Tính bền vững của ngành nuôi trồng thủy sản phụ thuộc vào mức độ hiệu quả trong việc sử dụng các nguồn lực sẵn có để cung cấp protein cho dân số ngày càng tăng với giá cả phải chăng và bổ dưỡng. Nói một cách đơn giản, chúng ta cần sản xuất nhiều hơn, với chất lượng tốt hơn và nguồn lực ít hơn. Do đó, có một cơ hội quan trọng để ngành thủy sản và các học viện thủy sản hợp tác với nhau về các thông số kỹ thuật của các công thức thức ăn cho cá nhằm tối ưu hóa hiệu quả dinh dưỡng và sức khỏe của cá trong toàn bộ chu trình sản xuất, ví dụ như việc sử dụng methionine.
Thay đổi khẩu phần ăn
Thức ăn thủy sản hiện đại được sản xuất với ít hoặc không có bột cá và lượng protein thực vật cao hơn. Sự thay đổi trong công thức thức ăn này dẫn đến việc methionine, một loại không có đủ trong thực phẩm, thường là axit amin bị giới hạn đầu tiên trong chế độ ăn của cá và tôm.
Methionine có vai trò trung tâm trong tổng hợp protein, cùng với một số chức năng khác. Nghiên cứu gần đây cho thấy nó là chất điều hòa chính trong việc chống oxy hóa, đáp ứng miễn dịch, tác động đến tình trạng sức khỏe tổng thể của cá và chuyển hóa carbohydrate và lipid. Ngoài ra, là tiền chất của S-adenosylmethionine (SAM) và S-adenosylhomocysteine (SAH), methionine có thể điều chỉnh sự biểu hiện của các gien liên quan đến sự tăng trưởng và sức khỏe của cá bằng các phản ứng methyl hóa DNA.
Lượng protein
Bên trong cơ thể của cá và tôm, tăng khối lượng protein là mức tăng ròng của sự lắng đọng protein cơ thể so với mất protein, theo quy trình sinh học gọi là protein luân hồi. Đây là một quá trình liên tục trong tất cả các mô, liên quan đến cả quá trình tổng hợp protein và phân hủy protein (phân giải protein).
Lượng protein thu được bị ảnh hưởng bởi các thành phần dinh dưỡng của chế độ ăn và tình trạng dinh dưỡng của cá. Đối với một con cá đang phát triển, điều quan trọng là giữ cân bằng chế độ ăn cho các axit amin trong khi cung cấp đủ năng lượng từ các nguồn năng lượng phi protein.
Các nhà sản xuất thức ăn thương mại đã phát hiện ra rằng việc bổ sung nồng độ methionine trong thức ăn thủy sản giúp việc nuôi cá mang lại hiệu quả hơn. Các nghiên cứu gần đây trên cá đã chứng minh rằng sự thiếu hụt methionine điều chỉnh một con đường truyền tín hiệu nội bào quan trọng, dẫn đến biểu hiện gia tăng của một số gien liên quan đến sự thoái hóa protein và ức chế tổng hợp protein. Ví dụ, chế độ ăn thiếu methionine (được xây dựng để cung cấp lượng methionine ít hơn 32% so với chế độ ăn bình thường) trong cá hồi vân (trọng lượng cơ thể ban đầu là 40g) đã được chứng minh là ảnh hưởng đến quá trình phosphoryl hóa (eif2α) và gây ra biểu hiện của một số các yếu tố liên quan đến hai con đường phân giải protein cơ chính (proteasome và autophagy).
Nhìn chung, các nghiên cứu gần đây đã cải thiện sự hiểu biết của con người về vai trò của methionine đối với sự phát triển của cá ở cấp độ tế bào. Điều này đã cung cấp các dấu ấn sinh học quan trọng để đánh giá hiệu suất của cá trong chế độ ăn thiếu methionine.
Sự căng thẳng do oxy hóa
Nuôi thâm canh đang trở nên phổ biến hơn để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về tiêu thụ cá toàn cầu. Theo phương pháp này, cá thường tiếp xúc với nhiều chất sinh học khác nhau (ví dụ mật độ thả cao, phơi nhiễm mầm bệnh) và phi sinh học (ví dụ chất lượng nước kém, vận chuyển, chế độ ăn mất cân bằng). Những điều này dẫn đến việc sản xuất liên tục các loại oxy phản ứng (ROS). ROS về cơ bản là các chất hóa học có chứa oxy (ví dụ superoxide, hydro peroxide, gốc hydroxy) và tạo ra các gốc tự do phản ứng (các phân tử có electron chưa ghép cặp). Các gốc tự do này tham gia vào các phản ứng oxy hóa gây tổn hại cho các phân tử sinh học như lipid, protein và DNA của động vật. Động vật trải qua quá trình oxy hóa khi chúng không có khả năng giải độc các gốc tự do phục hồi khi bị tổn thương.
