Ruminantlarda metiyonin analogları: Veriye dayalı analizler

Metiyonin hidroksi analoğunun (HMBi) izopropil esteri, işleme ve agresif termo-fiziksel işlemlere karşı stabiliteleri nedeniyle, ruminant rasyonlarındaki Met gereksinimlerini enkapsüle kaynaklara nazaran karşılamanın tek güvenilir yolu olarak öne çıkıyor.

Peletleme ve ekstrüzyon teknolojileri gibi termo-fiziksel işlemler, halen en popüler karma yem endüstrisi yöntemidir. İşlemler sırasında yüksek çalışma sıcaklıkları ve matris üzerindeki yüksek basınç nedeniyle, yüzey kaplama, kapsüllenmiş veya kaplanmış metiyonin (Met) kaynakları için yeterli kaplama kapasitesi sağlayamaz. Metiyonin hidroksi analoğunun (HMBi) izopropil esteri, işleme ve agresif termo-fiziksel işlemlere karşı stabilitesi nedeniyle, ruminant rasyonlarındaki Met gereksinimlerini enkapsüle formlara nazaran karşılamanın tek güvenilir yolu olarak öne çıkıyor. Sürdürülebilir ve kârlı ruminant beslemede HMBi’den beklenen performansı elde etmek için dikkatimizi Met analoglarının yemliklerden vücuttaki nihai bölgeye kadar olan yolculuğuna odaklamak hayati önem taşıyor.

RUMENDE VE ÖTESİNDE HMBi’NİN YOLCULUĞU
Hayvansal gıda üretim endüstrisinde kullanılan metiyonin katkısı (Tablo 1), DL-Met, DL-Met sodyum tuzu ve Met analog bazlı olmak üzere üç farklı kaynakta kategorize edilebilir. Şu anda piyasada 5 ana DL-Met bazlı ürün, bir DL-Met sodyum tuzu bazlı ve üç Met analog bazlı kategori bulunuyor. Met analog bazlı katkı maddeleri Met’in hidroksi analoğu (HMBA), Met hidroksi analoğunun kalsiyum tuzu (HMBA-Ca) ve HMBi’dir.

HMBi, serbest metiyonin ve 2-hidroksi-4-metiltiyobütanoatın (HMBA) aksine, rumen duvarı (Graulet ve ark., 2004, 2005) ve omasum (McCollum ve ark., 2000) yoluyla hızlı ve etkili emilim sayesinde mikrobiyal bozulmadan kurtulur. Kısacası, emilen HMBi, HMBA’ya dönüştürülür ve daha sonra periferik dokularda karşılanır ve süt proteini verimine katkıda bulunmak için meme bezine taşınır (St-Pierre ve Sylvester, 2005). Omasum, HMBA’nın emilim bölgesi olarak kabul edilmesine rağmen, Noftsger ve arkadaşları (2005), rumen kanüllü ineklerden elde edilen omasal sindirimde, alınan HMBi’nin sadece %2,3’ünün HMBA olarak geri kazanıldığını ortaya koymuşlardır. Aynı çalışma sırasında, HMBi takviyesini takiben aynı ineklerin süt proteini konsantrasyonunda da olumlu bir yanıt elde etmişlerdir. Bu veriler, HMBi emiliminin omasal bölgeden önce gerçekleştiğini göstermiştir. Ruminantlarda rasyonla HMBi alımı, iki saat içinde yedi kat daha yüksek plazma Met artışına neden olur (Kihal ve ark., 2021). Bununla birlikte, çeşitli test teknikleri ve ruminal kaçış, bağırsak emilimi ve Met dönüşüm bölgesi veya oranı hakkındaki sınırlı veriler nedeniyle, (makul bir metabolize edilebilir Met kaynağı olduğunu anlamak için yeterli bilimsel kanıt olmasına rağmen) HMBi’nin nihai Met biyoyararlanım değeri üzerinde henüz bir fikir birliği yoktur (NRC, 2021).

