Aceites derivados de una planta transgénica como potenciales sustitutos del aceite de pescado en los alimentos del salmón

Síntesis

El uso de altos niveles de aceite de pescado marino en los alimentos de mar es una práctica no sustentable. Sin embargo, las fuentes de aceite más sustentables provenientes de las plantas terrestres no contienen los ácidos grasos poliinsaturados de cadena prolongada (LC-PUFA). En consecuencia, los alimentos a base de aceite vegetal convencional reducen los niveles de omega-3 (n-3) LC-PUFA en los peces de cultivo. Por este motivo, la industria acuícola requiere desesperadamente de nuevas fuentes sustentables de aceite que contengan altos niveles de n-3 LCPUFA para poder satisfacer la creciente demanda de pescado pero a su vez mantener la alta calidad nutricional del producto de cultivo. Una propuesta para el suministro renovable de n-3 LPUFA es el cultivo de semillas oleaginosas de la ingeniería metabólica con la capacidad de sintetizar estos ácidos grasos esenciales en las semillas. En el presente estudio, la semilla oleaginosa Camelina sativa fue transformada con genes de algas codificando la vía n-3 de la biosíntesis y la expresión restringida a las semillas a través de promotores específicos de la semilla para producir un aceite que contiene> 20% de ácido eicosapentaenoico (EPA; 20: 5 n-3). Este aceite fue investigado como un reemplazo del aceite marino de pescado para el post-smolt del salmón del Atlántico.

Introducción

Los alimentos de acuicultura tradicionalmente contienen altos niveles de aceite de pescado (FO) y harina de pescado (FM) en sus formulaciones a fin de satisfacer los requerimientos nutricionales de pescado. Sin embargo, esto es una práctica no sustentable debido a que la demanda de recursos marinos aumenta continuamente, de manera que los requerimientos de alimentos acuícolas excedieron la oferta global de FO (Tacon and Metian, 2008). Actualmente, la alternativa principal para sustituir el FO es una gama de aceites extraídos de las plantas terrestres que no contienen los ácidos grasos poliinsaturados de cadena larga (LC-PUFA) (Turchini et al., 2010). En consecuencia, los alimentos basados en aceites vegetales (VO) convencionales, reducen los niveles de n-3 LC-PUFA en el pez de cultivo, debido a que la mayoría de las especies de cultivo carecen o tienen poca capacidad de sintetizar LC-PUFA (Tocher et al., 2003). Por lo tanto, sustituir las fuentes de aceites marinos por fuentes de aceite terrestres, resulta en productos terminados que carecen del beneficio de salud del omega-3 (n-3) contenido en los aceites de pescado. Existe una plétora de evidencia indicando el rol crucial del n-3 LC-PUFA en la dieta, tales como el ácido eicosapentaenoico (EPA; 20: 5 n-3) y el ácido docosahexaenoico (DHA; 22: 6 n-3), reduciendo el riesgo de enfermedades cardiovasculares y las condiciones relacionadas tales como el síndrome metabólico que es un indicador clínico de progreso de patologías como la diabetes tipo 2 y de la obesidad en los humanos (Calder y Yagoob, 2010).

Por este motivo, la industria acuícola requiere de fuentes de aceites con altos contenidos de n-3 LC-PUFA a fin de abastecer la creciente demanda de pescado y de alimentos marinos, manteniendo al mismo tiempo una alta calidad nutricional de los productos de cultivo. Actualmente, una de las propuestas para el abastecimiento de n-3 LC-PUFA es la ingeniería metabólica en el cultivo de oleaginosas que tienen la capacidad de sintetizar estos ácidos grasos fundamentales en las semillas (Sayanova and Napier, 2011). En el presente estudio, la semilla oleaginosa Camelina sativa fue transformada con genes de algas codificando el acceso biosintético y la expresión restringida de la semilla para producir un aceite que contiene > 20% EPA (Ruiz-Lopez et al., 2014). Este aceite fue investigado como un reemplazo de los aceites marinos en los alimentos del post-smolt del Atlántico en términos de desempeño del pez, la digestibilidad del pez y los perfiles de ácidos grasos del tejido.

Materiales y Métodos:

Se formularon tres dietas isonitrogenadas e isoenergéticas para satisfacer los requerimientos nutricionales de los salmónidos (NRC, 2011) (Tabla 1) y fueron manufacturadas en BioMar Tech Centre (Brande, Dinamarca). Los tres alimentos fueron producidos mediante deposición al vacío cubriendo los pellets basales secos y extruidos con aceite de pescado (FO), aceite silvestre de Camelina (WCO) o aceite de EPA-Camelina (ECO) y fueron nombrados según los aceites que se utilizaron. Como fuente principal de proteína se utilizó harina de pescado sin desgrasar y se agregó óxido de itrio como marcador inerte para calcular la digestibilidad de los lípidos y de los ácidos grasos.