Methionine là một hợp chất thiết yếu để bảo vệ vật chủ chống lại tình trạng căng thẳng do oxy hóa. Nó hỗ trợ trong việc hình thành glutathione (GSH) và taurine; các hợp chất cần thiết để bảo vệ vật chủ chống lại tình trạng căng thẳng do oxy hóa. Do đó, nó tạo thành một cơ chế bảo vệ chống oxy hóa quan trọng.
Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng thiếu hụt methionine trong chế độ ăn có thể làm giảm lượng GSH, chất chống oxy hóa nội bào quan trọng nhất, và do đó làm tăng thiệt hại oxy hóa ở một số mô. Cá trê vàng cho ăn chế độ ăn thiếu methionine (công thức cung cấp lượng methionine ít hơn 37% so với chế độ ăn bình thường) cho thấy tổn thương peroxidative của ROS kèm theo sự gia tăng các hoạt động của enzyme chống oxy hóa (SOD và GPX), cho thấy chế độ ăn thiếu methionine gây ra tình trạng căng thẳng do oxy hóa ở cá trê vàng.
Ngược lại, một nghiên cứu trước đây cho thấy rằng hạn chế methionine trong chế độ ăn (được xây dựng để cung cấp lượng methionine ít hơn 45% so với đối chứng) không ảnh hưởng đến tổng lượng glutathione trong mô gan của cá hồi con trong điều kiện phòng thí nghiệm.
Nghiên cứu cũng đã chứng minh rằng thiếu hụt methionine trong chế độ ăn (công thức cung cấp lượng methionine ít hơn 55% so với đối chứng), làm giảm tình trạng oxy hóa của gan cá hồi vân. Điều này chỉ ra rằng tác động tiêu cực của thiếu hụt methionine đối với tình trạng oxy hóa của cá phụ thuộc vào các yếu tố bao gồm mức độ thiếu hụt methionine liên quan đến nhu cầu của cá và mức độ căng thẳng do oxy hóa.
Các yếu tố bao gồm giai đoạn sống của cá, cường độ sản xuất và điều kiện sinh trưởng đều có thể ảnh hưởng đến mức độ căng thẳng do oxy hóa. Trong điều kiện nuôi thâm canh, nơi cá nuôi dễ bị căng thẳng do oxy hóa, nhu cầu methionine của cá và tôm có thể cao hơn các giá trị được xác định trong điều kiện phòng thí nghiệm thuận lợi.
Phản ứng miễn dịch
Sự thiếu hụt một số axit amin đã được biết là làm suy giảm chức năng miễn dịch và làm tăng sự nhạy cảm của cá nuôi đối với bệnh truyền nhiễm. Các axit amin ảnh hưởng đến phản ứng miễn dịch của cá nuôi, trực tiếp hoặc gián tiếp, thông qua các chất chuyển hóa của chúng.
Thiếu hụt methionine trong chế độ ăn đã được chứng minh là làm giảm đáp ứng miễn dịch bẩm sinh và do đó làm giảm sự bảo vệ chống lại sự nhiễm vi khuẩn (A. hydrophila) ở cá trê vàng con.
Ngoài ra, trong quá trình bị bệnh lây nhiễm hoặc tình trạng viêm, cá được cho ăn chế độ ăn bổ sung methionine được bảo vệ tốt hơn chống lại các vi sinh vật (như vi khuẩn) và các hoạt động diệt khuẩn. Phản ứng này có thể là do vai trò của methionine đối với sự tăng sinh tế bào.
Chuyển hóa trung gian
Gan là nơi chính để chuyển hóa trung gian (bao gồm chuyển hóa lipid và carbohydrate). Biểu hiện ở gan của các gien liên quan đến quá trình tạo lipogen và gluconeogenesis đã được chứng minh là đáp ứng với sự mất cân bằng methionine trong chế độ ăn ở cá. Những rối loạn này cũng được phản ánh ở cá ở cấp độ kiểu hình. Khi cá hồi được cho ăn chế độ ăn methionine thấp, sự tích lũy triglyceride ở gan (TAG) đã được ghi lại. Người ta tin rằng sự tích lũy TAG của gan sau chế độ ăn methionine thấp là do giảm lượng phosphatidylcholine liên quan đến việc vận chuyển lipid từ gan đến các cơ quan ngoại vi. Phosphatidylcholine được tổng hợp từ phosphatidylethanolamine, trong đó SAM được sản xuất từ methionine hoạt động như một nguồn cung cấp methyl quan trọng. Do đó, thiếu hụt methionine có thể ảnh hưởng đến sự tổng hợp nội sinh của phosphatidylcholine.