Rumende
Breves ve arkadaşları (2010), emilim kinetiğini izlemek için dokuları tampon içinde canlı tutan in vitro doku kültürü kullanarak HMBi’nin akıbetini gözlemlediler. Rumen duvarı emilimini daha iyi anlamak için rumen tarafı ile serozal tarafı (organın dışı) ayırdılar ve bunları HMBi ile ayrı ayrı denemeye tabi tutular. Rumen tarafındaki tampondan daha fazla HMBi elde ederken, serozal tampondan minimum miktarda toplam HMBi elde ettiler. Kanıtlar, HMBi’nin rumen duvarını bozulmadan geçemediğini, doku yüzeyinde HMB’ye hidrolize olduğunu ve pasif difüzyon yoluyla veya muhtemelen düşük MCT-1 taşıma oranlarıyla epitel dışına taşındığını göstermektedir. Dikkat çekici bir şekilde, rumen dokusunun mukozal ve serozal tarafları arasındaki konsantrasyon gradyanı, her iki senaryoda da itici güç görevi görmektedir. Bu, KESSENT®MF’deki (Kemin Europa, Belçika) daha yüksek HMBi seviyesinin, her ne kadar nihai olarak mevcut MP’nin yaygın olarak kullanılan beslenme modellerinde aynı olduğu tahmin edilse de, daha düşük HMBi seviyelerine sahip muadillerine kıyasla rumen emilim oranını hızlandırabileceği anlamına geliyor. Öte yandan, herhangi bir esteraz enzimi içermeyen yapay doku sisteminde de HMBi’den elde edilebilen Met bulunmamıştır. Daha önceki in vitro raporlar, HMBi’nin mikrobiyal bozulmaya karşı toplam miktarın %60’ına kadar bozulmadan kaldığını göstermiştir (Robert ve ark., 2000). AB Komisyonu (2003), HMBi hidrolizinin mikrobiyal bozunmanın (spesifik olmayan mikrobiyal esteraz aktivitesi) bir neticesi olduğu sonucuna varmış olsa da, HMBi’nin (Breves ve ark., 2010) hem rumen dokusunda hem de Parafilm membranında (herhangi bir enzim veya mikroflora olmadan) inkübasyon kaybı, HMBi’nin ruminal davranışının belirsiz kaldığını göstermektedir.

Yakın zamanda yapılan hem in vitro hem de in vivo araştırmalar, rasyondaki HMBi’nin iyi bilinen sistemik etkilerinin yanı sıra rumen mikrobiyal ortamı ve fermantasyon süreçlerinin çeşitli nihai ürünleri üzerinde önemli etkileri olduğunu göstermiştir (Li ve ark., 2023, 2022; Qin ve ark., 2022). Kanıtlar, “HMBi’nin rumende kalan kısmının” molekülün etki şeklini daha iyi anlamak için daha fazla ilgiyi hak ettiğini göstermektedir. Örneğin, flora, alkol dehidrojenaz enzimi tarafından asetona dönüştürülebilen izopropanol salgılayabilir ve üretilen asetonun bir kısmı ilk form olan ikincil alkole geri dönüştürülebileceğinden, bu dönüşümün kalıcı olmadığına dikkat etmek önemlidir (Avrupa Komisyonu, 2003). Önceki verilere dayanarak Kemin, bilimsel veriler elde etmek ve önceki raporlarda farklı araştırmacılar tarafından açıklanan moleküllerin etki biçimindeki bilimsel boşluklara ilişkin bilgileri geliştirmek için çeşitli ürün inovasyon projeleri üzerinde çalışmaktadır.

Rumenden sonra
HMBi’nin biyolojik etkisi, mevcut bir fikir birliği olmadığı sürece, araştırmacılar tarafından çeşitli canlı hayvan deneyleri veya in vitro yaklaşımlarla tartışılmaya devam ediyor. Avrupa Komisyonu (2003), ineklerde hem [karbonil-14C]-HMBi hem de [izopropil-14C]-HMBi’nin (per oral) in vivo aktivitesini gözlemlemiştir.

