Beta-kazeīna ietekme uz piena kvalitātes rādītājiem slaucamām govīm

Transcript

1 Beta-kazeīna ietekme uz piena kvalitātes rādītājiem slaucamām govīm Mg. biol, Mg.med.vet. Dace Smiltiņa LLU LF Molekulārās ģenētikas pētījumu laboratorija, , MPS Vecaucē 1

2 Temata aktualitātes un nozīmības pamatojums Piena proteīns ir diētiski vērtīgākais piena komponents, no kura daudzuma un kvalitātes ir atkarīga arī piena un tā pārstrādes produktu (biezpiena, sieru u.c.) kvalitāte un produkcija (Aschaffenburg u.c.,1957; Formaggioni et al., 1999; Farrell Jr u.c.., 2004); Vairāk kā 95% no atgremotāju piena proteīniem kodē 6 struktūrgēni: * galvenie piena sūkalu proteīni (Thompson u.c,1962; Falconer u.c.,1996) : α laktolbumīns, β laktoglobulīns; * 4 kazeīni (Eigel u.c., 1984): αs1- un αs2 - kazeīni, κ kazeīns un β - kazeīns

3 Piena proteīna gēnu ģenētisko variantu sastāvs (Farrell et al., 2004) Proteīna gēns Ģenētiskais variants (alēles) (lokusi) Beta kazeīns A1 A2 A3 B C D E F G H1 H2 I Kappa kazeīns A B C E F1 F2 G1 G2 H I J - Beta laktoglobulīns A B C D E F G H I J W - Alfa-s1 kazeīns A B C D E F G H Alfa-s2 kazeīns A B C D Alfa laktalbumīns A B C β-cn ir 13 ģenētiskie varianti A2, A1, A3, B, C, E, F, G, H 1, H 2, I (Kaminski et al., 2007). Korejā atklāts A4 variants. Liellopiem 6.hromosomā. Visizplatītākie varianti ir A1 un A2, B - mazāk sastopams, A3 un C ir reti sastopami (Farrell et al., 2004)

4 β- kazeīna divi ģenētiskie varianti: vēlamais A2 un nevēlamais A1 Filoģenētiski agrākā forma ir A2, no kuras mutācijas rezultātā izveidojās A1 forma 209 aminoskābes veido proteīnu. A2 varianta ķēdes 67. pozīcijā A1 variantam prolīns ir aizstāts ar histidīnu (Groves 1969, Roginski 2003). 10/24/2013 4

5 β - kazeīna ģenētisko mutāciju sekas - opioīdu veidošanās β - kazeīna A1 variants ir aktīvu peptīdu opioīdu avots (Brantl et al. 1979; Chang et al., 1985; Kostyra et al., 2004). Termins opioīds norāda uz ķīmisku substanci, kurai piemīt morfīnam līdzīgas aktivitātes organismā. β kazeīna A1 ir ar zināmu noteiktu lomu stresa un sāpju atbildēs, kā arī barības uzņemšanas kontrolē. Bioaktīvie peptīdi darbojas saistoties pie opioīdu µ-receptoriem, kuri atrasti centrālajā nervu sistēmā un gastrointestinālajā traktā (Teschemacher, 2003). Peptīdu ar morfīnam līdzīgu aktivitāti pirmo reizi no β-kazeīna A1 izolēja beta-kazamorfīnu-7 (BCM-7) 1979.gadā (Brantl et al., 1979). A1 variants visplašāk izplatīts pasaulē Holšteinas šķirnes govīm, bet A2 variants Džersijas šķirnes govīm

