PRECÍZIÓS TAKARMÁNYOZÁS

EFOP-3.4.3-16-2016-00014

Dr. Süli Ágnes Angyalné Dr. Alexy Márta SZEGEDI TUDOMÁNYEGYETEM

MEZŐGAZDASÁGI KAR

PRECÍZIÓS TAKARMÁNYOZÁS

Jelen tananyag a Szegedi Tudományegyetemen készült az Európai Unió támogatásával.

Projekt azonosító: EFOP-3.4.3-16-2016-00014

Szegedi Tudományegyetem

Cím: 6720 Szeged, Dugonics tér 13.

www.u-szeged.hu www.szechenyi2020.hu

2 Tematika

I. A precíziós takarmányozás jelentősége

1. Az élelmiszer-előállítás globális trendjei, az élelmiszertermelés jelenlegi és várható helyzete.

2. Milyen problémákkal, kihívásokkal állunk szembe?

3. Mi az a precíziós takarmányozás és milyen összefüggései vannak a precíziós állattartással?

II. A takarmányok fontosabb nutritív hatású makrotáplálóanyagai 1. N-tartalmú anyagok

2. Lipidek 3. Szénhidrátok

III. A takarmányok táplálóértéke és a táplálóanyagok értékesülése 1. A takarmányok energiaértékelése

2. A fehérjeforgalom jellegzetességei

IV. Modern takarmányozási ismeretek áttekintése 1. Takarmányozásimmunológia

2. Molekuláris takarmányozás 2.1. Nutrigenetika, Nutrigenomika 2.2. Epigenetika, Epigenomika

3. Kitekintés a kutatási eredmények gyakorlati jelentőségébe

V. Precíziós takarmányozás a gyakorlatban

1. Precíziós technológiák alkalmazása a sertés és baromfi fajok takarmányozásában 2. Precíziós technológiák alkalmazása kérődzők takarmányozásában

3

A tananyag első részében ismertetjük a precíziós takarmányozás fogalmát és jelentőségét, valamint a problémakört, amelyre megoldási lehetőségeket kínál a precíziós technológia:

 az élelmiszertermelés és a globális demográfiai folyamatok összefüggései

 az állati eredetű élelmiszerek előállításának feltételei, valamint a természeti környezetre gyakorolt hatásuk

 nincs precíziós takarmányozás precíziós állattartás nélkül

A tantárgy második témakörében a takarmányok fontosabb nutritív makrotáplálóanyagait tekinti át, amely hozzásegíti az olvasót ahhoz, hogy:

 áttekintse a különböző kémiai karakterű táplálóanyag csoportokat

 megismerje azok takarmányozási jelentőségét

 tisztázza szerepüket a rendkívül bonyolult, összetett és egymásra épülő anyagcsere-folyamatokban

A tantárgy harmadik témaköre a klasszikus takarmányozási ismeretek segítségével mutatja be a kérődző és monogasztrikus fajok takarmányainak táplálóértékét és azok értékesülését:

 mit jelent az energetikai érték és mi a jelentősége a takarmányokra vonatkoztatva

 milyen főbb jellegzetességei vannak a fehérjeforgalomnak, amelyek befolyásolják a hatékony termelést

A tantárgy negyedik témaköre a klasszikus takarmányozási ismereteket egészíti ki a legfrissebb takarmányozási kutatások eredményeivel:

 milyen összefüggés van a takarmányozás és az immunológia között?

 hogyan kapcsolódhat össze a takarmányozás és a molekuláris genetika?

 hogyan jelennek meg a mindennapi életünkben a kutatási eredmények?

