Phytobiotics: Buenos días, Kostas, te agradezco que hayas aceptado la invitación para intercambiar ideas sobre un tema interesante, pero desafiante: Cómo medir el estrés oxidativo y la inflamación en animales de granja.
La medición de una defensa inmunitaria, incluidos los procesos inflamatorios y oxidativos, no es sencilla. A diferencia del crecimiento, el consumo de alimento o el FCR, no podemos aplicar una sola métrica que proporcione una cifra numérica clara. Para adentrarnos en el tema, ¿podrías explicar la relación entre el estrés oxidativo y la inflamación?
Kostas Mountzouris: Gracias, Tobías, por la amable invitación. Con respecto a tu pregunta, en primer lugar consideremos que la generación controlada de especies reactivas de oxígeno (ROS) y moléculas inflamatorias es fisiológica durante el metabolismo y la función celular. Por ejemplo, se sabe que el intestino saludable está en un estado de inflamación leve continua, donde las células intestinales contrarrestan los desafíos y mantienen la homeostasis intestinal.
Sin embargo, siempre que la concentración celular de ROS excede la capacidad antioxidante del animal, se produce una desregulación del estado redox intracelular. Esto último, si no se controla de manera rápida y adecuada, conducirá al estrés oxidativo. A su vez, el estrés oxidativo dará lugar a la oxidación de proteínas celulares y a la peroxidación lipídica, daño al ADN y a la activación del factor de transcripción NF-κB. Este último regula las respuestas inmunitarias celulares a la infección y al estrés oxidativo de orden superior mediante la inducción de la expresión de varios genes proinflamatorios. La respuesta proinflamatoria, si no se regula, podría conducir a una inflamación de moderada a grave, lo que provocaría daños en los tejidos y fallos orgánicos. Afortunadamente, los animales poseen un sistema innato de defensa antioxidante y desintoxicante, dirigido por el factor de transcripción Nrf2, apto para combatir el estrés oxidativo y la inflamación.
PB: ¿Estos mecanismos ocurren en todas las partes del cuerpo?
KM: De hecho, la literatura científica contemporánea proporciona evidencia de que sí ocurren en todas las partes del cuerpo, como en el hígado, el intestino, los pulmones, los riñones y el plasma.
PB: Hay un dicho que dice que "toda salud comienza en el intestino". ¿Confirma su investigación de las últimas décadas esto, considerando que los desafíos oxidativos/inflamamatorios aparecen a menudo en el Tracto gatrointestinal (TGI)?
KM: Sí. El intestino está a la vanguardia de la exposición y en contacto con los factores estresantes de origen dietético y ambiental (por ejemplo, xenobióticos, patógenos, calor). Por ejemplo, en el intestino, el estrés oxidativo afecta negativamente a las proteínas de unión estrecha que refuerzan la barrera intestinal, abriendo el camino para una mayor permeabilidad paracelular y translocación microbiana. Esto puede conducir a una inflamación local y sistémica grave. Por lo tanto, es importante que los factores estresantes sean contrarestados rápida y eficamente a nivel intestinal. En este sentido, la estimulación y la pronta activación de las vías de señalización celular endógenas relacionadas con el sistema innato de defensa desintoxicante y antioxidante son críticas.
PB: ¿Cuáles son los posibles mecanismos por los cuales el animal contrarresta el estrés oxidativo?
KM: Los animales pueden contrarrestar el estrés oxidativo a través de mecanismos directos e indirectos. El mecanismo directo implica la inactivación de los radicales libres mediante compuestos antioxidantes dietéticos como vitaminas, fitoquímicos, minerales, carotenoides y cofactores como el ácido fólico. El mecanismo indirecto implica la activación inducible de dos vías de señalización denominadas AhR y Nrf2, responsables de la expresión génica de enzimas citoprotectoras con funciones desintoxicantes, antioxidantes y antiinflamatorias. AhR significa "receptor de hidrocarburos de arilos" y Nrf2 es la abreviatura de "factor nuclear eritroide 2-factor 2 relacionado".
PB: Profundizando en el tema, ¿puedes explicar AhR y Nrf2 en términos simples?
KM: El AhR y el Nrf2 son factores de transcripción de las vías de señalización celular endógenas relacionadas con el sistema innato de defensa desintoxicante y antioxidante. Funcionan como interruptores que activan y desactivan los mecanismos de protección celular contra el estrés oxidativo y la inflamación. Por ejemplo, el interruptor AhR moviliza una vía responsable de la desintoxicación de compuestos xenobióticos como dioxinas, micotoxinas, fitoquímicos nocivos y patógenos bacterianos. Por otro lado, el Nrf2 es un factor de transcripción crítico sensible a redox, conocido como el regulador principal de la defensa celular contra la oxidación y la inflamación. Esencialmente, cuando Nrf2 se activa, desencadena la transcripción génica de una serie de potentes enzimas antioxidantes, desintoxicantes y antiinflamatorias que combaten el estrés oxidativo y la inflamación.
PB: ¿Los mecanismos antioxidantes y antiinflamatorios se distribuyen uniformemente en todos los segmentos del tracto intestinal?