6 Opioīdu veidošanās mehānismi (Korhonen et al., 1998; Hartwig et al., 1997; Meisel, 1997; Jinsmaa, Yoshikawa, 1999; Gobbetti et al. 2002; Kostyra et al., 2002) Opioīdi ir neaktīvi sākotnējās proteīna sekvencēs. Opioīdi var tikt atbrīvoti: 1. gastrointestinālajā sagremošanā (hidrolīze kuņģī ar gremošanas fermentiem); 2. pārtikas procesēšanā (sagremošana vai nogatavināšana tehnoloģiskās procesēšanas gaitā); var tikt paša ķermeņa producēti; proteolīze piena fermentēšanas laikā vai siera nostāvināšanā (ar mikrobiāliem fermentiem) ved pie dažādu bioaktīvu peptīdu formēšanas. Hidrolizētā A1 varianta pienā BCM-7 līmenis ir 4 reizes augstāks nekā A2 piena gadījumā (11.59 un 2.87 μg mg-1). Svaigā pienā BCM-7 konstatētas minimālas atliekas (Cieslinska et al., 2007)

7 A1 piens kā riska faktors un BCM-7 ļaunie darbi (McLachlan, 2001; Laugesen and Elliott, 2003) 1. Uzskata, ka beta-kazeīna A1 variants producē bioaktīvu peptīdu beta-kazomorfīnu-7, 2. No pagājušā gadsimta 80-tiem gadiem (1980, 1988, 1990, 1995) parādījās ziņojumi, kas norādīja uz β-kazeīna A1 mutāciju kā riska faktoru, un ka tieši liellopu BCM-7 ir riska faktors : humānajai išēmiskai sirds saslimšanai (IHD); aterosklerozei; 1.tipa diabētam (insulīna atkarīgā); mazuļu pēkšņas nāves sindromam; šizofrēnijai; autismam. 24/10/2013 7

8 Epidemioloģisko studiju dati (1) McLachlan (2001) parādīja asociāciju starp β-kazeīna A1 patēriņu un sirds slimību sastopamību gadus veciem vīriešiem 16 valstīs (Austrālija, Austrija, Kanāda, Dānija, Somija, Francija, Islande, Izraēla, Japāna, Jaunzēlande, Norvēģija, Skotija, Zviedrija, AK, ASV, Rietum- Vācija). Autors aprēķināja sakarību starp IHD izraisītās mirstības pakāpi un piena un piena komponentu patēriņu un konstatēja stingru korelāciju starp IHD un A1 patēriņu (r=0.86). 24/10/2013 8

9 Epidemioloģisko studiju dati (2) 1.tipa diabēta (DM-1) sastopamība ir globāli pieaugusi par 3% gadā (Laugesen and Elliott, 2003). Tā ir autoimūna saslimšana, kuras laikā aizkuņģa dziedzeris (pancreas) zaudē spēju producēt insulīnu. Tas notiek kā rezultāts insulīnu sekretējošo aizkuņģa dziedzera β-šūnu destrukcijai. Hipotēzi par β-kazeīna lomu šīs slimības attīstībā izvirzīja Cavallo u.c. (1996), kurš parādīja, ka DM-1 gadījumā palielinās pret β-šūnām vērstu antivielu daudzums. Epidemioloģiskās studijas parāda ticamu asociāciju starp A1 (bet ne A2) piena patēriņu un DM-1 gadījumiem (Elliott et al. 1999; McLachlan, 2001; Laugesen and Elliott, 2003). 24/10/2013 9

10 24/10/

11 A2 Corporation Ltd. Jaunzēlandē 2000.gadā nodibināja korporāciju A2, kura testē govis un tirgo tikai beta-kazeīna A2 varianta saturošu pienu. Kompānija izstrādāja DNS testa reaģentu komplektu, kuram izmanto DNS, ko iegūst no astes matiem. A2 govis tiek sertificētas, lai no tām iegūtu pienu a2milk. Kopš 2003.gada A2 pienu Jaunzēlandē un Austrālijā realizē ar īpašu marku (Premium Brand), piedāvājot dabisku izvēli piena proteīnu klāstā. Kompānija ir sākusi tirgot A2 pienu arī Āzijā un ASV, Anglijā, Austrālijā (A2 Corporation, 2013). 24/10/

