Einfluss maternaler Proteindiäten auf die Entwicklung von Skelettmuskulatur und Fettgewebe beim Schwein
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Ziel des Projektes bestand in der Erforschung des Einflusses einer Unter- oder Überversorgung von tragenden Jungsauen mit Nahrungsprotein (50% bzw. 250% des Bedarfs) bei etwa unveränderter Energieaufnahme auf die Körperzusammensetzung der Sauen sowie Wachstum und Körperzusammensetzung der Nachkommen und deren prä- und postnatale Entwicklung des Muskel- und Fettgewebes. Eine Über- oder Unterversorgung tragender Jungsauen mit Nahrungsprotein verändert die Körperzusammensetzung der Sauen. Die Proteinunterversorgung hemmt das Körperwachstum, verringert den Magerfleischanteil und erhöht den Fettanteil der Sauen. Die Proteinüberversorgung führt demgegenüber zu einer Verringerung des Fettanteils. Beide Diäten beeinträchtigen vor allem im zweiten Drittel der Trächtigkeit das fötale Wachstum der Nachkommen. Diese Wachstumsretardation hat jedoch in Abhängigkeit von der Diät unterschiedliche Ursachen auf Gewebs-, Zell- und molekularer Ebene. Eine Unterversorgung mit Protein während der Trächtigkeit beeinträchtigt die Muskelfaserbildung während der pränatalen Myogenese und führt damit zu einer dauerhaften Verminderung des Muskelwachstumspotenzials der Nachkommen. Bei weiblichen Ferkeln führt sie außerdem zu einer Verzögerung der späten fötalen Muskeldifferenzierung. Der Fettgewebeansatz ist proportional vermindert. Bei Föten aus großen Würfen ist außerdem die Entwicklung der Nieren erheblich gestört. Das kompensatorische Aufholwachstum während der 4- wöchigen Säugeperiode an Ammensauen (gefüttert mit einer Standarddiät) ist mit einer Normalisierung des Muskelfleischansatzes, aber mit einem verstärkten Fettansatz im Vergleich zu den Kontrolltieren verbunden. Während sich das Fettwachstum im Laufe der weiteren Entwicklung normalisiert, kann der Mangel an Muskelfasern auch bei jungen Schweinen (83. LT) nicht behoben werden und ist auch bei Schlachtschweinen (188. LT) noch vorhanden. Während die jungen Schweine (83. LT) sich in Wachstum und Körperzusammensetzung unwesentlich von den Kontrolltieren unterscheiden, werden im Schlachtalter (188. LT) die Effekte der Niedrigproteindiät wiederum deutlich sichtbar. Die Tiere haben ein geringeres Muskelgewicht aufgrund verminderter DNA- und Proteinakkumulation sowie geringerer Faseranzahl. Wenn die Schweine aus großen Würfen stammen, zeigen sie außerdem eine veränderte Schlachtkörperqualität bezüglich eines erhöhten Fett- und geringeren Magerfleischanteils. Dieses ist vor allem auf eine verminderte Muskelmasse, aber nicht eine erhöhte Fettgewebsmasse zurückzuführen. Schweine, die in utero neben einer natürlich bedingten suboptimalen Versorgung in größeren Würfen zusätzlich einem Proteinmangel ausgesetzt sind, bilden als erwachsene Tiere offensichtlich weniger Muskelprotein, da sie aufgrund geringerer Faseranzahl ein geringeres Muskelwachstumspotenzial besitzen. Ein geringeres Herzgewicht deutet darauf hin, dass auch der Herzmuskel betroffen ist. Eine Überversorgung mit Protein während der Trächtigkeit beeinträchtigt das fötale Wachstum und speziell den Fettansatz, jedoch nicht die pränatale Skelettmuskelentwicklung der Nachkommen. Die mRNA Expression regulatorisch relevanter Gene in der Skelettmuskulatur der Föten am 64. TT liefert sogar Anzeichen für eine verstärkte myogene Proliferation, und in der leichten Geburtsgewichtsklasse zeigen neugeborene Ferkel sogar einen höheren Anteil an Muskelgewebe als die Nachkommen von Müttern, die mit der Niedrigproteindiät gefüttert wurden. Nach dem Aufholwachstum während der 4-wöchigen Säugeperiode an Ammensauen (Standarddiät) sind nahezu keine Unterschiede zu den Kontrolltieren mehr sichtbar. Bei den jungen Schweinen (83. LT) gibt es dann allerdings Tendenzen für einen geringfügigen Wachstumsrückstand im Vergleich zu den Kontrolltieren, der jedoch bis zum Schlachtalter (188. LT) wieder kompensiert wird. Im Schlachtalter zeigen die Tiere, die aus kleinen Würfen stammen, sogar einen höheren Magerfleischanteil als die Nachkommen von Müttern, die mit der Kontrolldiät gefüttert wurden. Diese Ergebnisse legen nahe, dass bei natürlich bedingter guter Nährstoffversorgung in kleinen Würfen zusätzliches Nahrungsprotein von Vorteil für die spätere Muskelfleischbildung ist. Weder die Unter- noch die Überversorgung mit Protein während der Trächtigkeit hat negative Folgen auf Merkmale der Kapillarisierung, des Muskelstoffwechsels und der Fleischqualität der Nachkommen. Fazit: