Évaluation de la disponibilité des minéraux dans les aliments pour poissons à l’aide de méthodes complémentaires démontrées par l’exemple du zinc dans le saumon de l’Atlantique
29 octobre 2021
Cet article explique en détail une approche systématique pour évaluer la disponibilité des microminéraux chez le saumon de l’Atlantique. La méthodologie comprend des outils et des modèles de complexité biologique croissante : (1) analyse de spéciation chimique, (2) solubilité in vitro, (3) études d’absorption dans des lignées cellulaires et (4) études in vivo sur les poissons.
Nous avons étudié la disponibilité de la solubilité de micro-métaux comme le zinc sélénium avec différentes formes ou sources chimiques, comme nous l’appelons, dans le contexte de l’évolution de la composition des aliments. Dans une suite de radionucléides, peser environ 0,2 gramme d’échantillons d’aliments pour saumons de l’Atlantique moulus et les mélanger avec un radiotraceur de zinc d’activité spécifique connue dans un tube d’échantillon de volume de cinq millilitres. Préparez six autres aliquotes du tampon et ajoutez l’un des acides aminés montrés ici à chacun pour atteindre une concentration molaire finale de cinq millimolaires.
Ajouter un tampon luminal intestinal d’eau douce pour alimenter l’échantillon. Ensuite, ajoutez le tampon luminal intestinal d’eau douce aux aliquotes tampons contenant les acides aminés. Fermez les tubes et faites-les tourner sur un spinner rotatif à 25 tr/min pendant 30 minutes.
Ensuite, centrifuger à 1, 157 x g pendant 10 minutes, pour séparer les fractions solubles et non solubles. Utilisez un téléseau gamma pour mesurer le nombre par minute du radiotraceur de zinc dans les fractions solubles et non solubles. Lavez deux fois la lignée cellulaire intestinale dérivée de la truite arc-en-ciel avec un millilitre de solution d’EDTA et siphonnez la solution après chaque lavage à l’aide d’une pipette.
Traiter les cellules lavées avec une solution de trypsine à 0,25%. Faites tourner doucement la fiole à des angles aigus pendant deux minutes. Ajoutez ensuite 10 millilitres de milieu L-15 contenant 5% de FBS pour neutraliser la trypsine.
À l’aide d’une pipette stérile, décanter la suspension cellulaire résultante dans un tube de centrifugeuse à fond conique. Centrifuger à 130 x G pendant trois minutes. Ensuite, à l’aide d’un hémocytomètre, déterminez la densité des cellules récoltées par comptage manuel.
Ensemencez les cellules sur 24 plaques de puits à une densité cellulaire de 50 000 cellules par millilitre, par puits, et incubez les plaques à 19 degrés Celsius sous une atmosphère normale pendant 48 heures avant les expériences. Après avoir nourri les poissons pendant 11 jours et les avoir euthanasiés, prélever un échantillon regroupé des excréments du poisson en les dépouillant de la nageoire ventrale à l’anus et le placer sur une assiette. Utilisez une spatule pour transférer les matières fécales de la plaque dans un tube conique de 50 millilitres.
Stockez immédiatement les échantillons à 20 degrés Celsius. Dans cette étude, la disponibilité minérale des aliments pour poissons est évaluée à l’aide d’un certain nombre de méthodes complémentaires. L’analyse représentative de l’alimentation du saumon de l’Atlantique par la méthode de spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif par chromatographie d’exclusion de taille fournit des données sur les espèces chimiques de zinc présentes dans la fraction soluble.
Cinq pics contenant du zinc peuvent être vus dans cette fraction, chacun avec un poids moléculaire différent. Les espèces chimiques de zinc présentes dans la fraction soluble peuvent avoir différentes sources, car l’aliment utilisé contient à la fois des ingrédients marins et végétaux, et est complété. La gamme de poids moléculaire de ces espèces suggère que ces composés pourraient être des métalloprotéines.