Un total de 405 post-smolt de salmón del Atlántico con un peso promedio de 82.5 ± 8.1 g fueron distribuidos en 9 estanques con agua de mar (45 por estanque) y fueron alimentados con uno de los tres alimentos experimentales tres veces durante 7 semanas. Previo al comienzo del periodo experimental, los peces fueron alimentados con la dieta WCO durante los 7 días del periodo de aclimatación. El Sistema experimental comprende estanques de 500 L, abastecidos de agua de mar por el Sistema de flujo continuo a temperatura de ambiente (aprox. 10.2 °C). Los alimentos experimentales fueron suministrados en exceso a través de discos de alimentación con un Sistema recolector de desperdicios automático a fin de determinar la eficiencia exacta del alimento.

Los peces fueron eutanizados por la sobredosis de anestésico, el peso, el tamaño y los parámetros biométricos determinados. Toda la carne de pescado (calidad de corte Noruego; NQC) y el hígado de 9 pescados por tratamiento, fue recogida para la composición proximal y para las composiciones de los lípidos del tejido y de los ácidos grasos, respetivamente. Además, se recogieron muestras de heces de 12 pescados de cada estanque elegidos al azar y las muestras combinadas por estanque.

Resultados

Al final de la prueba, los peces de todos los tratamientos dietéticos habían más que duplicado su peso y no se registró mortalidad (Tabla 2). No hubo diferencias significativas en el peso final, en el largo total o en el índice de crecimiento específico (SGR) entre los peces alimentados con las diferentes dietas. Otros indicadores de rendimiento o de salud de los peces, como los índices hepatosomáticos y viscerosomáticos y el factor de condición (k), no se vieron afectados. El consumo del alimento y la eficiencia del alimento, determinados por el índice de conversión alimenticia, tampoco fueron afectados por el tratamiento dietético (Tabla 2).

En términos generales, los alimentos a base de aceites vegetales, WCO y ECO, han disminuido las proporciones de n-3 PUFA (22:5n-3 and 22:6n-3) y aumentado los niveles de 18:3n-3, 18:2n-6, 20:2n-6 y el n-6 PUFA total comparado con el alimento FO (Fig.1). Además, el alimento ECO aumentó los porcentajes de n-3 (20:4n-3, 20:5n-3) y n-6 (18:2n-6 y 20:4n-6) PUFA y disminuyó los ácidos grasos monoinsaturados (18:1n-9) comparado con el alimento WCO (Fig.1). Particularmente, el alimento ECO desplegó un contenido de EPA de casi un 19% del total de ácidos grasos, similar al alimento de FO (~16%), mientras que el contenido de EPA en el alimento WCO fue apenas encima del 2%, derivado del FM. Además, hubo aproximadamente un 2.5% de DHA presente tanto en el alimento WCO como en el ECO, nuevamente como resultado de la inclusión de FM.

La digestión de los lípidos fue más alta en el alimento ECO (95.7 ± 0.3) y en el alimento WCO (96.8 ± 0.1) comparado con el alimento de pescado FO (90.6 ± 1.3), sin diferencias entre las dietas VO. Hubo una tendencia que mostró ácidos grasos más saturados en las heces relacionadas con los alimentos (Fig. 2), con el coeficiente de digestión aparente (ADC) para los ácidos grasos saturados entre 78.8 y 97.6 %, que generalmente es ligeramente más bajo que el ADCs de los demás ácidos grasos (Fig. 3). Como contraste, el PUFA generalmente fue más bajo en las heces comparado con los alimentos que contienen ADCs que van desde el 92 - >99 %, mientras que los ácidos grasos monoinsaturados no variaron considerablemente entre la dieta y las heces con ADCs desde 95 - >99 % (Fig. 2). No hubieron grandes diferencias en la digestibilidad de la mayoría de los ácidos grasos entre los alimentos ECO y los alimentos WCO, y la digestibilidad del EPA fue mayor en los alimentos ECO (99.6 %; Fig. 3).

El análisis proximal del pescado entero mostró que los peces alimentados con la dieta ECO tenían composiciones similares de proteína, de materia seca y de ceniza que los peces alimentados con la dieta FO, pero el contenido de lípido fue mayor en los peces alimentados con las dietas ECO y WCO comparado con los peces alimentados con FO (Tabla 3). El contenido de lípidos en el músculo del pez no fue afectado por la dieta (Tabla 3), pero el total de lípidos contenidos en el hígado fue más alto en los peces alimentados con dieta WCO que en los peces alimentados con las dietas FO y ECO (Tabla 3).

