PN-III-P4-PCE-2021-0992

Proiect PCE40

Titlul proiectului: Evaluarea eficienței unor subproduse agro-industriale cu matrici complexe de compuși bioactivi de a înlocui ZnO ; de la in vitro la in vivo

Acronim: Zinc-botanicals

Unitatea Finantatoare: Unitatea Executivă pentru Finanțarea Învățământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării și Inovării (UEFISCDI)

Codul proiectului: PN-III-P4-PCE-2021-0992

Rezumatul proiectului:

    Importanța oxidului de zinc în controlul diareei a crescut după interzicerea utilizarii antibioticelor in hrana animală (2006). Dar, din cauza impactului negativ pe care zincul îl poate avea asupra mediului, UE a propus retragerea premixurilor de interventie cu ZnO până în 2023. Soluții alternative sunt necesare. În acest context, obiectivul proiectului este de a investiga potentialul unor compusi cu activitate bactericidă și anti-inflamatoare derivati din subproduse oleaginoase, (muștar) de a înlocui oxidul de zinc prin reducerea inflamației intestinale, diareei și a stresului oxidativ la purcei după înțărcare. Proiectul include trei etape și 21 activități experimentale. Faza 1 se va concentra pe obținerea și caracterizarea analitică a maricei de compuși cu proprietăți bioactive recunoscute a unor subproduse din muștar puțin investigate la porc. Faza 2 va include studii in vitro pe culturi de celule și ex-vivo (explant), în care eficacitatea de a înlocui ZnO a subproduselor din muștar va fi investigată intr-un micro-system celular. Faza a -3 a va include studii in vivo. Experimentele vor fi realizate pe purcei dupa intarcare in care se va investiga activitatea compusilor bioactivi din muștar comparativ cu ZnO. Rezultatele vor contribui la: i) dezvoltarea unei noi formule nutritive eficiente în reducerea crizei de intarcare; (ii) exploatarea subproduselor din muștar ca un nou agent natural de înlocuire a ZnO (iii) înțelegerea mecanismelor de acțiune a compușilor bioactivi.

Obiectivul proiectului:

    Obiectivul prezentului proiect este de a dezvolta un produs furajer cu potențial antimicrobian, incluzând srot de semințe de muștar, subprodus al industriei uleiului și de a testa capacitatea lui de a înlocui oxidul de zinc folosit pentru combaterea infecțiilor microbiene la animalele de fermă, care va fi interzis din 2023 în UE. Va fi investigată capacitatea compușilor bioactivi din șrotul de muștar de a reduce inflamația intestinală tranzitorie și stresul oxidativ la purcei in perioada de înțărcare.

Rezultate estimate :

    Următoarele rezultate sunt așteptate în urma derulării proiectului: (i) formulă nouă nutrițională de nutreț combinat eficientă în reducerea inflamației intestinale tranzitorii, diareei și stresului oxidativ la purcei după înțărcare, obținută prin utilizarea șrotului de semințe de muștar ; (ii) Raport analitic privind caracterizarea compoziției srotului de semințe de muștar și a nutretului combinat incluzând subprodusul (compoziție brută, compuși bioactivi); (iii) Raport de cercetare cu rezultatele studiilor in vitro pe co-culturi de celule și explanturi în care se va investiga potențialul extractului de semințe de muștar de a înlocui oxidul de zinc în scopul reducerii inflamației și de a modula răspunsul imun celular; (iv) Raport științific holistic despre capacitatea in vivo a nutrețului combinat incluzând șrot de semințe de muștar de a înlocui oxidul de zinc la porc (performanțe, sănătatea animalelor, răspuns imun, hepatic și stres oxidativ).

