A hormonális jelátvitel, a metabolikus és gyulladásos folyamatok takarmányozási faktorok segítségével történő szabályozása csirkében  részletek

súgó  nyomtatás 
vissza »
 

Projekt adatai

  
azonosító
91285
típus NN
Vezető kutató Neogrády Zsuzsa
magyar cím A hormonális jelátvitel, a metabolikus és gyulladásos folyamatok takarmányozási faktorok segítségével történő szabályozása csirkében
Angol cím Nutritional factors as regulatory molecules of hormonal signaling, metabolic health and inflammatory pathways in chicken
magyar kulcsszavak hormonális jelátvitel, inzulin, butirát, csirke, testösszetétel, húsminőség, bioökonómia, hepatocyta, Kupffer-sejt, ko-kultúra
angol kulcsszavak endocrine signaling, insulin, butyrate, chicken, carcass composition, meat quality, bioeconomy, hepatocyte, Kupffer cell, co-culture
megadott besorolás
Állatorvos-tudomány (Komplex Környezettudományi Kollégium)70 %
Ortelius tudományág: Állategészség
Takarmányozás-élettan (Komplex Környezettudományi Kollégium)30 %
zsűri Növénytermesztés, állattenyésztés
Kutatóhely Élettani és Biokémiai Tanszék (Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem)
résztvevők Bakti Gergely
Fébel Hedvig
Kenéz Ákos
Kulcsár Anna
Kulcsárné Petrilla Janka
Mátis Gábor
Nagy Jennifer
projekt kezdete 2015-04-01
projekt vége 2017-12-31
aktuális összeg (MFt) 6.554
FTE (kutatóév egyenérték) 11.04
állapot lezárult projekt
magyar összefoglaló
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A takarmányozási faktorok alapvetően meghatározzák a csirkék növekedési erélyét és jólétét, egyúttal befolyásolják a húsminőséget, amely a baromfitartás és a humán táplálkozás-élettan szempontjából egyaránt nagy jelentőségű. A kísérletek során különféle takarmányozási faktorok, úgy mint a négy szénatomos illó zsírsav sója, a butirát, valamint a nem-keményítő típusú poliszacharid- és nyersfehérje-tartalom egyes metabolikus és gyulladásos folyamatokra gyakorolt hatását kívánjuk vizsgálni.
A munka fő hipotézise, hogy a butirát a hormonális jelátvitel befolyásolásával elősegítheti az anyagcsere egészséges működését és javíthatja a húsminőséget szuboptimális takarmányozási viszonyok között is. Fő célunk a butirát brojlercsirkék endokrin jelátviteli folyamataira és testösszetételére gyakorolt hatásainak nemzetközi együttműködés keretében történő vizsgálata. Mivel a gyulladásos folyamatok nagy mértékben befolyásolják az állat egészségét és növekedését, a butirát gyulladáscsökkentő hatását egy új, in vitro hepatikus ko-kultúra modellen kívánjuk tanulmányozni.
Kutatómunkánk innovációját olyan új lehetőségek feltárása jelenti, amelyek alkalmasak az élelmiszertermelő állatok endokrin homeosztázisának és gyulladásos állapotának, ezáltal termelékenységének javítására. Továbbá az alapkutatás számára is hasznos új adatokat nyerhetünk a butirát molekuláris hatásmechanizmusára vonatkozóan.
