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.

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

Proiectul PCE40 a avut un impact economic important prin abordarea și implementarea principiilor bioecnomiei circulare prin: (i) obținerea de noi formule de furaje îmbogățite în molecule cu efect bactericid, eficiente în reducerea inflamației intestinale tranzitorii cauzată de criza de înțărcare la purcei , furaje care vor contribui la creșterea inovării și productivității fermelor zoothenice; (ii) noul produs furajer obținut în , este o alternativă viabilă la oxidul de zinc (ZnO) interzis din 2023 prin reducerea impactului asupra mediului.

Folosind un model de contaminare experimentală cu E.coli-LPS, proiectul a investigat potențialul antibacterian al compușilor bioactivi din subproduse de muștar ca o soluție alternativă nutrițională de înlocuire a oxidului de zinc folosit ca premix medicinal de intervenție în concentrație mare în hrana purceilor după înțărcare, interzis din 2023.

Rezultatele studiilor in vitro și ex vivo au demonstrat că endotoxina LPS nu este doar un promotor distinct al inflamației, ci are și un efect pronunțat asupra epiteliului intestinal și funcțiilor sale de barieră, cum ar fi reînnoirea celulară, integritatea și permeabilitatea.

-E.coli-LPS a scăzut proliferarea celulară, a crescut apoptoza și arestul celulelor în faza G0/G1 a ciclului celular.

-LPS a modificat permeabilitatea epiteliului prin scăderea rezistenței electrice transepiteliale (TEER) și a expresiei proteinelor de joncțiune și prin creșterea activității lactatdehidrogenazei (LDH), marker al deteriorării membranelor celulare.

-LPS a exacerbat expresia receptorilor Toll like, markeri ai raspunsului imun înnăscut, primele molecule care reacționează la infecțiile bacteriene.

-Mecanismul prin care LPS induce toate aceste efecte negative la nivel celular a implicat molecule de semnalizare ca proteinkinazele PKC (A și B) și p38 MAPK și Factorul de transcriere nucleara -kB (NF-kB) care au fost supraexprimate.

-LPS a indus o creștere semnificativă a răspunsului inflamator (o creștere semnificatvă a citokinelor pro-inflamatoare) și asociat inflamației a sintezei de NO în explantele intestinale validând rezultatele obținute în co-culturile celulare.

Extractul derivat din șrot de semințe de muștar este o matrice complexă bogată în compuși bioactivi care este capabilă să suprime acțiunea LPS. Nu au existat diferențe semnificative între extractul de șrot de muștar și ZnO, ceea ce sugerează că șrotul de muștar ar putea fi o sursă alternativă viabilă care înlocuiește utilizarea ZnO în furaj sau a altor antimicrobiene (antibiotice etc.), acest lucru fiind confirmat prin experimentele in vivo.

Rezultatele studiilor in vivo au confirmat rezultatele in vitro demonstrând că E.coli-LPS este un inductor al inflamației la nivel intestinal afectând expresia genică și sinteza de citokine pro-inflamatoare și a altor molecule asociate, atât în jejun (83% din totalul genelor analizate), cât și în colon (61% din totalul genelor analizate).

-Expunerea de scurtă durată la E. coli-LPS nu a afectat performanțele purceilor.

-Starea generală de sănătate nu a fost afectată, dar nivelul transaminazelor: alaninaminotransferaza (ALAT) și aspartataminotransferaza (ASAT) au crescute in cazul purceilor care au fost expuși la contaminarea cu LPS comparativ cu cei din lotul Control.

- Tratamentul cu LPS a indus o creștere a concentrațiilor de imunoglobuline IgA si IgM in plasma purceilor inoculați cu LPS, indicand o activare a raspunsului imun pentru a contracara efectele endotoxinei bacteriene. Hrănirea cu furaj cu șrot de muștar sau ZnO a reechilibrat concentrația imunoglobulinelor.

-Ca și în in vitro LPS a indus o creștere a sintezei de NO și de radicali liberi în plasma purceilor expuși la endotoxina bacteriană, contracarată de furajul cu șrot de muștar și oxid de zinc.

Rezultatele in vivo au arătat că șrotul de muștar are potențialul de a reduce inflamația și stresul oxidativ indus de LPS la purcei după înțărcare. Aceste rezultate sugerează că subprodusul din muștar (șrot) este o sursă promițătoare în contracararea efectului dăunător al toxinelor bacteriene.

