oleh Sarah Séité dan Karthik Masagounder, Evonikand Stéphane Panserat dan Iban Seiliez, Universitas Pau dan Pays de l'Adour, Perancis
Keberlanjutan industri akuakultur bergantung pada seberapa efisien kita dalam menggunakan sumber daya yang tersedia untuk memasok protein yang terjangkau dan bergizi bagi populasi yang terus meningkat. Sederhananya, kita perlu menghasilkan lebih banyak dan lebih baik, dengan lebih sedikit.
Ada, karena itu, peluang penting bagi industri dan akademisi untuk bekerja sama dalam spesifikasi formula pakan ikan yang hemat biaya mengoptimalkan nutrisi dan kesehatan ikan di seluruh siklus produksinya, Misalnya, menggunakan metionin.
Mengubah pola makan
Pakan akuakultur modern diproduksi dengan rendah atau tanpa tepung ikan dan sumber protein nabati dalam jumlah yang lebih tinggi. Perubahan formulasi diet ini menghasilkan metionin yang biasanya menjadi asam amino pembatas pertama – asam amino yang jumlahnya tidak mencukupi dalam makanan – dalam makanan ikan dan udang.
Metionin memiliki peran sentral sebagai blok bangunan dalam sintesis protein, bersama dengan beberapa fungsi lainnya. Penelitian terbaru menunjukkan itu menjadi pengatur utama pertahanan antioksidan, respon imun, status kesehatan ikan secara keseluruhan dan metabolisme karbohidrat dan lipid. Selain itu, sebagai prekursor S-adenosylmethionine (SAM) dan S-adenosylhomocysteine (SAH), metionin dapat memodulasi ekspresi gen yang terkait dengan pertumbuhan dan kesehatan hewan melalui reaksi metilasi DNA.
Pergantian protein
Di dalam tubuh ikan dan udang, pertambahan massa protein adalah keuntungan bersih dari deposisi protein tubuh atas kehilangan protein, di bawah proses biologis yang disebut "pergantian protein". Ini adalah proses berkelanjutan di semua jaringan, melibatkan sintesis protein dan pemecahan protein (proteolisis).
Pergantian protein dipengaruhi oleh komposisi nutrisi makanan dan status nutrisi hewan. Untuk hewan yang sedang tumbuh, penting untuk menjaga diet seimbang untuk asam amino, sekaligus menyediakan energi yang cukup dari sumber energi non protein.
Produsen pakan komersial telah menemukan bahwa menambah kadar metionin dalam pakan air menghasilkan produksi hewan yang lebih baik. Studi terbaru pada ikan telah menunjukkan bahwa defisiensi metionin memodulasi jalur sinyal intraseluler utama, menghasilkan peningkatan ekspresi beberapa gen yang terlibat dalam degradasi protein dan penghambatan sintesis protein.
Sebagai contoh, diet kekurangan metionin (diformulasikan untuk memasok 32 persen metionin lebih rendah daripada diet normal) dalam ikan trout pelangi (40g, berat badan awal) terbukti mempengaruhi fosforilasi faktor inisiasi translasi (eif2α), dan menginduksi ekspresi beberapa faktor yang terlibat dalam dua jalur proteolitik otot utama (proteasome dan autophagy).
Keseluruhan, penelitian terbaru telah meningkatkan pemahaman kita tentang peran metionin dalam pertumbuhan ikan di tingkat sel. Ini telah memberikan biomarker penting untuk menilai kinerja ikan dalam diet kekurangan metionin.
Stres oksidatif
Budidaya intensif menjadi lebih umum untuk memenuhi permintaan konsumsi ikan global yang terus meningkat. Di bawah metode ini, hewan sering terpapar berbagai biotik (misalnya padat tebar tinggi, paparan patogen) dan abiotik (misalnya kualitas air yang buruk, angkutan, diet yang tidak seimbang) stres.
Ini mengarah pada produksi spesies oksigen reaktif (ROS) yang konstan. ROS pada dasarnya adalah zat kimia yang mengandung oksigen (misalnya superoksida, hidrogen peroksida, hidroksi radikal) dan menimbulkan radikal bebas reaktif (molekul dengan elektron tidak berpasangan). Radikal bebas ini berpartisipasi dalam reaksi oksidatif yang merusak molekul biologis seperti lipid, protein dan DNA hewan. Hewan mengalami stres oksidatif ketika mereka tidak memiliki kapasitas untuk mendetoksifikasi radikal bebas atau memperbaiki kerusakan yang diakibatkannya.