Alors que la solubilité du zinc 65 supplémenté augmente la présence de tous les acides aminés testés, une solubilité plus élevée est trouvée avec l’histidine et la lysine. L’absorption apicale de zinc dans les cellules GC d’Arteca est significativement influencée par la présence de L-Met ou de DL-Met à deux concentrations millimolaires. De plus, l’impact de la méthionine sur l’absorption du zinc est affecté négativement par la présence de BCH.
Le principal avantage de ce protocole est que nous avons essayé de combiner différentes approches dans les études visuelles, analytiques et invivo, pour nous comparer et nous compléter mutuellement lorsqu’il s’agit d’étudier la disponibilité des minéraux.
Aperçu
Cet article présente une approche systématique pour évaluer la disponibilité du zinc (Zn) dans les aliments destinés au saumon de l'Atlantique (Salmo salar). En intégrant des méthodologies analytiques, in vitro et in vivo, l'étude examine comment différentes espèces chimiques de Zn dans l'aliment influencent la solubilité et l'absorption du Zn. Les protocoles décrits offrent un cadre complet pour évaluer la biodisponibilité des oligo-éléments alimentaires dans la recherche sur la nutrition en aquaculture.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Alimentation en aquaculture
- Analyse des minéraux traces
- Physiologie des poissons
Contexte
- L'évaluation de la disponibilité alimentaire des oligo-éléments minéraux constitue un défi important en nutrition des poissons.
- Les aliments contiennent diverses espèces chimiques de Zn, pouvant influencer la biodisponibilité du Zn.
- Comprendre les mécanismes de solubilité et d'absorption du Zn est essentiel pour optimiser la santé des poissons et la formulation des aliments.
- La combinaison de plusieurs méthodologies peut fournir une image plus complète de la disponibilité des minéraux.
Objectif de l'étude
- Évaluer systématiquement la disponibilité des différentes espèces chimiques de Zn dans les aliments pour le saumon atlantique.
- Comparer les méthodes in vitro et in vivo pour évaluer la solubilité et l'absorption du Zn.
- Déterminer l'influence des ligands d'acides aminés sur la biodisponibilité du Zn.
Méthodes utilisées
- Extraction et analyse des espèces de Zn à partir d'aliments par chromatographie d'exclusion stérique couplée à la spectrométrie de masse avec plasma induit (SEC-ICP-MS).
- Évaluation in vitro de la solubilité du zinc alimentaire par des techniques de traçage radioactif et supplémentation en acides aminés.
- Mesure de l'absorption de Zn dans une lignée cellulaire épithéliale intestinale de truite arc-en-ciel (RTgutGC).
- Essai d'alimentation in vivo chez le saumon atlantique, suivi de la collecte et de l'analyse des fèces pour déterminer la disponibilité apparente du Zn.
Résultats principaux
- Plusieurs espèces chimiques de Zn aux masses moléculaires variables ont été identifiées dans la fraction soluble des aliments.
- La solubilité du Zn a augmenté en présence de tous les acides aminés testés, l'histidine et la lysine montrant les effets les plus marqués.
- L'absorption du Zn par les cellules RTgutGC a été significativement influencée par la méthionine, effet qui était modulé par la présence de BCH.
- Les résultats obtenus in vitro n'ont pas entièrement corrélaté avec ceux obtenus in vivo, soulignant la complexité de l'évaluation de la biodisponibilité du Zn.
Conclusions
- L'aliment contient diverses espèces de Zn, et l'efficacité des sources organiques de Zn dépend du ligand acide aminé spécifique utilisé pour la chélation.
- Les protocoles in vitro fournissent des informations précieuses, mais ne permettent pas toujours de prédire la disponibilité minérale in vivo.
- Une approche méthodologique combinée améliore la compréhension de la biodisponibilité du Zn dans les aliments pour poissons.