Một giả thuyết khác là thiếu hụt methionine có thể làm giảm sự sẵn có của taurine, đây là tiền chất quan trọng trong quá trình tổng hợp muối mật (axit taurocholic). Muối mật rất quan trọng trong việc tiêu hóa và hấp thu các chất béo và vitamin tan trong chất béo. Ngoài ra, tổng hợp axit mật là con đường chính của quá trình chuyển hóa cholesterol, vì khoảng một nửa lượng cholesterol được sản xuất trong cơ thể được sử dụng để tổng hợp axit mật.
Nhìn chung, methionine có vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hóa chất dinh dưỡng trung gian thích hợp và sự thiếu hụt lâu dài của methionine có thể gây bất lợi cho sự phát triển và sức khỏe của cá.
Lập trình dinh dưỡng
Việc lập trình dinh dưỡng thông qua các cơ chế biểu sinh của các phản ứng methyl hóa, chẳng hạn như methyl hóa DNA và histone, phụ thuộc trực tiếp vào SAM, và do đó là tiền chất chính của nó: methionine. Do đó, mức độ methionine trong chế độ ăn và sự phù hợp của methionine trong việc đáp ứng các yêu cầu của cá nuôi ở giai đoạn đầu có thể tạo thành một yếu tố quan trọng trong việc điều chỉnh kiểu hình của động vật trong suốt chu kỳ sản xuất. Các nghiên cứu gần đây với cá hồi vân cho thấy việc cho cá bố mẹ ăn với chế độ ăn hạn chế methionine ở mức 50% ảnh hưởng đến các đặc điểm khác nhau ở con cái, một số trong đó vẫn tồn tại trong những tuần đầu tiên cho ăn bên ngoài.
Ảnh hưởng tổng thể đến sức khỏe
Thiếu methionine có thể có tác động khác nhau đến sức khỏe tổng thể. Ví dụ, nó có thể dẫn đến sự phát triển của bệnh đục thủy tinh thể ở một số loài cá, chẳng hạn như cá hồi vân, cá vược sọc và cá hồi chấm hồng Bắc Cực. Mặc dù cơ chế đằng sau điều này chưa được hiểu rõ, nhưng người ta cho rằng glutathione, được tổng hợp nội sinh từ methionine hoặc cysteine, có khả năng đóng vai trò ngăn chặn sự hình thành liên kết disulphide, dẫn đến sự không hòa tan của protein và sự phát triển độ mờ đục của mắt.
Hơn nữa, methionine đã được chứng minh là có vai trò trong sức khỏe đường ruột ở cá chép Jian. Quần thể vi sinh vật trong vùng tiêu hóa của cá (như Firmicutes) đã được chứng minh là có liên quan chặt chẽ đến sức khỏe và dinh dưỡng của cá. Vi khuẩn của đường tiêu hóa của cá có thể tiết ra các enzyme tiêu hóa thúc đẩy quá trình tiêu hóa các chất dinh dưỡng và tổng hợp chất dinh dưỡng mà cá cần. Người ta cũng đã chứng minh rằng methionine có thể ảnh hưởng đến sự cân bằng của hệ vi sinh đường ruột bằng cách thúc đẩy sự phát triển của vi khuẩn có lợi và làm giảm sự phát triển của vi khuẩn có hại.
Thay đổi quan điểm về dinh dưỡng methionine và sức khỏe cá
Xem xét số lượng con đường trao đổi chất cần methionine và/hoặc các dẫn xuất của nó, không có gì đáng ngạc nhiên khi methionine trong chế độ ăn không chỉ ảnh hưởng đến sự tăng trưởng mà còn cả sự trao đổi chất và tình trạng sức khỏe tổng thể của cá.
Bằng chứng về vai trò chức năng của methionine trong cá đang tăng lên và cho thấy chúng ta cần thay đổi quan điểm về dinh dưỡng methionine và sức khỏe của cá.
HNN (Theo Thefishsite)