El perfil de ácidos grasos del músculo de los peces alimentados con la dieta ECO refleja un contenido de ácidos grasos de la dieta con mayor EPA que los peces alimentados con las dietas FO y WCO (Fig. 4). El nivel de ácido doxosapentanóico (DPA; 22:5n-3) en la carne de los peces alimentados con alimento ECO fue similar al encontrado en los peces alimentados con FO. Los niveles de DHA encontrados en la carne no fueron influenciados por el EPA de la dieta, y reflejaron niveles de DHA con niveles similares a los encontrados en los peces alimentados con las dietas ECO y WCO. Similar al músculo, el nivel de EPA en el hígado de los peces alimentados con dietas ECO fue más alto que en los peces alimentados con otras dietas (Fig. 5). Sin embargo, a diferencia del músculo, el nivel de DPA en el hígado también fue el más alto en los peces alimentados con FO y WCO. Además, el nivel de DHA fue más alto en los peces alimentados con ECO que en el hígado de los peces alimentados con WCO, pero más bajo que en los peces alimentados con FO. Los niveles más altos de DPA y DHA en el hígado de los peces alimentados con ECO comparado con aquellos peces alimentados con dietas WCO demuestran una biosíntesis activa y la acumulación de esos ácidos grasos en los peces alimentados con alimento EPA. Los porcentajes más altos de metabolitos derivados de 18:3n-3 (18:4n-3, 20:3n-3 o 20:4n-3) fueron observados en el hígado de los peces alimentados con WCO.

Debate

La inclusión del aceite Camelina, rico en EPA, en las dietas de los post-smolts de salmón del Atlántico, no tuvo efectos perjudiciales en el crecimiento ni en el desempeño de los peces luego de un tiempo de alimentación de 7 semanas. Además, el desempeño no difiere entre peces que consumieron una de las tres dietas, confirmando que el aceite transgénico de Camelina podría ser empleado como un sustituto de FO en los alimentos del salmón del Atlántico. Los datos obtenidos acerca del desempeño de los peces coincidieron con aquellos reportados anteriormente en otros ensayos de alimentación donde el FO fue sustituido por el equivalente de aceite natural Camelina, utilizado en juveniles del Atlántico (Gadus morhua) (Morais et al., 2012) y en el salmón del Atlántico (Hixson et al., 2014a). Cabe señalar, por ello, que en el presente ensayo, no fue afectado el desempeño de crecimiento en los peces alimentados con WCO porque los alimentos fueron formulados con FM sin desgrasar que contenía suficiente n-3 LCPUFA para satisfacer los requerimientos esenciales de ácidos grasos del salmón (NRC, 2011).

El lípido ADCs generalmente fue alto y afectado por una fuente de lípido de la dieta, siendo ligeramente más alto en los alimentos ECO y WCO que en el alimento FO. Una tendencia similar se reportó en estudios previos utilizando VO dietético en el salmón del Atlántico (Menoyo et al., 2007) y halibut del Atlántico (Hippoglossus hippoglossus L.) (Alves-Martins et al., 2009). El ADC para ácidos grasos individuales fue coincidente con estudios previos, donde la digestibilidad disminuyó con el crecimiento de la cadena, pero aumentó el grado de insaturación (Sigurgisladottir et al., 1992; Ng et al., 2004). Esto resulta en la preferencia de absorción de PUFA, seguido por monogenes y finalmente con ácidos saturados. Sin embargo, no hubo efectos negativos del ECO en términos de digestibilidad de los ácidos grasos los que demostraron digestibilidad intermedia para muchos ácidos grasos entre las dietas FO y WCO, reflejando una mayor digestibilidad de lípidos en las dietas VO, la mayoría de los ácidos grasos individuales demostraron mayor digestibilidad den los alimentos ECO y WCO que en el alimento FO. Particularmente el EPA en el alimento ECO demostró la digestibilidad numéricamente más alta de todos los alimentos, demostrando que el EPA derivado del GM no fue diferente, como se esperaba, al EPA derivado del FO.

Por lo tanto, el EPA mejorado VO, producido transgénicamente, puede ser incluido en los alimentos de los peces sin tener un impacto negativo en la digestibilidad de los lípidos y ácidos grasos, en la absorción ni en la utilización, comparado con el FO u otro VO.