Indicatorilor de rezultat realizaţi

Articole ISI:

Ionelia Taranu, Valeria Cristina Bulgaru, Gina Cecilia Pistol, Mihai Alexandru Gras, Ana-Maria Ciupitu, Iulian Alexandru Grosu, Daniela Eliza Marin. Extract derived from mustard meal by-product an adequate alternative to zinc oxide in alleviating the negative effect induced by E. coli-LPS on epithelial intestinal barrier. Articol submis in International Journal of Molecular Sciences 2024, Manuscript ID: ijms-3352315.
Iulian Alexandru Grosu, Gina Cecilia Pistol, Daniela Eliza Marin, Ionelia Taranu. The Potential of Mustard Seed Meal to Alleviate LPS-Induced Microbial Shifts in Weaned Piglets. Articol accepted in Agriculture, 2024, Manuscript ID: agriculture-3337008.
Andrei Cristian Anghel, Ionelia Taranu, Alina Ontanu. Optimizing microwave-assisted extraction of polyphenols from mustard seed meal. Pharmacia 71(6), 1174-1180, https://doi.org/10.31925/farmacia.2023.6.7.
Andrei Cristian Anghel, Ionelia Țăranu, Alina Orțan, Narcisa Elena Băbeanu. Antimicrobial activity of mustard seed meal polyphenols. Articol submis in Scientific papers, series D, Animal Science, 2024.

Articole BDI:

Andrei Cristian Anghel, Ionelia Taranu. Antimicrobial potential of polyphenols obtained from agro-industrial by-products. Archiva Zootechnica-26(2), 96-115, 2023 DOI: 10.2478/azibna-2023-0017.

Conferinte:

Prezentari orale:

Gina Cecilia Pistol, Valeria Cristina Bulgaru, Iulian Alexandru Grosu and Ionelia Țăranu. The Modulation of Intestinal Inflammation by a Mustard By-Product in E. Coli-Lypopolysaccharide – Challenged Weaned Piglets. Prezentare orala. Life Sciences – Today for Tomorrow International Congress, Iasi, Romania, October 24-25, 2024.
Andrei Cristian Anghel, Ionelia TARANU, Alina ORTAN Optimizing microwave-assisted extraction of polyphenols from mustard seed meal. Prezentare orala. 17th International symposium of animal biology and nutrition, Balotesti, Romania, 29 septembrie 2023.

Poster:

Ionelia Taranu, Valeria Cristina Bulgaru, Andrei Cristian Anghel, Gina Cecilia Pistol, Alexandra Oancea. Investigating the potential of mustard seed as an alternative source of bioactive compounds in feed for piglets. Poster. Regional Conference of European Federation of Animal Science, EAAP, Nitra, Slovacia,26-28 aprilie 2024
Ionelia Taranu, Gina Cecilia Pistol, Valeria Cristina Bulgaru, Daniela Eliza Marin. Assessing the capacity of mustard by-product to replace medicinal zinc oxide in co-culture cells. Poster. Multidisciplinary Conference on Sustainable Development Section: Animal Resources Bioengineering, Timisoara, Romania, 25-26 mai 2023
Daniela Eliza Marin, Ionelia Taranu, Valeria Cristina, Andrei Cristian Anghel, Ana Cismileanu. Study concerning the potential use of vegetable waste during the weaning stress in order to improve the gut health of weaned piglets. Poster. 14th European Nutrition Conference FENS 2023 Belgrad, Serbia, 14-17 noiembrie 2023
Ionelia TARANU, Gina PISTOL, Cristina BULGARU, Iulian GROSU, Ana Maria PERTEA, Daniela MARIN. Ex vivo study on pig jejunum explants exposed to E. coli-LPS and hydrogen peroxide to evaluate the alleviating effect of a mustard by-product extract used as an alternative to medicinal zinc oxide. Poster. 2^nd EAAP Regional Meeting, Nicosia, Cyprus, 24th - 26th April 2024.
Iulian Alexandru Grosu, Gina Pistol, Daniela Marin, Ionelia Taranu. The effects of a diet containing mustard seeds meal on the microbiota in post-weaning piglets. Poster. Multidisciplinary Conference on Sustainable Development, Timisoara, Romania, 30-31 May 2024
Ionelia Taranu, Gina Cecilia Pistol, Daniela Marin, Cristina Bulgaru, Ana-Maria Perțea. Nutritional solutions adapted to the circular bioeconomy to counteract inflammation in piglets after weaning by using mustard seed as a replacer of zinc oxide. Poster. 12^th International Conference Agriculture & Food - Burgas, Bulgaria, 12-15 August 2024
Ionelia Țăranu, Gina Cecilia Pistol, Cristina Procudin, Iulian Alexandru Grosu, Ana-Maria Ciupitu and Daniela Marin. Polyphenolic extract derived from mustard meal by-product an adequate alternative to zinc oxide in alleviating the negative effect induced by E.coli LPS on epithelial intestinal barrier. Poster. Life Sciences – Today for Tomorrow International Congress, Iasi, Romania, October 24-25, 2024
Mihail Alexandru Gras, Gina Cecilia Pistol, Iulian Alexandru Grosu and Ionelia Țăranu. Mustard by-product prevented the e coli lipopolysaccharide - induced oxidative stress in piglets after weaning. Poster. Life Sciences – Today for Tomorrow International Congress, Iasi, Romania, October 24-25, 2024.

Articole de popularizare

compozitia în compuși bioactivi a șrotului de muștar: diseminare rezultate privind compozitia în compuși bioactivi a șrotului de muștar și utilizarea la animale de fermă

Autori: Ionelia Taranu

Emisiune radio Antena Satelor