Effekte einer neonatalen Glutamin-Supplementierung auf die Wechselwirkung zwischen Darmepithel, Mitochondrien und Mikrobiota und ihre Bedeutung für die Entwicklung von Ferkeln mit niedrigem Geburtsgewicht

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Cornelia C. Metges; Professor Dr. Jürgen Zentek
• Fachliche Zuordnung: Tierzucht, Tierernährung, Tierhaltung
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 396713213

• Erstellungsjahr: 2022

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Sterblichkeit bis zum Absetzen kann bei Saugferkeln bis zu 35 % betragen. Wir untersuchten, ob eine orale Supplementierung mit der darmunterstützenden Aminosäure Glutamin (Gln) bei männlichen neonatalen Ferkeln mit niedrigem und normalem (N) Geburtsgewicht (L) in den ersten 12 Lebenstagen im Vergleich zu einer Alanin (Ala)-Supplementierung positive Auswirkungen auf das Wachstum, den Stoffwechsel, den Darm, seine Mitochondrien und die Magen-Darm-Mikroorganismen hat und ob diese Auswirkungen bis nach dem Absetzen von der Sau anhalten. Die L-Ferkel hatten ein Geburtsgewicht von 1,1 gegenüber 1,5 kg in der N-Gruppe. Zwischen dem 10. und 12. Lebenstag waren die Gln-L-Ferkel schwerer und länger als die Ferkel der Ala-L-Kontrollgruppe. Der positive Effekt der Gln-Supplementierung auf das Körpergewicht hielt bis zum 21. Lebenstag an, obwohl die orale Gln-Gabe am 12. Lebenstag beendet wurde. Bei den N-Ferkeln wurde kein Gln-Effekt auf Körpergewichtund länge festgestellt. Die Gln-L-Ferkelgruppe zeigte eine höhere Milchaufnahme (11.-12. Lebenstag) als die Ala-L-Ferkel. Akute Auswirkungen der Gln-Supplementierung wurden im Lipidstoffwechsel der L-Ferkel festgestellt. Die Konzentrationen von Ala im Vergleich zu Gln im Mageninhalt und im Zwölffingerdarmgewebe waren etwa 2-mal höher. Dies deutet darauf hin, dass Gln und Ala im Zwölffingerdarm proportional zu ihrer Aufnahmemenge absorbiert wurden. Abgesehen von der erhöhten Gln-Konzentration im Leerdarm-Gewebe bei Gln-N-Ferkeln hatte die Gln-Supplementierung keinen Einfluß auf das Wachstum des Gewebes und dessen Proteinsynthese, den Aminosäurekonzentrationen, der Häufigkeit von Genen, die am Aminosäure-Transport und -Stoffwechsel beteiligt sind, der Glutathion-Synthese oder den Auswirkungen auf die Moleküle des Zitratzyklus und das mitochondriale Transmembranpotenzial im Leerdarm. Die Supplementierung mit Gln hatte schwache positive Auswirkungen auf die Länge und Tiefe von Darmzotten- krypten sowie auf die Mikroorganismen im Darm und ihre Stoffwechselprodukte. Nach dem Ende der Gln- Supplementierung konnten keine anhaltenden Auswirkungen auf diese Parameter beobachtet werden. Während der frühen Absetzphase zeigten die Gln L-Ferkel Anzeichen von weniger Stress beim Absetzen von der Muttersau. Ferkel mit einem niedrigen (L) Geburtsgewicht profitierten von Gln durch besseres Wachstums im Gegensatz zu Ferkeln mit normalem (N) Geburtsgewicht. Unerwartet war, dass ein gewisser Übertragungseffekt der Gln-Supplementierung bis zu 9 Tage nach Beendigung der Gln- Supplementierung auftrat. Dies wurde in den beiden früheren Studien, in denen Ferkeln die gleiche Gln- und Ala-Dosis verabreicht wurde wie in unserer Studie, nicht beobachtet. Im Gegensatz zu früheren Berichten war die Milchaufnahme von Ferkeln mit niedrigem Geburtsgewicht, die mit Gln supplementiert wurden, im Alter von 11-12 Tagen höher als bei den mit Ala supplementierten L-Ferkeln, und sie war bei Gln-N-Ferkeln tendenziell höher als bei Ala-N-Ferkeln. Überraschenderweise schien die Gln-Supplementierung in unserer Studie die Triglycerid-Konzentrationen in Plasma und Leber von 5 Tage alten L-Ferkeln zu normalisieren. Die Gln-Supplementierung hatte keine oder nur sehr geringe Auswirkungen auf das Gewebewachstum, die Zottenhöhe und Kryptentiefe, die Proteinsynthese, die mit dem Gln- und Glutathion-Stoffwechsel assoziierten Genhäufigkeiten, die Mitochondrien und die Mikroorganismen im Leerdarm. Dies steht im Gegensatz zu unseren Erwartungen und deutet darauf hin, dass eine Wirkung von Gln nur im proximalen Dünndarmlumen zu beobachten sein könnte, wofür wir bereits erste Hinweise haben.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Effects of Oral Glutamine Supplementation on Early Postnatal Muscle Morphology in Low and Normal Birth Weight Piglets. Animals, 10(11), 1976.
  Zhao, Yaolu; Albrecht, Elke; Sciascia, Quentin L.; Li, Zeyang; Görs, Solvig; Schregel, Johannes; Metges, Cornelia C. & Maak, Steffen
  
• Distinct Roles of Perilipins in the Intramuscular Deposition of Lipids in Glutamine-Supplemented, Low-, and Normal-Birth-Weight Piglets. Frontiers in Veterinary Science, 8.
  Zhao, Yaolu; Albrecht, Elke; Li, Zeyang; Schregel, Johannes; Sciascia, Quentin L.; Metges, Cornelia C. & Maak, Steffen
  
• Glutamine supplementation stimulates cell proliferation in skeletal muscle and cultivated myogenic cells of low birth weight piglets. Scientific Reports, 11(1).
  Zhao, Yaolu; Albrecht, Elke; Stange, Katja; Li, Zeyang; Schregel, Johannes; Sciascia, Quentin L.; Metges, Cornelia C. & Maak, Steffen
  
• Effects of oral glutamine supplementation on jejunal morphology, development, and amino acid profiles in male low birth weight suckling piglets. PLOS ONE, 17(4), e0267357.
  Schregel, Johannes; Schulze, Holthausen Johannes; Sciascia, Quentin L.; Li, Zeyang; Görs, Solvig; Eggert, Anja; Tuchscherer, Armin; Zentek, Jürgen & Metges, Cornelia C.
  
• Glutamine supplementation moderately affects growth, plasma metabolite and free amino acid patterns in neonatal low birth weight piglets. British Journal of Nutrition, 128(12), 2330-2340.
  Li, Zeyang; Sciascia, Quentin L.; Görs, Solvig; Nguyen, Nga; Rayatdoost, Baghal Farahnaz; Schregel, Johannes; Tuchscherer, Armin; Zentek, Jürgen & Metges, Cornelia C.