Questions fréquemment posées
Pertinence industrielle pour les cadres
L'évaluation systématique de la biodisponibilité des minéraux dans les aliments pour l'aquaculture est essentielle pour garantir une confiance prédictive dans l'optimisation nutritionnelle et l'élaboration d'aliments ajustés aux risques. L'intégration de méthodes analytiques, in vitro et in vivo permet une réduction mécanistique des risques liés à l'apport en micronutriments et soutient une continuité translationnelle depuis la découverte jusqu'au développement appliqué des aliments. Cette approche éclaire les décisions stratégiques concernant le choix des ingrédients et les stratégies de supplémentation afin d'améliorer la santé et la croissance des poissons.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- Permet l'analyse des mécanismes d'absorption minérale et la clarification des voies d'absorption des micronutriments.
- Contribue à la réduction des risques biologiques en distinguant l'impact de différentes espèces chimiques de zinc sur la biodisponibilité.
- Facilite une prédiction fiable dans le choix de sources minérales efficaces pour les formulations d'aliments pour animaux.
Développement de tests et criblage
- Prépare des systèmes analytiques et in vitro validés pour l'évaluation quantitative de la solubilité minérale et de son absorption.
- Standardise les protocoles de mesure reproductible des espèces de zinc et de leur biodisponibilité.
- Permet un criblage fiable des ingrédients alimentaires et des stratégies de chélation pour la supplémentation en minéraux.
Recherche translationnelle et préclinique
- Aligne les résultats in vitro et in vivo pour évaluer la pertinence translationnelle des données sur la biodisponibilité des minéraux.
- Permet une continuité allant de la découverte mécanistique à la validation préclinique en nutrition aquacole.
- Guide l'optimisation des formulations d'aliments en fonction des résultats comparatifs de biodisponibilité, en tenant compte des risques.
Intégration des pipelines et des flux de travail
Cette approche plurimétrique couvre la phase de découverte précoce jusqu'à l'évaluation préclinique de l'aliment, en intégrant la chimie analytique, des tests cellulaires et une validation in vivo pour une évaluation complète de la biodisponibilité des minéraux.
- Biologie de la découverte : Précise l'influence des espèces chimiques du zinc et des ligands d'acides aminés sur les mécanismes d'absorption.
- Écrantage : Fournit des données quantitatives sur la solubilité et l'absorption afin d'aider au choix des ingrédients et à la formulation.
- Analytique : Fournit une caractérisation du zinc résolue par masse moléculaire et des mesures d'absorption basées sur des traceurs radioactifs.
- Recherche translationnelle : Relie les résultats in vitro aux résultats in vivo pour orienter les décisions de développement des aliments.
- Réutilisation interentreprises : Met en place un cadre réutilisable pour l'évaluation de la biodisponibilité des minéraux dans différents types d'aliments et espèces.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive et réduit l'ambiguïté mécanistique dans la recherche sur la nutrition minérale.
- Valeur opérationnelle : Normalise et permet l'application à grande échelle de protocoles pour l'évaluation reproductible de la biodisponibilité des minéraux dans des études comparatives.
- Valeur stratégique : Permet de prendre des décisions éclairées quant à la poursuite ou non du développement d'ingrédients alimentaires ou de suppléments.
- Impact sur le portefeuille : Facilite la priorisation ajustée au risque des formulations alimentaires et des stratégies de supplémentation.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en chimie analytique, en culture cellulaire et en études d'aquaculture in vivo.
- Exige un accès à un équipement de CEC-ICP-MS et à des moyens de manipulation de traceurs radioactifs.
- Implique une standardisation interéquipes des protocoles pour assurer la comparabilité et la reproductibilité.
- Une adaptation peut être nécessaire selon les espèces de poisson ou les matrices d'aliment.
- Les limites de la corrélation in vitro-in vivo doivent être prises en compte lors de l'interprétation des résultats.
F.A.Q. sur la bio-pharmacie
Chapters in this video
0:04
Introduction
0:31
In Vitro Solubility of Supplemented Zn in Atlantic Salmon
1:33
Cell Harvest and Preparing for Exposure Experiments
2:49
Apparent Availability of Dietary Zn in Atlantic Salmon (Salmo salar)
3:13
Results: Mineral Availability in Fish Feeds
4:23
Conclusion