Eine inadäquate intrauterine Umwelt sowohl in Form eines Mangels oder eines Überschusses an Nahrungsprotein bei adäquater Energieversorgung beeinträchtigt das fötale Wachstum, aber nur Proteinmangel beeinträchtigt die pränatale Muskelbildung (Myogenese), vermindert dauerhaft das Muskelwachstumspotenzial und fördert bei adäquater Ernährung nach der Geburt den Fettansatz bei Ferkeln und Schlachtschweinen, jedoch nicht bei jungen Schweinen. Die Neigung zur relativen Verfettung entsteht im Ferkelalter durch eine überproportionale Zunahme der Fettgewebsmasse während des kompensatorischen Wachstums und bei Schlachtschweinen durch eine verminderte Zunahme der Muskelmasse. Damit erweist sich der Prozess der pränatalen Myogenese und deren Regulation als ein Schlüsselprozess für die postnatale Ausprägung des Verfettungsgrades. Dieser wiederum bestimmt beim landwirtschaftlichen Nutztier die Schlachtkörperqualität und steht beim Menschen in Beziehung zu Krankheitsbildern, wie Adipositas, Diabetes und Herz-Kreislauf-Schwäche.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2008) Effects of maternal low and high protein diets on body composition and skeletal muscle properties of newborn piglets. Journal of Animal Science 86 (E-Suppl. 2)/ Journal of Dairy Science 91 (E-Suppl. 1): 422
Rehfeldt C., Kalbe C., Block J., Nürnberg G., Stabenow B., Loesel D., Metges C.C.
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(2008) Long-term effects of low and high protein feeding to pregnant sows on offspring at market weight. 54th ICoMST meeting, 10-15th August, Cape Town, South Africa, 6.22 (CD)
Rehfeldt C., Kalbe C., Block J., Nürnberg G., Stabenow B., Metges C.C.
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(2008) Skeletal muscle properties of newborn piglets in response to maternal protein diet. COST Action 925 Work group meeting, 13-14th May 2008, Cork, Ireland
Kalbe C., Block J., Metges C.C., Nürnberg G., Stabenow B., Rehfeldt C.
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(2009) Chapter 7. Regulatory Aspects of Fetal Growth and Muscle Development Relating to Postnatal Growth and Carcass Quality in Pigs In: Managing Prenatal Development to Enhance Livestock Productivity. Editors P.L. Greenwood, A.W. Bell, P.E. Vercoe and G.J. Viljoen. Springer, The Netherlands, IAEA, 203-241
Rehfeldt, C., Mau, M., Wimmers, K.
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(2010) Advances in research on the prenatal development of skeletal muscle in animals in relation to the quality of muscle-based food. I. Regulation of myogenesis and environmental impact. Animal
Rehfeldt, C. Te Pas, M.F.W., Wimmers, K. Brameld, J.M., Nissen, P.M., Berri, C., Valente, L.M.P.,Power, D.M., Picard, B., Stickland, N.C., Oksbjerg, N.
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(2010). Effekte maternaler Proteinaufnahme während der Trächtigkeit auf Körperzusammensetzung und Eigenschaften der Skelettmuskulatur neugeborener Ferkel. Proceedings of the Society of Nutrition Physiology 19, 22
Kalbe C., Block J., Lefaucheur L., Stabenow B., Otten W., Metges C.C., Rehfeldt C.
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(2010). Impact of maternal and early postnatal nutrition on muscle growth and carcass quality in the pig. EAAP publication No. 127, 3rd EAAP ISEP, Parma, Italy, 6-10 September 2010, ed. G. Matteo Corvetto,Wageningen Academic Publishers, The Netherlands (ISSN 0071-2477), 641-651
Rehfeldt C., Kalbe C., Lösel D.
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(2010). Inadequate protein intake of pregnant gilts affects body composition and skeletal muscle properties of newborn piglets. EAAP publication No. 127, 3rd EAAP ISEP, Parma, Italy, 6-10 September 2010, ed. G. Matteo Corvetto,Wageningen Academic Publishers, The Netherlands (ISSN 0071-2477), 383-384
Rehfeldt C., Block J., Lefaucheur L., Stabenow B., Otten W., Metges C.C., Kalbe C.
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(2010). Low and excess dietary protein levels during gestation affect growth and compositional traits in gilts and impair offspring fetal growth. Journal of Animal Science
Rehfeldt C., Lang I.S., Görs S., Hennig U., Kalbe C., Stabenow B., Brüssow K.-P., Pfuhl R., Bellmann O., Nürnberg G., Otten W., Metges C.C.
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(2010). Prenatal exposure to maternal low or high protein diets induces modest changes in the adipose tissue proteome of newborn piglets. Journal of Animal Science 88, 1626-1641
Sarr O., Louveau I., Kalbe C., Metges C.C., Rehfeldt C., Gondret F.