Metionin adalah senyawa penting untuk pertahanan inang terhadap stres oksidatif.Membantu pembentukan glutathione (GSH) dan taurin; senyawa penting untuk pertahanan inang terhadap stres oksidatif. Metionin juga mudah dioksidasi oleh ROS, membentuk metionin sulfoksida, yang dapat dengan mudah diperbaiki oleh metionin sulfoksida reduktase. Oleh karena itu merupakan mekanisme pertahanan antioksidan penting yang mungkin berperan dalam pensinyalan redoks; salah satu bentuk komunikasi seluler.
Beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa diet kekurangan metionin dapat mengurangi reservoir GSH, antioksidan intraseluler yang paling penting, dan dengan demikian, meningkatkan kerusakan oksidatif di beberapa jaringan. Ikan lele kuning yang diberi diet kekurangan metionin (diformulasikan untuk memasok 37 persen lebih sedikit metionin daripada makanan normal) menunjukkan kerusakan peroksidatif oleh ROS, disertai dengan peningkatan aktivitas enzim antioksidan (SOD dan GPX), menunjukkan diet kekurangan metionin yang menyebabkan stres oksidatif pada ikan lele kuning.
Sebaliknya, penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa pembatasan diet metionin (diformulasikan untuk memasok metionin 45 persen lebih sedikit daripada kontrol) tidak mempengaruhi jumlah glutathione total dalam jaringan hati salmon remaja di bawah kondisi laboratorium.
Penelitian juga menunjukkan bahwa diet kekurangan metionin (diformulasikan untuk memasok metionin 55 persen lebih sedikit daripada kontrol), penurunan status oksidatif pada hati ikan rainbow trout. Hal ini menunjukkan bahwa efek negatif dari kekurangan metionin pada status oksidatif ikan tergantung pada faktor, termasuk tingkat defisiensi metionin, dalam kaitannya dengan kebutuhan hewan dan tingkat stres oksidatif. Faktor, termasuk tahap kehidupan ikan, intensitas produksi dan kondisi pertumbuhan semuanya dapat mempengaruhi stres oksidatif. Dalam kondisi pertanian intensif, di mana hewan rentan terhadap stres oksidatif, persyaratan metionin ikan dan udang bisa lebih tinggi dari nilai yang ditentukan di bawah kondisi laboratorium yang menguntungkan.
Respon imun
Kekurangan asam amino tertentu telah diketahui merusak fungsi kekebalan tubuh dan meningkatkan kerentanan hewan terhadap penyakit menular. Asam amino mempengaruhi respon imun hewan, baik secara langsung maupun tidak langsung, melalui metabolitnya.
Kekurangan diet metionin telah terbukti menurunkan respon imun bawaan dan dengan demikian perlindungan terhadap infeksi bakteri (A hydrophila) pada ikan lele kuning juvenil.
Tambahan, selama infeksi atau peradangan, ikan yang diberi diet suplemen metionin lebih terlindungi dari mikroorganisme (seperti bakteri) dan aktivitas bakterisida. Respon ini mungkin karena peran metionin pada proliferasi sel.
Metabolisme perantara
Hati adalah tempat utama untuk metabolisme perantara (termasuk, lipid dan metabolisme karbohidrat). Ekspresi hepatik gen yang terlibat dalam lipogenesis dan glukoneogenesis telah terbukti merespons ketidakseimbangan metionin makanan pada ikan. Gangguan ini juga tercermin pada ikan pada tingkat fenotipe. Ketika salmonid diberi makan diet rendah metionin, akumulasi hepatictriglyceride (TAG) dicatat. Diyakini bahwa akumulasi TAG hati, mengikuti diet rendah metionin, disebabkan oleh berkurangnya ketersediaan fosfatidilkolin yang terlibat dalam pengangkutan lipid dari hati ke organ perifer.
Phosphatidylcholine disintesis dari phosphatidylethanolamine, dimana SAM, dihasilkan dari metionin, bertindak sebagai donor metil penting. Karena itu, defisiensi metionin dapat mempengaruhi sintesis endogen fosfatidilkolin.
Hipotesis lain adalah bahwa defisiensi metionin dapat menurunkan ketersediaan taurin, yang merupakan prekursor penting dalam sintesis garam empedu (asam taurocholic). Garam empedu sangat penting dalam pencernaan dan penyerapan lemak dan vitamin yang larut dalam lemak.