KM: Una distribución "uniforme" de los mecanismos de protección y su respuesta puede no ser el caso en el intestino. La razón es que la motilidad intestinal, los procesos digestivos y varios factores estresantes dan forma a un entorno dinámico que difiere a lo largo del intestino. Esto explica las diferencias observadas en varios biomarcadores medidos a lo largo del intestino. Además, pone de manifiesto la necesidad de comprender mejor el papel fundamental de la capacidad adaptativa intestinal para el mantenimiento de la homeostasis. Además, es importante comprender cómo varios compuestos (p. ej., dietéticos, xenobióticos) y factores estresantes (p. ej., calor, medio ambiente) afectan la capacidad adaptativa del intestino para montar respuestas protectoras y/o señalización específicas del sitio a nivel sistémico (p. ej., fase post-absorción).
PB: ¿Hay nuevas técnicas y genes marcadores en el horizonte que puedan mejorar aún más nuestra comprensión de la regulación de los procesos oxidativos e inflamatorios?
KM: Sí, hay ciertas baterías de genes que podrían proporcionar información útil sobre el estado intestinal y correlacionarse con las respuestas de rendimiento. Los ejemplos incluyen, entre otros, los genes que codifican para las enzimas de fase I (por ejemplo, la familia del citocromo P450 tipo 1 - CYP1), así como varias enzimas antioxidantes y desintoxicantes de fase II, como la catalasa (CAT), la superóxido dismutasa (SOD), la glutatión reductasa (GSR), la glutatión peroxidasa (GPx), la glutatión S-transferasa (GST), NAD(P)H: quinona oxidorreductasa 1 (NQO1), uridina 5-difosfo (UDP)-glucuronosiltransferasa, y tiorredoxina (TXN). Las proteínas resultantes son capaces de prevenir el estrés oxidativo crónico, aumentar el metabolismo de toxinas y preservar la homeostasis celular. Espero que en un futuro próximo, el mapeo de las respuestas de los animales bajo una serie de eventos fisiológicos y de estrés permita la selección y promoción de los mejores conjuntos de biomarcadores adecuados para cada especie animal.
PB: ¿Existen métodos no invasivos para determinar el estado oxidativo/inflamatorio de los animales de granja sin tener que tomar muestras de sangre o tejido?
KM: De hecho, este es un tema de investigación y desarrollo muy desafiante. Por un lado, un seguimiento científico cercano de los índices de rendimiento zootécnico a través de la digitalización y los biosensores podría informar sobre casos problemáticos. La demanda continua de indicadores de bienestar y resistencia que se correlacionen con la salud y la calidad del producto también podría resultar útil. Por otro lado, en un entorno de granja, el tiempo es crítico y, por lo tanto, es evidente que actualmente se necesitan herramientas de predicción del estado de salud animal. Aquí es donde los análisis de sangre invasivos, como un chequeo representativo del rebaño, utilizando biomarcadores adecuadamente validados es muy prometedor. De hecho, nuestro grupo está actualmente interesado en ampliar nuestra plataforma intestinal y colaborar con otros socios en este sentido
PB: Por último, ¿cuál es su opinión sobre las tecnologías relacionadas con la alimentación, como la composición de la dieta o los aditivos específicos para modular la respuesta oxidativa/inflamatoria?
KM: Definitivamente, las intervenciones nutricionales con aditivos bioactivos cuidadosamente seleccionados podrían proporcionar soluciones contra el estrés oxidativo y la inflación. En este sentido, se requieren estudios nutrigenómicos que aborden los efectos de los compuestos bioactivos de la dieta, como los compuestos bioactivos de origen vegetal, sobre la activación y magnitud de la capacidad adaptativa del animal para contrarrestar los factores estresantes que conducen a la inflación. Se espera que estos estudios proporcionen las herramientas necesarias para la evaluación mecanicista de la eficacia de prometedoras tecnologías citoprotectoras y sus aplicaciones en la nutrición animal.
PB: Gracias por la entrevista.
Profesor de Biotecnología Nutricional Animal, Universidad Agrícola de Atenas, Grecia
Kostas Mountzouris es profesor de Biotecnología Nutricional Animal en el Laboratorio de Fisiología Nutricional y Alimentación de la Universidad Agrícola de Atenas (AUA) en Grecia.
Es licenciado en ciencias animales de la AUA y ha obtenido su Maestría y doctorado en biotecnología alimentaria y agrícola de la Universidad de Reading, Reino Unido.
Sus principales áreas de investigación se centran en los efectos de los componentes funcionales y bioactivos de los alimentos y piensos y los microorganismos beneficiosos en las funciones fisiológicas de los animales, como el rendimiento del crecimiento, la digestión y absorción de nutrientes, la capacidad de resistencia a la oxidación, la composición de la microbiota intestinal y la actividad metabólica, la respuesta inmunitaria – inflación, la integridad intestinal y las expresiones génicas relevantes.
Kostas es autor y coautor de 156 artículos revisados por expertos y resúmenes de conferencias.
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