هستند, که ضایعات را کاهش می دهد و ردپای کلی محیطی مزرعه را بهبود می بخشد. این پیوند بین تغذیه و اخلاق شناسی زمینه ای در حال رشد است که می تواند نحوه تنظیم ما را دوباره تعریف کند “بهینه” سطوح گنجاندن ویتامین ها و شبه ویتامین ها.

بالاخره, ما باید به واقعیت صنعتی و شیمیایی استفاده از کولین کلرید بپردازیم. این یک ماده بسیار مرطوب کننده است, نمک خورنده. در یک آسیاب خوراک, می تواند یک کابوس باشد. رطوبت هوا را جذب می کند, باعث ایجاد کیک در سیلوها و تسریع تجزیه سایر ویتامین های ضروری در پیش مخلوط می شود. برای مثال, وجود کولین کلرید می تواند نیمه عمر ویتامین را به میزان قابل توجهی کاهش دهد $K_3$ و تیامین از طریق واکنش های اکسیداتیو, به ویژه در حضور مواد معدنی کمیاب مانند مس و آهن. این منجر به توسعه “رقیق شده” فرم ها (مانند 50% یا 60% کولین کلرید روی یک حامل سیلیس یا بلال ذرت) برای بهبود جریان پذیری و کاهش ماهیت شیمیایی تهاجمی آن. انتخاب حامل خود یک نقطه مورد علاقه علمی است; حامل های سیلیکا بی اثر هستند اما می توانند برای تجهیزات ساینده باشند, در حالی که حامل های ارگانیک مانند بلال ذرت می توانند مجموعه ای از خطرات میکروبی یا مایکوتوکسین خود را معرفی کنند. حرکت به سمت سیستم‌های کولین کلرید مایع در برخی کارخانه‌های بزرگ مقیاس تلاشی برای دور زدن مسئله کیک است., اما برای اطمینان از ترکیب همگن در گلوله نهایی، به فناوری دوز دقیق نیاز دارد. بنابراین، تکامل کاربرد کولین کلرید سفری از یک افزودنی ساده به یک چالش مهندسی پیچیده است., شامل شیمی, فیزیک, و زیست شناسی به اندازه یکسان.

نگاه کردن, را “مرحله بعدی” در تحقیقات کولین احتمالاً شامل ادغام هوش مصنوعی و مدل‌سازی متابولیک برای پیش‌بینی نیاز دقیق کولین در یک گروه معین از ماهی‌ها بر اساس ژنتیک آنها می‌شود., وزن فعلی آنها, دمای آب, و مشخصات لیپیدی رژیم غذایی آنها. ما در حال دور شدن از “یک اندازه برای همه مناسب است” رویکرد گذشته. همانطور که ما به کشف نقش عمیق کولین در همه چیز از سلامت مخاط روده گرفته تا تنظیم میکروبیوم ادامه می دهیم., روشن می شود که این مولکول بسیار بیشتر از یک ساده است “بسیج کننده چربی” این یک هماهنگ کننده مرکزی تعامل موجودات آبزی با محیط و رژیم غذایی آن است. تجزیه و تحلیل علمی مداوم کولین کلرید در آبزی پروری است, از بسیاری جهات, تحلیلی از تاب آوری زندگی در دنیایی که به طور فزاینده ای فشرده و در حال تغییر است.