A nemzetközi együttműködés keretében a különböző módszerek alkalmazásában jártas kutatók munkája lehetővé teszi a biológiai rendszerek komplex összefüggéseinek feltárását a rendszerbiológia eszközeivel. Továbbá a projekt elősegítené PhD-hallgatók cseréjét és új, kétoldalú PhD programok létrehozását.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A munka fő hipotézise, hogy a butirát a hormonális jelátvitel befolyásolásával elősegítheti az anyagcsere egészséges működését és javíthatja a húsminőséget szuboptimális takarmányozási viszonyok (pl. a takarmány csökkent nyersfehérje-tartalma) között is. Azt kívánjuk vizsgálni, hogy a takarmány-kiegészítőként adagolt vagy endogén mikrobiális eredetű butirát hogyan hat az intermedier anyagcserében és a növekedés szabályozásában szerepet játszó endokrin homeosztázisra. A butirát-indukált hormonális változásokat különböző szövetekben (máj, vázizom, zsírszövet) kívánjuk vizsgálni, különös tekintettel az inzulin és glukagon jelátviteli mechanizmusaira a brojlernevelés különböző fázisaiban.
Tanulmányozni kívánjuk többek között a butirát által a vázizomzat fehérjeszintézisének endokrin szabályozására kifejtett hatásokat, melyek az élelmiszer-termelésben különös jelentőséggel bírnak. Az izomtömeg és az izom kémiai összetételének elemzése új adatokat szolgáltathat arról, hogy a leírt molekuláris szintű változások hogyan képesek megjelenni a hústermelés minőségi és mennyiségi jellemzőiben.
Továbbá egy új, in vitro hepatikus (primer májsejtekből és Kupffer-sejtekből álló) ko-kultúra modellen vizsgáljuk, hogy a butirát milyen hatást fejt ki LPS-indukált gyulladás esetén. Ezen in vitro kísérletek során új eredmények nyerhetők a butirát molekuláris szintű hatásmechanizmusáról, egyszersmind tisztázva a máj makrofágjainak szerepét az endokrin válaszok szabályozásában.

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A butirát anyagcsereutakra és gyulladásos folyamatokra kifejtett hatásainak vizsgálata a molekuláris mechanizmusok tisztázása révén új eredményeket szolgáltathat az alaptudomány és a baromfinevelés gyakorlata számára egyaránt. Munkánk fő alapkutatási eredménye olyan új lehetőségek feltárása lehet, amelyek alkalmasak az élelmiszertermelő állatok endokrin homeosztázisának és gyulladásos állapotának javítására. Mivel a madarak anyagcseréjének és hormonrendszerének speciális jellemzői még nem teljesen tisztázottak, ezek az adatok különös jelentőséggel bírnának összehasonlító élettani szempontból is.
Egy új, májsejtekből és Kupffer-sejtekből álló in vitro ko-kultúra rendszer megfelelő modellként szolgálhat a butirát által a máj gyulladásos folyamataira és az inzulin jelátvitelre gyakorolt hatások vizsgálatára. A butirát feltételezett immunometabolikus hatása kiemelt fontosságú a brojlercsirkék egészségi állapotának és jólétének javítása tekintetében. Ezen felül új adatokat nyerhetünk a Kupffer-sejtek metabolikus és gyulladásos válaszok együttes szabályozásában betöltött szerepéről.
Vizsgálataink új lehetőségeket teremthetnek a brojlercsirkék egészséges anyagcseréjének, növekedési mutatóinak és húsösszetételének javításában. A butirát alkalmazása hozzájárulhat a takarmány-értékesülés optimalizálásához (esetlegesen csökkentve az állatok táplálóanyag-igényét, elsősorban a nyersfehérje vonatkozásában). A fehérjeszintézis és izomnövekedés elősegítése csökkent zsírszintézissel együtt hatékonyabb soványhús-termeléshez és előnyösebb testösszetétel kialakulásához vezethet, megfelelve a magasabb minőségi követelményeknek. A csirkehús-termelés mennyiségének, minőségének és hatékonyságának növelése különösen fontos a humán táplálkozásban jelentkező, az értékes fehérjeforrások iránt világszerte folyamatosan növekvő igény miatt.