A tantárgy ötödik témaköre a precíziós takarmányozási megoldások technológiai megoldásait mutatja be:

 precíziós takarmányozási kutatások és azok gyakorlati felhasználása a sertés és a baromfi fajok esetében

 precíziós takarmányozási kutatások és azok gyakorlati felhasználása a kérődző fajok vonatkozásában

Témakörök rövid áttekintése

4 IV. Modern takarmányozási ismeretek áttekintése

1. Takarmányozásimmunológia 2. Molekuláris takarmányozás 2.1. Nutrigenomika

2.2. Epigenomika

3. Kitekintés a kutatási eredmények gyakorlati jelentőségébe

2. Molekuláris takarmányozás

Napjainkban növekvő figyelem irányul az állati eredetű élelmiszerek (húsok, húskészítmények, tej és tejtermékek) táplálkozásbiológiai értékére. A kutatásokban az állati eredetű élelmiszerek összetételének (zsírtartalom, zsírsav-összetétel, koleszterintartalom, vitamin- és ásványi anyag tartalom, bioaktív anyagok) vizsgálata, valamint a humán szervezetre gyakorolt hatása egyre erőteljesebb hangsúlyt kap. Humán- egészségügyi kutatások szerint az utóbbi évtizedekben vezető helyet elfoglaló betegségek, úgy, mint a szív- és érrendszeri, vagy a daganatos betegségek kórokai összefüggést mutatnak az emberi táplálkozással.

(Simopoulus, 1991; 2002a,b; 2008; Szente és Szakály, 2005). A betegségek több, mint 25-75%-a optimális táplálékfelvétellel megelőzhető lenne (Bíró, 2004). A táplálkozás minősége tehát lényeges szerepet játszik az egészség megőrzésben, az életminőség javításában, amely hatás az alapvető élelmiszerek (tej, hús, tojás) esetében még hangsúlyosabb lehet.

Az egyes állati eredetű élelmiszerek minőségét több, egymással összefüggésben levő tényező befolyásolja (faj, fajtajelleg, egyedi különbségek, kor, környezeti hatások, stb). Azonban a takarmányozás, illetve a takarmányok minősége alapjaiban határozza meg a gazdasági haszonállatok termelésének színvonalát és az előállított termék minőségét.

A takarmányozásnak kiemelkedő szerep jut, mint a termelési feltételek közül annak, amelyiknek legnagyobb hatása lehet a genetikailag rögzített képességek kihasználására, illetve a termelési lánc bármely lépcsőfoka igényeinek kielégítésére (Gundel, 2006).

5

Az elfogyasztott táplálék (táplálóanyag) tehát alapvető jelentőségű a szervezet egészségi állapotának szempontjából, függetlenül attól, hogy emberi táplálékról vagy gazdasági haszonállatok takarmányáról van szó. A tápláltsági állapot alapvetően meghatározza akár az emberi, akár az állati szervezet fertőzésekre, krónikus betegségekre és az alkalmazott kezelési eljárásokra adott válaszát. Ugyanakkor molekuláris biológia és epigenetikai vizsgálatok bizonyították, hogy a genetikai meghatározottság, a környezeti tényezők illetve ezek egymásra kifejtett hatása következtében gyakran jelentősen egyedi különbségek tapasztalhatók a táplálék felszívódásában és biológiai hasznosulásában.

Ennek tükrében fontos az egyénre vagy egyedre szabott táplálás

(Janssens et al., 2008), amely

azonban megnehezíti az általános táplálási irányelvek kijelölését, mert azok csak az adott populáció egy részében váltják ki a várt hatást (a genetikai változékonyság és az eltérő környezeti hatások miatt).

Minél pontosabb információnk van tehát az egyes táplálóanyagok sejtszintű felvételéről, metabolizmusáról és a sejt működésére kifejtett hatásáról, annál biztosabban lehet megítélni a táplálóanyagok kiváltotta hatást a szervezet egészére (Babinszky és Halas, 2019).

A molekuláris takarmányozás a táplálóanyagok komponenseinek a szervezet molekuláris és sejtszintű élettani működésére és egészségi állapotára kifejtett hatását tanulmányozza.

A takarmányozás és a molekuláris genetika közötti kapcsolat kutatási eredményei a precíziós takarmányozásban is új távlatokat, szemléletet nyitnak.