La dieta ECO tuvo diferentes efectos en la deposición de ácidos grasos dependiendo del tejido. Según se esperaba de un tejido que sirve para el almacenamiento de lípidos/energía en el salmón, el musculo reflejó ampliamente la composición de ácido graso en la dieta. Se observaron niveles más altos de productos insaturados de 18:3n-3 and 18:2n-6 en el músculo de los peces alimentados con ECO comparado con los peces alimentados con WCO, lo que probablemente reflejó en esta dieta el contenido más alto de estos ácidos grasos en lugar de la biosíntesis activa.

No obstante, la activación limitada de la vía biosintética LC-PUFA fue observada en los peces alimentados con WCO según se mostró en el aumento de 18:4n-3 comparado con los peces alimentados con FO. El aumento de productos de elongación de 18: 3n-3 y 18: 2n-6, 20: 3n-3 y 20: 2n-6, observado en los peces alimentados con ECO y WCO, comparado con los peces alimentados con FO, fue coherente con los datos de muchos estudios que informan un aumento en estos productos de elongación luego de alimentar a los peces con VO (Menoyo et al., 2004; Mourente et al., 2005; Morais et al., 2012). La inhibición de esta elongación en los peces alimentados con FO puede ser otro ejemplo de un efecto específico del DHA que no se puede reproducir sólo con la dieta EPA.

No obstante, es importante que el DHA del músculo no varió entre los peces alimentados con las dieta ECO o la dieta WCO, aunque su nivel fue más alto que el nivel encontrado en esas dietas, esto probablemente fue por causa de la retención selectiva de DHA informada previamente en varios estudios donde los salmones fueron alimentados con la dieta VO (Bell et al., 2010; Hixson et al., 2014a). Lo más importante, desde el punto de vista de la salud humana, es que los salmones alimentados con ECO tendrían más efectos beneficiosos comparados con los salmones alimentados con WCO debido al contenido total n-3 LC-PUFA en los músculos, doblando casi la cantidad de los peces alimentados con WCO, aunque no tan alta como en los peces alimentados con FO.

A diferencia de los músculos, el aumento en los niveles de DPA y DHA en el hígado de los peces alimentados con ECO, comparado con los hígados de aquellos peces alimentados con WCO, sugieren una biosíntes activa y la acumulación de estos ácidos grasos en los peces alimentados con alimento de alto contenido de EPA. Los resultados indican que la falta relativa del DHA en las dietas ECO y WCO induce un aumento en la biosíntesis, y que el alto contenido de EPA (al igual que en ECO) no reduce la actividad. Curiosamente, la creación de productos de cadena más corta derivados del 18:3n-3, como el 18:4n3 y 20:4n-3, no fueron observados en el hígado de los peces alimentados con ECO.

El contenido de VO fue asociado con el aumento de la deposición de lípidos en los tejidos de los peces (Morais et al., 2012; Hixson et al., 2014). Los resultados del presente estudio coincidieron con esta observación, debido a que el contenido total de los peces y el lípido del hígado fue más alto en los peces alimentados con ECO y WCO que en los peces alimentados con FO. La reducción del contenido de n-3 LC-PUFA puede ser el mecanismo para el aumento en la deposición de lípidos en los peces alimentados con VO. Sin embargo, los peces alimentados con la dieta ECO tenían niveles similares de n-3 PUFA (otros que DHA) que los peces alimentados con FO, y mostraron un aumento en los niveles lípidos hepáticos, lo cual podría indicar que el factor que determina el aumento de adiposidad podría ser la reducción de DHA, en vez del nivel general de n-3 PUFA.

Para concluir, la Camelina creada por la ingeniería genética, ha demostrado ser una fuente viable de n-3 LC-PUFA, que efectivamente puede sustituir el FO en los alimentos marinos y suministrar niveles de estos ácidos grasos importantes en los peces de cultivo que podrían mantener su calidad nutricional para el consumidor humano. El aceite EPA contiene características del FO y del VO, que traducido a una respuesta mixta, fue similar al FO y WCO en diferentes aspectos. La sustitución completa del FO por el ECO no afectó ninguno de los parámetros de crecimiento estudiados y aparentemente mejora la digestibilidad de los ácidos grasos en comparación con el FO. Además, el hígado de los peces alimentados con la dieta ECO manifestó una conversión activa del contenido de EPA y DHA resultando en niveles más altos de DPA y DHA. Algunos de los efectos de la dieta ECO en el salmón reflejaron su origen vegetal, y de este modo será de mucho interés asistir a los efectos de la próxima interacción de aceite de la genéticamente C.sativa modificada, agregando un ácido graso más similar al FO (approx. 7 % EPA and 7 % DHA), estudio que actualmente se está realizando en el salmón.

Referencias

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