Mivel az intenzív baromfitermelés a környezet nitrogénszennyezéséhez legnagyobb mértékben hozzájáruló mezőgazdasági ágazat, az alacsony nyersfehérje-tartalmú takarmányok hatékony alkalmazása az állatok csökkent nitrogénürítése révén védheti a környezetet. Ez különös jelentőséggel bírna a környezettudatos állattenyésztés szempontjából, mely a fenntartható fejlődés egyik alapvető feltétele.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A kutatás célja olyan új takarmányozási lehetőségek feltárása, amelyek alkalmasak a brojlercsirkék egészségi állapotának és jólétének javítására. A butirát mint természetes eredetű takarmány-kiegészítő széles körben alkalmazható a hagyományos antimikrobiális hozamfokozók helyettesítésére, ami élelmiszer-biztonsági szempontból is nagy jelentőséggel bír. A butirát a bélrendszer egészséges működését elősegítő és a tápcsatornából történő felszívódás hatékonyságát növelő molekulaként olyan bioaktív anyagnak tekinthető, amely részt vesz az anyagcsere szabályozásában és gyulladáscsökkentő tulajdonsággal rendelkezik. Célunk, hogy vizsgáljuk a butirát újonnan felfedezett hatásait csirkében, és ezáltal új, még hatékonyabb takarmányozási protokollokat dolgozzunk ki a butirát takarmány-kiegészítőként történő alkalmazására.
A gyulladásos válasz és az anyagcsere-folyamatok takarmány-összetevők segítségével történő befolyásolása nagy jelentőségű az állatok egészségének és jólétének fenntartása szempontjából, amely az egészséges hús termelésében is megmutatkozhat. A csirkék energiaháztartásának, illetve az ezt szabályozó hormonális folyamatoknak a megismerése új távlatokat nyithat a máj zsírtartalmának és a testzsír mennyiségének mérséklésében, valamint a vázizmok fehérjeszintézisének fokozásában. Ez hozzájárulhat a hatékonyabb soványhús-termeléshez és az előnyösebb testösszetétel kialakulásához, megfelelve a magasabb minőségi követelményeknek.
Továbbá, a butirát által előidézett hatékonyabb tápanyag-hasznosítás mérsékelheti a brojlerek túlzott nitrogén-kibocsátását, csökkentve ezzel a környezet nitrogénterhelését és elősegítve a környezettudatos és fenntartható csirkehús-termelést.
angol összefoglaló
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Nutritional factors highly determine chicken growth and welfare, also influencing meat quality, which is of great importance in poultry industry and human nutrition. In the proposed study, the effect of different nutritional factors, such as the short chain fatty acid butyrate, and the non-starch polysaccharide and crude protein content of the diet will be investigated on certain metabolic and inflammatory cascade pathways.
The main hypothesis is that butyrate could improve metabolic health and meat quality even under suboptimal nutritional conditions by affecting hormonal signaling. The aim of the study is to establish an international collaborative project to define new effects of butyrate on endocrine signaling and carcass characteristics of broiler chickens. Since animal health and growth is highly influenced by inflammatory processes, the anti-inflammatory action of butyrate is being studied on a novel hepatic in vitro co-culture model.
The innovation of the study will be to identify new ways for improving endocrine homeostasis, inflammatory state and thus productivity in intensive animal farming. As a descriptive approach, novel insights could be found regarding the underlying molecular mechanisms beyond butyrate’s beneficial actions.
Within this international collaboration, results gained by the experts of various methods and models on the level of organism, tissues, cells and molecules make possible the integration of data: to focus on complex interactions within biological systems with help of the tools of systems biology. Further, this project could promote the exchange of PhD students and the establishment of a novel bilateral PhD programme.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
The main hypothesis of the study is that butyrate can improve metabolic health and thus meat quality even under suboptimal dietary conditions, such as marginal crude protein supply by influencing endocrine regulation. It should be clarified how butyrate, originated from dietary supplementation or endogenous microbial production, influences the endocrine homeostasis involved in the regulation of carbohydrate, lipid and protein metabolism and further, in the modulation of growth. Butyrate-associated hormonal changes are planned to be assessed with special emphasis on the cellular reception and signaling of insulin and glucagon in various tissues (liver, skeletal muscle, adipose tissues). Butyrate’s action is also proposed to be studied over time by comparing different phases of broiler fattening.