Ancak bu sadece bir “katkı izlem çalışmasıdır” ve etiketlenmiş bileşiğin dokulara dahil edilmesi doğrudan HMB veya HMBi varlığını göstermez (Avrupa Komisyonu, 2003). Bu nedenle, bu veriler HMBi’nin biyolojik kaderini anlamak için diğer biyoyararlanım verilerini desteklemelidir.

HMBi biyoyararlanım denemelerinin retrospektif bir incelemesi, son NRC (2021) komitesi tarafından ayrı bir bölümde derlenmiştir. Süt ineklerinde, daha önceki denemelerde alınan dozun %50’ye kadarının rumenden geçtiği bildirilmiştir (Robert ve ark., 2000). Bu veriler, beslenme modelleri için kabul edilen altın standart olan doğrusal olmayan modeller (eğri altındaki alan; AUC) (Graulet ve ark., 2005; Kihal ve ark., 2021) aracılığıyla “HMBi takviyeli ineklerin dolaşımdaki kanında Met kullanılabilirliği” perspektifi ile doğrulanmıştır. İkinci çalışma, ürün inovasyon çalışmalarının bir parçası olarak Kemin tarafından desteklenen Kessent MF’nin mevcut biyoyararlanımına ışık tutmayı amaçlamıştır.

Lapierre ve arkadaşları (2011) süt sığırlarında, arteriyel portal, hepatik portal (merkezi karaciğer veni) ve meme venlerinden alınan sürekli numuneler yoluyla HMBA’nın akıbetini belirlemek için juguler vene (boyun veni) etiketli HMBA [1-13C] ve L[metil-2H3] Met infüze etmiştir. Kanıtlar, infüze edilen HMBA’nın süt proteini salgılanması için gereken Met’in doğrudan %15’ini sağladığını ve meme bezinde 0,2 mmol/saat sentezlendiğini göstermektedir. Bu %15’in yaklaşık %33’ü splanknik dokularda gerçekleşen metabolizmadan kaynaklanırken, %15’i meme bezinde gerçekleşmekte ve kalan %52’si periferik dokularda gerçekleşen dönüşümlerden gelmektedir. HMBA’nın geri kalan %85’i dolaylı olarak metabolize edilir; dokularda HMBA’dan sentezlenen Met, hücre içi protein sentezi için kullanılır. Bu süreç, protein parçalanmasından salınan Met’in meme bezi tarafından hücre dışına salgılanmasını ve kullanılmasını sağlar. In vitro (McCollum ve ark., 2000) ve küçükbaş (Lobley ve ark., 2006) araştırmalar, HMBA’dan L-Met sentezinin, ruminantların birçok dokusunda meydana geldiğini göstermiştir. Bu, HMBA’nın hem D- hem de L- izomerlerine benzer. L-HMBA oksidaz ağırlıklı olarak karaciğer ve böbrekte bulunur; ancak D-HMBA’nın dehidrojenazı dokuların çoğunda mevcuttur (NRC, 2021). Bu veriler, HMBA’ya dönüşüm nedeniyle emilim sonrası HMBi davranışları açısından benzer kabul edilebilir.

İnek karaciğeri, infüze edilen HMBA’nın yaklaşık %38’ini uzaklaştırmıştır. Ancak, karaciğerden net Met salınımında bir azalma olduğu için uzaklaştırılan bu HMBA, karaciğerde Met’e dönüştürülmemiştir (Lapierre ve ark., 2011). Yukarıda belirtilen veriler, Met’in HMBi takviyesine doğrusal/doğrusal olmayan plazma yanıtları en iyi yaklaşım olarak kabul edilse de, yalnızca plazma Met konsantrasyonuna güvenmenin, HMBi’nin kullanılabilirliğini ve Met sağlama potansiyelini tahmin etmek için uygun bir yöntem olmayabileceğini göstermektedir (Ardalan ve ark., 2021; NRC, 2021).