12 Apbalvojumi par A2 PIENU no a2 Milk Winner at the 2011 Royal Melbourne Fine Food Awards Pēc 23 dienu intensīva darba, izvērtējot no vairāk nekā 1000 atsevišķiem eksponātiem, 2011.gada Royal Melbourne Fine Food Awards rezultāti ir - A2 Milk saņēma Zelta medaļu par pilnpienu un Sudraba medaļu pienu ar pazeminātu tauku saturu! 24/10/2013 a2 Milk Wins Gold at the Royal QLD Food & Wine Show 2011 A2 piens saņēma zelta medaļu par pienu ar pazeminātu tauku saturu, kā arī sudraba medaļu par pilnpienu! a2milk bija lielākais punktu skaits pienam ar samazinātu tauku saturu kategorijā. 12

13 Opozīcija pret A2 Jaunzēlandē A2 piena korporācijai (A2 Corporation Ltd.) Jaunzēlandē jāpārvar koncerna Fonterra spēcīga opozīcija. Fonterra ir viena no pasaules lielākajām piena realizācijas korporācijām, kas kontrolē 95% no piena piegādes Jaunzēlandē. Fonterra s piens satur β-kazeīna A2 un arī A1 variantus. Fonterra cīnās pret A2 Corporation Ltd. priekšlikumu marķēt A1 pienu, kā " dzērienu, kas ir saistībā ar 1.tipa diabētu bērniem, sirds slimību, diabētu, autismu un šizofrēniju. 24/10/

14 Pirmpienes produktivitātes raksturošanai LZP projekta Nr (vad. pētnieks, Dr.agr. Ziedonis Grīslis) pētījumā analizēto piena proteīna gēna alēlo formu atšķirību izpētei izmantojām pirmpieņu datus uzskatot, ka pirmās laktācijas laikā pilnīgāk var izpausties ģenētiski nosacītās piena ražošanas spējas, kuras 1.laktācijā vēl maz traucē dzīves gaitā pārciestās ietekmes (tesmeņa saslimšanas, cietstāvēšanas un servis perioda garuma ietekmes u.c.)

15 Datu analīzi veicām atsevišķi pirmo triju laktāciju dzīvniekiem. Ražību raksturojošos datus sakārtojām tabulās, analizējot pēc laktācijām Ģenētiskā polimorfisma analīzēm izmantoto dzīvnieku produktivitātes raksturojums Govju produktivitāte pa šķirnēm 1. laktācijā 1.tabula Šķirnes Kods grupa n Izslaukums, kg 1. laktācijas dati standartlaktācijā Piena tauku Piena Piena daudzums, olbaltumvielu tauku kg daudzums, kg saturs, % Piena olbaltumvielu saturs, % HM HS LB DS OB XP XX LZ

16 Ģenētiskā polimorfisma analīzēm izmantoto dzīvnieku produktivitātes raksturojums Govju produktivitāte šķirņu grupās 1. laktācijā 2.tabula Šķirnes grupa N Izslaukums (kg) 1. laktācijas ražība standartlaktācijā Piena tauku daudzums (kg) Piena olbaltumvielu daudzums (kg) Piena tauku saturs ( %) Piena olbaltumvielu saturs (%) Visām kopā: Tā kā atsevišķu šķirņu dzīvnieku skaits ir neliels apvienojām tos radniecīgu šķirņu dzīvnieku datus šķirņu grupās un ieguvām trīs šķirņu grupas