Among others, the main scope of the study is to investigate the potential effects of butyrate on the endocrine regulation of protein synthesis in skeletal muscle, which is of special importance for food production. Carcass analyses and monitoring muscle weight and chemical composition would provide new data, how the described molecular changes may be reflected in the quality and quantity of meat production.
Further, it should be examined on a new hepatic co-culture system (composed of primary hepatocytes and Kupffer cells), how butyrate exerts its anti-inflammatory effect in LPS-triggered inflammation, being in association with metabolic regulation and the maintenance of growth. Novel results can be gained from these in vitro studies regarding the underlying molecular mechanisms, clarifying the role of liver macrophages in the regulation of endocrine responses as well.

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Studying the effects of butyrate on metabolic and inflammatory pathways of chicken would provide new results for basic science as defining molecular mechanisms and for practical application, too. As a basic science approach, novel pathways of influencing endocrine homeostasis could be described in the proposed study. Since the special metabolic and hormonal characteristics of birds are not fully elucidated yet, these data would also be of special importance from comparative physiological point of view.
A new in vitro co-culture system of hepatocytes and Kupffer cells will be established to serve as a suitable model for studying butyrate’s effects on hepatic inflammatory processes and insulin signaling. The expected complex immunometabolic action of butyrate may be also of high importance in improving health and animal welfare in broiler chicken. Further, novel data could be gained regarding the role of Kupffer cells in the common regulation of metabolic and inflammatory responses.
Affecting hormonal regulation of metabolic pathways is highly involved in the efficacy of poultry production. The investigated effects of butyrate may provide new possibilities in improving metabolic health, growth performance and carcass composition of broiler chickens. Butyrate application might contribute to optimize nutrient utilization, possibly reducing the nutritional requirements (especially that of crude protein) and thus maintaining economic poultry productivity. Enhancing protein synthesis and muscle growth in association with reduced lipogenesis could result in more efficient lean meat production and better carcass characteristics matching higher quality standards. Improving the quantity, quality and effectivity of chicken meat production is especially important due to the worldwide constantly growing demand on high-value protein sources in human nutrition.
Since intensive poultry production is a main contributor to environmental nitrogen pollution within the agricultural system; the effective application of low crude protein containing diets may protect the environment via decreased nitrogen excretion. This would be of special significance in bioeconomical animal production, a prerequisite of sustainable development.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
This study is to define new ways for improving metabolic health of broiler chickens by dietary factors, such as the short chain fatty acid butyrate. This natural feed additive can be extensively applied to substitute the traditional antimicrobial growth promoters, being of special importance from food safety point of view. Butyrate, influencing gut health and enhancing the intestinal absorption capacity, was recently found to be a potent metabolic regulator and anti-inflammatory agent, affecting endocrine homeostasis and inflammatory responses. Our main goal is to study these new insights of butyrate’s action in chicken and hereby to find new dietary protocols for butyrate application as feed additive in poultry production. The expected results of these investigations may contribute to improve poultry production by natural and healthy feed additives.
Influencing the regulation of metabolic and inflammatory pathways by dietary compounds has a huge significance in maintaining animal health and welfare, reflected in healthy meat production as well. Understanding and affecting the hormonal control of energy homeostasis in broilers would highlight new approaches to reduce fat deposition in the liver and adipose tissues and to stimulate protein synthesis in skeletal muscles. This could result in better carcass characteristics and more efficient lean meat production, being important both for poultry industry and consumers with growing demand on high-value protein sources. Further, improved nutrient utilization may reduce the excessive nitrogen release of broilers, reducing environmental nitrogen pollution and maintaining bioeconomical and sustainable chicken meat production.



vissza »