Az egyes génekkel a genetikai, az összessel (beleértve azok kölcsönhatásait is) a genomika foglalkozik (Falus, 2019). A genomika lényege tehát, hogy nem egyes géneket, hanem a teljes genomot vizsgálja hálózatos összefüggéseiben, rendszerszinten. A kulcsszó: a

HÁLÓZAT

. Hiszen a biológiai rendszerek funkció és működészavaraik csak hálózatokban (komplex rendszerként kezelve) érthetők meg (Falus et al., 2006).

genom: egy szervezet - DNS formában tárolt - öröklődő információinak összessége (Falus et al., 2014)

6 1.1. Nutrigenetika, Nutrigenomika

Mi szabja meg sorsunkat:

a génekben kódolt tulajdonságok vagy az életkörülmények?

A nutrigenetika és nutrigenomika a gén - környezet kölcsönhatásának vizsgálatában a genetikai háttérre fókuszál, hogy hogyan befolyásolja a tápanyagok hatását, másrészt a tápanyagok hogyan befolyásolják a gének expresszióját.

Minden élőlény

genetikai öröksége adott

, a genomban kódolt információk jó része érvényre is jut (különböző tulajdonságok),

azonban számos esetben

^„csak”

a hajlam

^vagy

a fogékonyság van kódolva és a környezet

(pl. életmód)

az, amely manifesztálja

^.

A genetika és a táplálkozás vizsgálatának innovatív tudományterületeivel feltárható a táplálkozás befolyása az egyedi genetikai tulajdonságok szintjén, a gének működésén keresztül az anyagcsere folyamatokra.

1.ábra: A nutrigenomika és a nutrigenetika meghatározása (forrás: http://www.gemellihealthsystem.it/nutrigenetica-e-nutrigenomica/)

A nutrigenomika vagy táplálkozásgenomika a táplálékot alkotó összetevők és a genom közötti kapcsolatot vizsgálva feltárja a különböző táplálóanyagok hatását a szervezet szabályozó mechanizmusaiban, anyagcsere folyamataiban, összeségében a homeosztázis fenntartásában.

Prof. Falus András:

Genomika: a finomhangolás

tudománya https://mindentudas.hu/

7

A nutrigenetika vagy táplálkozásgenetika az egyének/egyes egyedek genetikai hátterében rejlő egyedi sokszínűséget vizsgálja, hogy hogyan befolyásolja az táplálóanyagok hatását.

A nutrigenetika, nutrigenomika tudományága segít meghatározni, hogy egyénenként kire hat kedvezően vagy kedvezőtlenül, vagy adott esetben kire nincs hatással egy élelmiszer, illetve táplálóanyag. A kutatások eredményei választ adnak arra, hogy a különböző étrendi megszorítások bizonyos embereknél miért nem működnek (Shenker-Horváth et al., 2017). Mindezek tükrében alapvető fontosságú az állati eredetű élelmiszerek minősége a humán táplálkozásban. Az agrárium és ezen belül a takarmányozás szerepe és felelőssége jelentős, mert a takarmányozás sokoldalú hatást gyakorol az állati eredetű élelmiszerek összetételére és ezáltal a táplálkozási értékére (Schmid et al., 2008).

1.2. Epigenetika, Epigenomika

Az informatika fejlődésével vált lehetővé az összes gén funkciójának egyidejű vizsgálata, kiegészítve a környezeti hatások elemzésével. Az epigenetika az örökítőanyag működésére ható környezeti tényezőket vizsgálja. Olyan jelenségeket kutat, amelyek hatására megváltozik az örökítőanyag genetikai sokféleséget létrehozó képessége, azonban ez a változás nem egy mutáció következménye.