17 Proteīnu ģenētiskā polimorfisma analīze no līdz gada beigām Latvijā β - kazeīna alēļu A1 un A2 sadalījums Latvijas govju populācijās 3.tabula Šķirne Analizēti Alēļu biežumi Kods Šķirnes nosaukums paraugi, A1 A2 Heterozigotāte n 1 Latvijas brūnā Latvijas zilā Holšteinas melnraibā Holšteinas sarkanraibā Zviedrijas sarkanraibā Dānijas sarkanā Vācijas sarkanā Citas šķirnes Kopā 588 MAS buļļi (dažādas šķirnes) Kopas govis Latvijas brūnās šķirnes populācijas analizētajā paraugā alēles A2 biežums ir 0.31 un heterozigotātes līmenis Tas nozīmē, ka selekcijai vēlamo genotipu A2A2 biežums sagaidāms zems (q2= = 0.1). 17

18 Piena proteīna gēna alēlo formu sakarība ar piena produktivitātes pazīmēm Dažādu β-cn genotipu dzīvnieku 1. laktācijas vidējie ražības rādītāji standartlaktācijā Pazīmes β-cn genotipi 4.tabula A1A1 A1A2 A2A2 Izslaukums, kg 5320 a 5430 b 6059 a, b Piena tauku daudzums, kg Piena olbaltumvielu daudzums, a b a, b kg Piena tauku saturs, % Piena olbaltumvielu saturs, % Beta kazeīna gadījumā jau 1.laktācijas dati parāda genotipa A2A2 statistiski būtiskas priekšrocības izslaukumā. Genotipu pozitīvā ietekme ir attiecībā A2A2>A1A2>A1A1. Līdzīga situācija ir arī attiecībā uz olbaltumvielu daudzumu. 18

19 Piena proteīna gēna alēlo formu sakarība ar piena produktivitātes pazīmēm Dažādu β-cn genotipu dzīvnieku 2. laktācijas vidējie ražības rādītāji standartlaktācijā Pazīmes β-cn genotipi A1A1 A1A2 A2A2 Izslaukums, kg 6470 b 6391 a 7322 a, b Piena tauku daudzums, kg b b Piena olbaltumvielu a a daudzums, kg Piena tauku saturs, % Piena olbaltumvielu saturs, % 5.tabula a1, a2 Beta kazeīna gadījumā 2.laktācijas dati parāda genotipa A2A2 statistiski būtiskas priekšrocības izslaukumā. Līdzīga situācija ir arī attiecībā uz olbaltumvielu daudzumu. un piena tauku daudzumu. Novērojams arī genotipa A2A2 pārākums pār A1A2 piena tauku daudzumā (+37.3 pie α 0.05). 19

20 Piena proteīna gēna alēlo formu sakarība ar piena produktivitātes pazīmēm Dažādu β-cn genotipu dzīvnieku 3. laktācijas vidējie ražības rādītāji standartlaktācijā Pazīmes β-cn genotipi 6.tabula A1A1 A1A2 A2A2 Izslaukums, kg 6586 a a Piena tauku daudzums, kg a a a1, a Piena olbaltumvielu daudzums, kg a a Piena tauku saturs, % Piena olbaltumvielu saturs, % a1, a2 Genotips A2A2 statistiski būtiski pārspēj A1A2 un A1A1 izslaukumā un olbaltumvielu daudzumā, kā arī piena tauku daudzumā pārspēj heterozigoto A1A2 (+52 kg pie α 0.01). 20

21 SECINĀJUMI 1. Beta - kazeīna gēna vēlamās alēles A2 biežums Latvijā izaudzētajām šķirnēm ir relatīvi zems: Latvijas brūnai 0.31(n= 361), Latvijas zilajai 0.24 (n = 69). Nedaudz augstāks tas ir Latvijā ilgstošāk audzētajai Dānijas sarkanajai šķirnei 0.37 (n = 54). 2. Augstāku alēles A2 biežumu konstatējām Holšteinas melnraibajai 0.56 (n = 0.56). Par cik Latvijā Holšteinas melnraibo govju apsēklošanai izmanto tikai no ASV ievestos vaislas buļļus ir pamats apgalvot, ka ASV notiek selekcija uz alēles A2 biežuma palielināšanu