SONUÇ
Toplamda, izotop zenginleştirmelerine dayanan kümülatif bilimsel veriler (Lapierre ve ark., 2011), eğri altı alan (Kihal ve ark., 2021), serbest AA plazma yanıtları (Ardalan ve ark., 2021), in vitro doku kültürleri (Breves ve ark, 2010), dolaylı performans yanıtları (Avrupa Komisyonu, 2003) ve ruminal mikrobiyota analizleri (Li ve ark., 2023), HMBi’nin ruminantların Met gereksinimlerini karşılamak ve sürdürülebilir üretim açısından bireysel rasyondaki amino asitleri dengelemek için makul bir katkı maddesi olduğunu göstermektedir. Bununla birlikte, HMBi’nin biyolojik kaderinin karmaşıklığı nedeniyle ruminant beslemesinde Met analoglarının maksimum performansını artırmak için bilim odaklı sofistike yaklaşımlara ve özel uzmanlığa ihtiyaç vardır.

Referanslar
1. Ardalan, M., Vargas-Rodriguez, C.F., Zanton, G.I., Vázquez-Añón, M., Bradford, B.J., Titgemeyer, E.C., 2021. Relative availability of metabolizable methionine from 2 ruminally protected sources of methionine fed to lactating dairy cattle. J. Dairy Sci. 104, 1811–1822. https://doi.org/10.3168/jds.2020-19042
2. Breves, G., Schröder, B., Heimbeck, W., Patton, R.A., 2010. Short communication: Transport of 2-hydroxy-4-methyl-thio-butanoic isopropyl ester by rumen epithelium in vitro. J. Dairy Sci. 93, 260–264. https://doi.org/10.3168/jds.2009-2200
3. European Commission, 2003. Report of the scientific committee on animal nutrition on the use of a HMBi (isopropyl ester of the hydroxylated analogue of methionine). https://ec.europa.eu/food/fs/sc/scan/out129_en.pdf
4. Graulet, B., Richard, C., Robert, J., 2004. The isopropyl ester of methionine hydroxy-analogue is absorbed through the rumen wall in the cow. J. Anim. Feed Sci. 13, 269–272. https://doi.org/10.22358/jafs/73884/2004
5. Graulet, B., Richard, C., Robert, J.C., 2005. Methionine availability in plasma of dairy cows supplemented with methionine hydroxy analog isopropyl ester. J. Dairy Sci. 88, 3640–3649. https://doi.org/10.3168/jds.S0022-0302(05)73049-6
6. Kihal, A., Rodriguez-Prado, M., Calsamiglia, S., 2021. Relative bioavailability of 3 rumen-undegradable methionine sources in dairy cows using the area under the curve technique. JDS Commun. 2, 182–185. https://doi.org/10.3168/jdsc.2020-0045
7. Lapierre, H., Vázquez-Añón, M., Parker, D., Dubreuil, P., Holtrop, G., Lobley, G.E., 2011. Metabolism of 2-hydroxy-4-(methylthio)butanoate (HMTBA) in lactating dairy cows. J. Dairy Sci. 94, 1526–1535. https://doi.org/10.3168/jds.2010-3914
8. Li, S., Zeng, H., Wang, C., Han, Z., 2023. Effect of Methionine Hydroxy Analog on Hu Sheep Digestibility, Rumen Fermentation, and Rumen Microbial Community In Vitro. Metabolites 13, 169. https://doi.org/10.3390/metabo13020169
9. Li, S., Zeng, H., Wang, C., Han, Z., 2022. Effect of methionine hydroxy analog feed supplements: Significant alteration and enrichment of rumen microbiota and metabolome in Hu sheep. Front. Vet. Sci. 9. https://doi.org/10.3389/fvets.2022.999726
10. Lobley, G.E., Wester, T.J., Holtrop, G., Dibner, J.J., Parker, D.S., Vázquez-Añón, M., 2006. Absorption and digestive tract metabolism of 2-hydroxy-4-methylthiobutanoic acid in lambs. J. Dairy Sci. 89, 3508–3521. https://doi.org/10.3168/jds.S0022-0302(06)72391-8
11. McCollum, M.Q., Vázquez-Añón, M., Dibner, J.J., Webb, K.E., 2000. Absorption of 2-hydroxy-4-(methylthio)butanoic acid by isolated sheep ruminal and omasal epithelia. J. Anim. Sci. 78, 1078. https://doi.org/10.2527/2000.7841078x
12. Noftsger, S., St-Pierre, N.R., Sylvester, J.T., 2005. Determination of Rumen Degradability and Ruminal Effects of Three Sources of Methionine in Lactating Cows. J. Dairy Sci. 88, 223–237. https://doi.org/10.3168/jds.S0022-0302(05)72680-1
13. NRC, 2021. Nutrient Requirements of Dairy Cattle. National Academies Press, Washington, D.C. https://doi.org/10.17226/25806
14. Qin, X., Zhang, D., Qiu, X., Zhao, K., Zhang, S., Liu, C., Lu, L., Cui, Y., Shi, C., Chen, Z., Hao, R., Li, Y., Yang, S., Wang, L., Wang, H., Cao, B., Su, H., 2022. 2-Hydroxy-4-(Methylthio) Butanoic Acid Isopropyl Ester Supplementation Altered Ruminal and Cecal Bacterial Composition and Improved Growth Performance of Finishing Beef Cattle. Front. Nutr. 9, 1–16. https://doi.org/10.3389/fnut.2022.833881
15. Robert, J.-C., Bennett, R., Gros, G., 2000. A method for supplying bioavailable methionine to a cow. WO2000028835A1.
16. St-Pierre, N.R., Sylvester, J.T., 2005. Effects of 2-Hydroxy-4-(Methylthio) Butanoic Acid (HMB) and Its Isopropyl Ester on Milk Production and Composition by Holstein Cows. J. Dairy Sci. 88, 2487–2497. https://doi.org/10.3168/jds.S0022-0302(05)72926-X