A takarmányozás befolyásolja az állati eredetű termékek:

(Schmidt et al., 2008)

• zsírtartalmát

• energiatartalmát

• zsírsav-összetételét

• fehérjetartalmát

• vitamin-, és ásványi anyag összetételét

• színét

• ízét

• zamatát

• ipari feldolgozhatóságát

A változást indukáló tényezők (Táplálkozási Akadémia, 2017)

• az egyedfejlődést irányító faktor

• táplálkozással, étrenddel összefüggő faktor

• stressz

• alvásmennyiség

• fertőzés

• dohányzás

„epi” görög előtag jelentése: feletti, túl, mellett

8

Az epigenomika – a genom fölötti öröklés – részben átfedésben a nutrigenomikával, azt jelenti, hogy a külvilág hat a génmüködésre és jóllehet öröklődhet, nem hoz létre változást a gének bázissorrendjében. A kialakult változások a környezetnek kitett egyedeket érintik, de több esetben a terhes/vemhes anyát ért hatási is realizálódhat a magzatban (több nemzedéken át is öröklődhet) (Babinszky és Halas, 2019).

A környezeti hatások (táplálkozás, mozgás, mikrobiom, anyai és lelki hatás) három különböző, de egymással szorosan összefüggő mechanizmus (DNS-metiláció, hiszton fehérjék módosításai, nem kódoló RNS-ek) által befolyásolják a genetikai kódban tárolt információ megjelenését. Az egyik ilyen fontos környezeti hatás a táplálkozás. A szervezetbe jutott táplálóanyagok az ismert metabolikus hatás mellett epigenetikai utakon keresztül is hatnak a homeosztázisra, befolyásolva egyes gének működését.

2. Kitekintés a kutatási eredmények gyakorlati jelentőségébe

Az emésztőrendszer immunrendszer, ezért (is) fontos tudni, hogy a bél mikrobiomjának a táplálék alkotórészekre, a gyógyszerekre és a toxinokra adott válasza legalább akkora jelentőségű, mint a szöveti sejtek reakciója (Nicholson et al., 2005). A mikróbák egyúttal képesek módosítani a vegyületek szerkezetét, így azok metabolikus és élettani hatását is. Az esetek többségében tehát nem az szívódik fel, amit megettünk/megetettünk, hanem az emésztés, felbontás, fermentálás eredményeként keletkezett vegyületek.

A konjugált linolsavak (CLAs, conjugated linolenic acids) hatékony aktiválói a PPAR-eknek (Peroxiszóma Proliferáció Aktiválta Receptor) rákellenes hatásuk ezzel összefüggően bizonyított (egereken és patkányokon végzett kísérletekben – egyelőre). A tej, és tejtermékek és a marhahús (a kérődzők

„termékei”) az egyik leggazdagabb természetes CLA források. A konjugált linolsav különböző izomerjeinek jelenléte a tej- és tejtermékekben, a takarmányból származó többszörösen telítetlen zsírsavak biohidrogénezésének egyértelmű következménye (Harfoot és Hazlewood, 1997). A takarmányadag az összetételének változásán keresztül képes kifejteni hatását a tejzsír zsírsav-összetételére (Lock és Garnsworthy, 2003; Elgersma et al., 2004).

A hatást kifejtő főbb tényezők (Babinszky és Halas, 2019)

• sugárzás

• lipidperoxidáció

• mesterséges termékenyítés tápfolyadékának összetétele

• táplálék-összetevők

• gyógyszerek

• környeztet szennyező vegyületek

2006. évi orvosi Nobel-díj https://www.nobelprize.org/pri

zes/medicine/2006/summary/

a bélcsatorna mikrobapopulációja a mikrobiom

9

Tudományos közlemények százai vizsgálják az omega-3 (linolénsav) zsírsavakat több krónikus betegség (a psoriasis, a CVD, kognitív diszfunkciók) vonatkozásában. Az élelmiszer-előállító vállalkozások folyamatosan terveznek újabb és újabb funkcionális élelmiszereket, és így a jövőben lehetőségünk lesz arra, hogy omega-3 zsírsavakban gazdag sertéshúst és hústermékeket valamint omega-3 zsírsavakban gazdag tejet vásároljunk. Az omega-3 zsírsavban gazdag ún

. „Okos Tojást”

a tyúkok takarmányának módosításával állítják elő, és szakemberek szerint várható, hogy a tojás, mint funkcionális élelmiszer egyre nagyobb szerepet tölt majd be a jövőben (Vass et al., 2008).