22 SECINĀJUMI 3. β-cn genotipu salīdzinājumā 1.laktācijā genotips A2A2 izslaukumā pārspēj genotipu A1A1 (+739 kg pie α 0.01) un piena olbaltumvielu daudzumā (+28 kg pie α 0.01), kā arī genotipu A1A2 izslaukumā (+ 629 kg pie α 0.05) un piena olbaltumvielu daudzumā ( kg pie α 0.05) laktācijā izslaukuma ziņā genotipu priekšrocības saglabājas analogās proporcijās kā 1. laktācijā laktācijā novērojams arī genotipa A2A2 pārākums pār A1A2 piena tauku daudzumā (+37.3 kg pie α 0.05). 6. Analoga situācija saglabājas arī 3.laktācijā. Genotips A2A2 būtiski pārspēj A1A2 un A1A1, kā arī piena tauku daudzumā pārspēj heterozigoto A1A2 (+ 52 kg pie α 0.01)

23 Jaunā projekta iecere Latvijas Lietuvas pārrobežu sadarbības programmas ietvaros Projekta izpētes objekts Lopkopība Zemgalē. Attīstīt pārrobežu sadarbību starp Šauļu novadu Lietuvas ziemeļos un Zemgali Latvijā, izveidojot starptautisku sadarbības tīklu starp lopkopības zinātniekiem un praktiķiem. 24/10/

24 Dažas no Projekta aktivitātēm Gēnu asistēta selekcija (GAS) Latvijas lopkopībā; Gēnu asistētas selekcijas iespējamais efektīgums Latvijā cilvēku veselībai, govju produktivitātes uzlabošanai (piena tauku un olbaltumvielu daudzums un saturs, izslaukums/kg); Galvenais mērķis - sekmēt govju piena proteīna β kazeīna formas A2 selekciju Latvijā; Zemgales reģiona govju reprezentatīvu paraugu kopas izpēte, lai noskaidrotu iespēju izveidot "A2 pienu" producējošu govju ganāmpulkus reģionā; sabiedrības izpratnes veicināšana par pētījuma nozīmi govkopības nozarē. 24/10/

25 Kas darāms lai veidotu A2 ganāmpulkus Latvijā? Jāapzina ganāmpulku īpašnieki, kuri būtu ieinteresēti piedalīties A2 ganāmpulku veidošanā. Jānoņem dzīvnieku bioloģiskā materiāla paraugi - asinis, spermas šūnas, vai apmatojuma paraugi ar matu sīpoliņiem) un jānodod LLU LF Molekulārās ģenētikas pētījumu laboratorijā Jelgavā, Strazdu ielā 1. Atbilstoši analīžu rezultātiem jāizstrādā un jārealizē atlases (pārošanas) programma. Vienkāršākais ceļš vēlamo A2 beta-kazeīna genotipu iegūšanai ir buļļu spermas selektīva sadale. Tas dod iespēju attīstīt govju ganāmpulkus, kuri producē tikai A2 varianta pienu. 24/10/

26 ATLASES VARIANTI 7.tabula

27 A2A2 genotipa dzīvnieku iegūšanas varbūtība 8.tabula 24/10/

28 A1A2 x A...A... 9.tabula

29 A1A1 x A...A tabula

30 Kas noteiks A2 gēna izlases sekmes? Iespēja atrast dzīvniekus, kuriem ir A2 gēns, vislabāk ja tie ir homozigotie ar genotipu A2A2. Ja tādu nav, var izmantot arī heterozigotos A1A2, bet gēna A2 uzkrāšana populācijā tad notiks lēnāk. Īpaši svarīgi ir izmantot A2A2 buļļus, jo bullis var atstāt daudz vairāk pēcteču, nekā vaisliniece. Diemžēl LZ un LB buļļu atražošana joprojām ir neatrisināta problēma.

31 Pateicos par uzmanību! 24/10/

32 Jautājumi??? 24/10/

33 24/10/2013