Dr. Eyüp Eren Gültepe Hakkında
Dr. Gültepe, alanında doktora derecesine sahip bir veteriner hekim ve hayvan beslenmesi uzmanıdır. Veteriner hekimlik ve doktora derecelerini Türkiye’de Afyon Kocatepe Üniversitesi’nden almış ve uzmanlığını ABD’de Kansas Eyalet Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacı olarak genişletmiştir. On yılı aşkın süredir üniversitede araştırmacı olarak görev yapan Gültepe, şu anda Kemin Europa Ar-Ge ekibinde ruminant platformunda inovasyon projelerine liderlik etmektedir. Dr. Gültepe’nin makale, derleme ve kitap bölümleri de dahil olmak üzere 30’dan fazla hakemli yayından oluşan bir akademik portföyü bulunmaktadır. Ayrıca dünya çapında 10’dan fazla farklı ülkede 40’tan fazla sözlü/poster sunumu ve açılış konuşması bulunmaktadır.

Dr. Diego Martinez del Olmo Hakkında
Dr. Martínez del Olmo, León Üniversitesi’nden Veterinerlik ve Araştırma Yeterliliği ve İleri Çalışmalar derecesine sahiptir. Doktorasını Complutense Üniversitesi’nden (Madrid), yüksek lisansını Barselona Otonom Üniversitesi’nden Süt Çiftliği Yönetimi ve Katalonya Açık Üniversitesi’nden Yem Şirketlerinin Stratejik Yönetimi alanlarında almıştır. Isabel I Üniversitesi’nden (Burgos) MBA derecesine sahiptir. Kariyerine klinik veteriner olarak başlamış ve daha sonra hayvan yemi şirketlerinde çeşitli görevlerde bulunmuştur. Halen Kemin EMENA’da ruminantlardan sorumlu işletme müdürü olarak görev yapmaktadır. Diego, iki Avrupa patentinin ortak mucididir ve yayınlanmış iki kitabı ve çeşitli hakemli yayınları vardır.