A 2009. évi orvosi Nobel-díjat a

telomerák

^{és a}

telomeráz enzim

felfedezéséért és az ezekkel kapcsolatos úttörő kutatásokért három, Amerikában dolgozó tudós kapta megosztva. Az „

antiaging

” vagy

„

halhatatlanság enzimnek

” keresztelt telomeráz, a kutatások szerint, lehetővé teszi a sejtek folyamatos, károsodás nélküli osztódását. A kutatók szerint ez az enzim is szerepet játszik a rákos sejtek korlátlan osztódási képességének kialakulásában.

Nem régóta az is ismert, hogy bizonyos életmód- és

táplálkozásbeli változások

(Ornish-féle életmódváltozás), magatartásbeli, pszichológiai tényezők, valamint a telomera rövidülés között bizonyított kapcsolat létezik.

A többszörösen telítetlen zsírsavak hatása az élettani folyamatokban rendkívül összetett:

• közvetlenül befolyásolják a zsíranyagcserét

• beépülnek a sejtmembránok foszfolipidjeibe fenntartva azok funkcióját

• hormonszerű eikozanoidok prekurzorai (Mata et al., 1992; Antal és Gaál, 1998;

Barna, 2006)

• hatással vannak a szérum koleszterin- és LDL-szint csökkenésében

• befolyásolják a magzati és posztnatális kor agy és retina fejlődésében (Connor et al, 1992; Connor, 2000)

hivatkoznak szerepükre

• az autoimmun megbetegedések (Harbige, 1998; Simopoulus, 2002b)

• a Chron-betegség(Calder, 2006)

• a különböző daganatos elváltozások, magas vérnyomás (Mortensen et al., 1983;

Kris-Etherton et al., 2002)

• a reumás megbetegedések (Kremer, 2000)kutatásaiban

https://mbtt.hu

http://real.mtak.hu/77470 /

10 A nutrigenomika jövőbeli folytatása

• további biomarkerek keresése a tápláltsági állapot és a betegségek monitorozására

• célzott genotípust is figyelembe vevő, fajtára, vonalra, sőt egyedre szabott táplálóanyag-szükségleti ajánlások

• diéták kifejlesztése

• az öregedés lassítása

• jobb életminőség biztosítása hosszan tartó, krónikus betegségek esetén

11 Ellenőrző kérdések:

Mely „pontokon” kapcsolódik össze a molekuláris genetika és a takarmányozás?

Mi a különbség a nutrigenomika és a nutrigenetika között?

Mi az epigenomika lényege?

Önálló feladat:

Véleménye szerint mely humán-egészségügyi területeken a lehetne látványos és pozitív változásokat elérni egy megfelelően összeállított, állati eredetű élelmiszereket is tartalmazó étrenddel?

Referenciák:

Babinszky, L. –Halas, V. szerk. (2019): Innovatív takarmányozás. Akadémia Kiadó. Budapest.

Bíró, Gy. (2004): Új funkcionális alkotórészek – A rosszindulatú daganatok és az oxidatív degradáció. Édesipar.

50. 4. 137-146

Elgersma, A. – Allen, G. – Van Der Host, H. – Muuse, B.G. – Boer,H. – Tamminga, S. (2004): Quick changes in milk fat composition after transition from fresh grass to a silage diet and effects on consumer health benefits.