 

ECHIPA DE CERCETARE

Ionelia Țăranu, coordonator proiect

Daniela Eliza Marin, membru în echipa proiectului

Gina Cecilia Pistol, membru în echipa proiectului

Valeria Cristina Bulgaru (Procudin), membru în echipa proiectului

Iulian Alexandru Grosu, membru în echipa proiectului

Ana-Maria Perțea, membru în echipa proiectului

Andrei-Cristian Anghel, membru în echipa proiectului

    Etapa 1/2022 a avut drept scop achiziționarea șrotului de muștar și caracterizarea biochimică a acestuia. Șrotul de muștar a fost achiziționat din cinci surse diferite; analizele efectuate au demonstrat că toate probele de șrot de muștar au o concentrație proteică peste 30%. șrotul de muștar are aceeași concentrație de Ca și P, indiferent de proveniența șrotului. Analiza concentrației în micro-minerale (Fe, Cu, Mn si Zn) foarte importante pentru dezvoltarea unui răspuns imun rapid și adecvat a arătat că șrotul de muștar 2-E-PROD are cea mai mare concentrație de Fe (179,08 ppm), în timp ce pentru Mn și Zn nu s-au înregistrat diferențe semnificative între cele 5 șroturi de muștar analizate.

    Concentrația în polifenoli a variat între 9,89-22,73 mg GAE/g probă. În toate probele de extract de muștar, indiferent de proveniența lor, catechina este flavonoidul cu concentrația cea mai mare. Dintre acizii fenolici, extractele de șrot de muștar 2-E-PROD, Plafar și Valahia au un conținut mare de acid vanilinic, iar cele de șrot de muștar Polonia și Moldova au un conținut mare de acid cafeic. Totodată, probele de șrot de muștar Polonia și Moldova au cel mai mare conținut total în acizi organici (peste 2g/100g). Acest lucru este datorat concentrațiilor crescute de acid succinic și malic din aceste probe. Toate probele de șrot de muștar analizate au un conținut mare de glucoză (între 3,5-4,5 g/100g). De asemenea, extractele de șrot de muștar conțin în proporții diferite fructoză, maltoză și sucroză. În ceea ce privește analiza conținutului de glucozinolați, cel mai redus conținut de glucozinolați intacți totali a fost identificat în probele de șrot de muștar Polonia și Moldova (3,05 și 3,21 mg glucozinolați intacți totali/g).

    În schimb, analiza cromatografică a pus în evidență o concentrație mare de acizi grași polinesaturați în toate șroturile de muștar analizate (cuprinsă între 35,76% și 45,74%). Cea mai importantă concentrație este înregistrată pentru acidul oleic cis (omega-9) (între 25,83 și 46,25 %), urmat de acidul linoleic cis (omega-6), (între 15,23 și 34,80 %), si acidul linolenic (omega-3), (între 7,32 și 12,96 %). Șrotul de muștar conține de asemenea acizi grași saturați (SFA) dintre care mai importanți sunt acidul palmitic (C16:0), (între 5,63 și 6,51 %)si stearic (C18:0), (între 1,35 și 2,78 %).

    Testul de determinare a efectelor extractelor de șrot de muștar asupra viabilității celulare (testul MTT) a demonstrat că concentrațiile de 25µg și chiar cele de 50 µg din extractele testate nu afectează negativ viabilității celulelor, putând fi utilizate în experimentele viitoare pe culturi celulare și în experimentele ex vivo, pe explanturi intestinale

 

  ETAPA 2: Studii experimentale in vitro pentru investigarea capacității subproduselor de muștar ca înlocuitor de ZnO

  Studiile in vitro și ex vivo din Etapa 2 au avut ca scop evaluarea capacității compușilor bioactivi dintr-un extract de muștar obținut din subproduse de muștar (șrot) de a înlocui oxidul de zinc care se folosește în practica zootehnică ca premix medicinal (concentrații mari) pentru contracararea efectelor negative produse de patogeni la purcei după înțărcare și a cărei utilizare va fi interzisă din 2023. Investigațiile au fost realizate folosind două tehnici de complexitate complementară: 1) cultivarea celulelor intestinale aderente într-un microsistem care imită bariera intestinală, pe inserturi/filtre cu membrană de policarbonat care permite polarizarea celuleor (un pol apical către lumenul intestinal si un pol bazal către lamina propria) și 2) cultivarea organotipică ex vivo a unor fragmente de țesut intestinal (explante) pentru un răspuns mai complex care depășește limitele sistemului cu inserturi și în care celulele se regăsesc într-o matrice extracelulară care imită cu mai mare exactitate condițiile in vivo.