Tambahan, Sintesis asam empedu merupakan jalur utama metabolisme kolesterol, karena sekitar setengah dari kolesterol yang diproduksi dalam tubuh digunakan untuk sintesis asam empedu. Keseluruhan, metionin memiliki peran penting dalam metabolisme perantara nutrisi yang tepat, dan kekurangan metionin jangka panjang dapat merusak pertumbuhan dan kesehatan ikan.
Pemrograman nutrisi
Peristiwa nutrisi awal yang diberikan selama masa perkembangan kritis dapat mengakibatkan perubahan permanen pada kehidupan hewan selanjutnya, yaitu mempengaruhi potensi pertumbuhan mereka, kesehatan dan status metabolisme. Acara-acara tersebut merupakan hasil dari apa yang disebut program gizi dan membuka bidang penelitian dan peluang baru menuju optimalisasi gizi dan kesehatan hewan ternak, dengan implikasi ekonomi yang jelas.
Pemrograman nutrisi, melalui mekanisme epigenetik reaksi metilasi, seperti DNA dan metilasi histon, secara langsung tergantung pada SAM, dan dengan demikian prekursor utamanya:metionin. Tingkat metionin makanan dan kecukupannya dalam memenuhi kebutuhan hewan pada tahap awal, oleh karena itu mungkin merupakan faktor penting dalam memodulasi fenotipe hewan sepanjang siklus produksinya.
Studi terbaru dengan ikan trout pelangi menunjukkan bahwa memberi makan induk dengan diet yang membatasi metionin pada 50 persen mempengaruhi berbagai sifat pada keturunannya, beberapa di antaranya bertahan selama minggu-minggu pertama pemberian makanan eksogen. Apakah mekanisme epigenetik berada di balik efek tersebut, membutuhkan penyelidikan lebih lanjut.
Kesehatan secara keseluruhan
Kekurangan metionin dapat memiliki dampak yang berbeda pada kesehatan secara keseluruhan. Kekurangan metionin dapat menyebabkan perkembangan katarak pada beberapa spesies ikan, misalnya ikan trout pelangi, bass bergaris hibrida dan charr Arktik. Meskipun mekanisme di balik ini tidak dipahami dengan baik, Diperkirakan glutathione disintesis secara endogen dari metionin atau sistein, kemungkinan memainkan peran dalam mencegah pembentukan ikatan disulfida yang menyebabkan tidak larutnya protein lensa dan perkembangan opasitas mata.
Lebih-lebih lagi, metionin telah terbukti berperan dalam kesehatan usus pada ikan mas jian. Populasi mikroba dalam saluran pencernaan ikan (seperti Firmicutes) telah terbukti berkorelasi erat dengan kesehatan dan nutrisi ikan.
Bakteri saluran pencernaan ikan dapat mengeluarkan enzim pencernaan, yang mempromosikan pencernaan zat nutrisi dan mensintesis zat nutrisi yang dibutuhkan ikan. Juga telah ditunjukkan bahwa metionin dapat mempengaruhi keseimbangan mikroflora usus dengan mendorong pertumbuhan bakteri menguntungkan dan menekan pertumbuhan bakteri berbahaya.
Mengubah cara kita memandang nutrisi metionin dan kesehatan ikan
Mengingat jumlah jalur metabolisme yang membutuhkan metionin dan/atau turunannya, tidak mengherankan bahwa diet metionin tidak hanya mempengaruhi pertumbuhan tetapi juga metabolisme dan status kesehatan ikan secara keseluruhan.
Bukti peran fungsional yang dimainkan oleh metionin pada ikan semakin berkembang dan menunjukkan bahwa kita perlu mengubah cara kita melihat nutrisi metionin dan kesehatan ikan. Telah terbukti bahwa tahap pemberian makan pertama pada ikan adalah jendela penting untuk program nutrisi dan bahwa ada dampak positif dari pemberian makan awal pola makan nabati pada penerimaan dan pemanfaatannya di masa depan.
Bekerja bersama, industri dan akademisi perlu menentukan apakah mungkin memprogram pertumbuhan dan kesehatan ikan budidaya di masa depan melalui nutrisi yang dioptimalkan. Dan, jika begitu, kriteria respons yang harus (kembali) dipertimbangkan untuk menentukan rekomendasi metionin (nutrisi) yang paling mengoptimalkan nutrisi dan kesehatan ikan.
https://corporate.evonik.com