Animal Feed Science and Technology. 117. 1-2. 13-27

Falus, A. – Buzás,E. – Petrányi, Gy. (2006): Az immungenomika alapjai és jövője – Rendszerszemléletű biológia. Magyar tudomány. 3:313

Falus, A. – Marton, I. – Borbényi, E. – Tahy, Á. – Karádi, P. – Aradi, J. – Stauder, A. – Kopp, M. (2010): A 2009. évi orvois Nobel-díj és egy meglepő üzenete: az életmód befolyásolja a telomerázaktivitást. Orvosi Hetilap. 151. 965-970

Falus, A. – László, V. – Tóth, S. – Oberfrank, F. – Pap, E. – Szalai, Cs. (2014): Genetika és genomika. Typotex Kiadó. Budapest. ISBN 978 963 279 185 2

Falus, A. (2019): Genomika és informatika – egy „szerelmi házasság” története. Orvostudományi Értesítő. 92:

73-78

Gundel, J. (2006): Takarmányozás és élelmiszerminőség. Állattenyésztés és Takarmányozás. Különszám. 55:

5-14

Halas, V. (2017): Precíziós állattartás és takarmányozás. Állattenyésztés és Takarmányozás. 66: 1. 24- 43Harfoot, C.G. – Hazlewood, G.P. (1997): Lipid metabolism in the rumen. In: The rumen microbial ecosystem. Szerk: HOBSON, P.N. – STEWART, D.S., Chapman &Hall, London. 719

Lock, A.L. – Garnsworthy, P.C. (2003): Seasonal variation in milk conjugated linoleic acid and Δ-9 desaturase ativity in dairy cows. Livestock Production Science. 79. 1. 47-59

Janssens, A.C. – Gwinn, M. – Bradley, L.A. – Oostra, B.A. – vanDuijn, C.M. – Khoury, M.J. (2008): A critial appraisal of the scientific basis of commercial genomic profiles used to assess healts risks and personalize health interventions. American Journa of Human Genetics. 82: 593-599

Nicholson, J.K. – Holmes, E. – Wilson, I.D. (2005): Gut microorganisma, mammalian metabolism and personalized health care. Nature Reviews Microbology. 3: 431-438

Schmidt, J. – Perédi, J. – Tóth, T. – Zsédely, E. (2008): A takarmányozás hatása az állati eredetű élelmiszerek összetételére és minőségére. 7-49

Shenker-Horváth, K. – Répási, E. – Kapitány, Zs. – Nagy, Zs.B. (2017): Nutrigenomika és nutrigenetika alkalmazásának sportdietetikai vonatkozású lehetőségei. Új Diéta. 1: 20-23

Simopoulus, A.P. (1991): Omega-3 fatty acids in health and disease and in growth and development. The American Journal of Clinical Nutrition. 54. 3. 438-463

Simopoulus, A.P. (2002a): The importance of the ratio of omega-6/omega-3 essential fatty acids. Biomedicine

& Pharmacotherapy. 56. 8. 365-379

Simopoulus, A.P. (2002b): Omega-3 fatty acids in inflammation and autoimmune diseases. Journal of the American College of Nutrition. 21. 6. 495-505

Simopoulus, A.P. (2008): The importance of the omega-6/omega-3 fatty acid ratio in cardiocascular disease and other chronic diseases. Experimental Biology and Medicine. 233. 6. 674-688

Szente, V. – Szakály, Z. (2005): Ökotej-termelés és –fogyasztás a táplálkozástudományi kutatások tükrében.

Élelmiszer, Táplálkozás, és Marketing. 1-2. 21-27

Táplálkozási Akadémia (2017): A táplálkozás és a genetika találkozása, avagy a nutrigenomika és a nutrigenetika tudománya. 10.8.

12

Vass, N. – Czeglédi, L. – Jávor, A. (2008): Az állati eredetű funkcionális élelmiszerek jelentősége a humán táplálkozásban. A jövő élelmiszerei és az egészség. Debreceni Egyetem Agrár- és Műszaki Tudományok Centruma. Debrecen. 49-66

Internetes források:

https://mindentudas.hu/

http://www.gemellihealthsystem.it/nutrigenetica-e-nutrigenomica https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2006/summary/

https://mbtt.hu

http://real.mtak.hu/77470