  Testele analitice au confirmat că bariera intestinală (epiteliul intestinal) și funcțiile intestinale sunt rapid afectate în mai puțin de 6 ore de la expunerea celulelor intestinale și fragmentelor de intestin (jejun) la endotoxina bacterienă E. coli-LPS. LPS provoacă deteriorarea membranelor celulare, induce stres oxidativ, eliberarea de specii reactive de oxigen (ROS) și monoxid de azot (NO) crescând semnificativ. LPS afectează de asemenea răspunsul inflamator prin creșterea sintezei de citokine pro-inflamatoare, induce apoptoză și depolarizarea membranelor mitocondriale, precum și supra-exprimarea genelor codante pentru receptorii Toll-like, (primii care intră în contact cu patogenii). Atât extractul de muștar cât și ZnO au fost eficiente în contracararea toxicității induse de LPS. Rezultatele obținute sugerează că extractul din șrot de muștar poate înlocui ZnO datorită compușilor bioactivi pe care îi conține precum polifenoli, acizi grași polinesaturați (PUFA omega-9, -6, -3), microelemente minerale (Cu, Zn, Mn, Fe), carbohidrați etc, cunoscute pentru activitatea lor antimicrobiană și de stimulare a imunității.

  Livrabile realizate/indicatori de rezultat:

  • Raport de cercetare științific privind răspunsurile celulare la extractul de șrot de muștar și ZnO în celulele intestinale;
  • Date științifice privind modificările răspunsului imun și inflamator la nivel genetic și proteic;
  • Lucrări științifice publicate în reviste ISI și BDI; au fost publicate:

 2 articole ISI:

  • Anghel A., Ionelia Țăranu, Onțanu A. 2023. Optimizing microwave-assisted extraction of polyphenols from mustard seed meal. Pharmacia,
  • Daniela Eliza Marin, Andrei Cristian Anghel, Cristina Valeria Bulgaru, Iulian Grosu,

Gina Cecilia Pistol, Ana Elena Cismileanu și Ionelia Taranu. 2022. The Use of Agro- Industrial Waste Rich in Omega-3 PUFA during the Weaning Stress Improves the Gut Health of Weaned Piglets.

1 articol BDI:

Anghel A, Țăranu I. 2023. Antimicrobial potential of polyphenols obtained from agro-industrial by-products. Archiva Zootechnica 26:2, 96-115. DOI: 10.2478/azibna-2023-0017.

1 articol de popularizare:

Țăranu I. 2023. Utilizarea srotului de mustar ca inlocuitor al premixului de interventie cu oxid de zinc. Lumea Satului.

  Diseminarea rezultatelor:  

  Rezultatele obținute în etapa a 2 a proiectului au fost prezentate la 2 conferințe internaționale:

  • Multidisciplinary Conference on Sustainable Development, University Of Life Sciences ”King Mihai I”, Timisoara, 25-26 May 2023;
  • Regional Conference of European Federation of Animal Science, (EAAP) Nitra, Slovacia, 26-28 April 2023;

1 emisiune radio la Antena Satelor

  • Emisiune radio Antena Satelor. Înlocuirea oxidului de zinc cu suproduse agro-industrile bogate în compuși bioativi (șrot de muștar).

PREVIOUS

PN-III-P2-2.1-PED-2021-1989

NEXT

PN-III-P4-PCE-2021-0889