par Sarah Séité et Karthik Masagounder, Evonik et Stéphane Panserat et Iban Seiliez, Université de Pau et des Pays de l'Adour, La France

La durabilité de l'industrie aquacole dépend de l'efficacité avec laquelle nous utilisons les ressources disponibles pour fournir à une population croissante des protéines abordables et nutritives. Mettre tout simplement, nous devons produire plus et mieux, avec moins.

Il y a, donc, une opportunité importante pour l'industrie et le monde universitaire de travailler ensemble sur les spécifications des formules d'aliments pour poissons qui optimisent de manière rentable la nutrition et la santé des poissons tout au long de leur cycle de production, par exemple, en utilisant la méthionine.

Changer de régime

Les régimes aquacoles modernes sont produits avec peu ou pas de farine de poisson et des quantités plus élevées de sources de protéines végétales. Ce changement dans les formulations alimentaires fait que la méthionine est généralement le premier acide aminé limitant - celui qui est en quantités insuffisantes dans un aliment - dans les régimes alimentaires pour poissons et crevettes.

La méthionine a un rôle central en tant que bloc de construction dans la synthèse des protéines, ainsi que plusieurs autres fonctions. Des recherches récentes montrent qu'il est un régulateur clé de la défense antioxydante, réponse immunitaire, l'état de santé général des poissons et le métabolisme des glucides et des lipides. En outre, comme précurseur de la S-adénosylméthionine (SAM) et de la S-adénosylhomocystéine (SAH), la méthionine peut moduler l'expression de gènes liés à la croissance et à la santé des animaux par des réactions de méthylation de l'ADN.

Le renouvellement des protéines

A l'intérieur du corps des poissons et des crevettes, le gain de masse protéique est le gain net du dépôt de protéines corporelles par rapport à la perte de protéines, dans le cadre du processus biologique appelé "renouvellement des protéines". Il s'agit d'un processus continu dans tous les tissus, impliquant à la fois la synthèse et la dégradation des protéines (protéolyse).

Le renouvellement des protéines est affecté par la composition nutritionnelle du régime alimentaire et l'état nutritionnel des animaux. Pour un animal en croissance, il est important de maintenir une alimentation équilibrée en acides aminés, tout en fournissant suffisamment d'énergie à partir de sources d'énergie non protéiques.

Les producteurs commerciaux d'aliments pour animaux ont découvert que la supplémentation des niveaux de méthionine dans les aliments aqua se traduit par une meilleure production animale. Des études récentes chez les poissons ont démontré que la carence en méthionine module une voie de signalisation intracellulaire clé, résultant en une expression accrue de plusieurs gènes impliqués dans la dégradation des protéines et l'inhibition de la synthèse des protéines.

Par exemple, un régime pauvre en méthionine (formulé pour fournir 32 pour cent de méthionine en moins que le régime normal) en truite arc-en-ciel (40g, poids corporel initial) s'est avérée affecter la phosphorylation du facteur d'initiation de la traduction (eif2α), et induisent l'expression de plusieurs facteurs impliqués dans les deux voies protéolytiques musculaires majeures (protéasome et autophagie).

Globalement, des études récentes ont amélioré notre compréhension du rôle de la méthionine dans la croissance des poissons au niveau cellulaire. Cela a fourni des biomarqueurs importants pour évaluer les performances des poissons dans un régime alimentaire déficient en méthionine.

Stress Oxydatif

L'élevage intensif est de plus en plus répandu pour répondre à la demande croissante de consommation mondiale de poisson. Sous cette méthode, les animaux sont souvent exposés à divers biotiques (p. exposition aux agents pathogènes) et abiotiques (par exemple, mauvaise qualité de l'eau, transport, alimentation déséquilibrée) facteurs de stress.

Ceux-ci conduisent à une production constante d'espèces réactives de l'oxygène (ROS). Les ROS sont essentiellement des substances chimiques contenant de l'oxygène (par exemple, le superoxyde, peroxyde d'hydrogène, radicaux hydroxy) et donnent naissance à des radicaux libres réactifs (molécules à électrons non appariés). Ces radicaux libres participent aux réactions d'oxydation qui endommagent les molécules biologiques telles que les lipides, protéines et l'ADN des animaux. Les animaux subissent un stress oxydatif lorsqu'ils n'ont pas la capacité de détoxifier les radicaux libres ou de réparer les dommages qui en résultent.

La méthionine est un composé essentiel pour la défense de l'hôte contre le stress oxydatif. Elle aide à la formation de glutathion (GSH) et de taurine; composés essentiels pour la défense de l'hôte contre le stress oxydatif. La méthionine est également facilement oxydée par les ROS, formation de sulfoxyde de méthionine, qui peut être facilement réparé par la méthionine sulfoxyde réductase. Il constitue donc un mécanisme de défense antioxydant important qui pourrait jouer un rôle dans la signalisation redox; une forme de communication cellulaire.

Plusieurs études ont montré qu'une carence alimentaire en méthionine peut réduire les réservoirs de GSH, l'antioxydant intracellulaire le plus important, Et ainsi, augmenter les dommages oxydatifs dans plusieurs tissus. Le poisson-chat jaune nourri avec un régime pauvre en méthionine (formulé pour fournir 37 pour cent de méthionine en moins que le régime normal) a présenté des dommages peroxydatifs par ROS, accompagnée d'une augmentation des activités enzymatiques antioxydantes (SOD et GPX), indiquant un régime alimentaire déficient en méthionine provoquant un stress oxydatif chez le poisson-chat jaune.

En revanche, une étude précédente a montré que la restriction alimentaire en méthionine (formulée pour fournir 45 pour cent de moins de méthionine que le témoin) n'affecte pas la quantité de glutathion total dans le tissu hépatique du saumon juvénile dans des conditions de laboratoire.

La recherche a également démontré qu'une carence alimentaire en méthionine (formulée pour fournir 55 pour cent de moins de méthionine que le témoin), diminution du statut oxydatif dans le foie de la truite arc-en-ciel. Cela indique que les effets négatifs de la carence en méthionine sur l'état oxydatif des poissons dépendent des facteurs, y compris le niveau de carence en méthionine, en relation avec le besoin de l'animal et le niveau de stress oxydatif. Les facteurs, y compris le stade de vie des poissons, l'intensité de la production et les conditions de croissance peuvent toutes influencer le stress oxydatif. Dans des conditions d'élevage intensif, où les animaux sont sujets au stress oxydatif, les besoins en méthionine des poissons et des crevettes peuvent être supérieurs aux valeurs déterminées dans des conditions de laboratoire favorables.

Réponse immunitaire

La carence en certains acides aminés est connue pour altérer la fonction immunitaire et augmenter la sensibilité des animaux aux maladies infectieuses. Les acides aminés affectent la réponse immunitaire d'un animal, directement ou indirectement, par leurs métabolites.

Il a été démontré qu'une carence alimentaire en méthionine diminue la réponse immunitaire innée et donc la protection contre l'infection bactérienne (A hydrophila) chez les jeunes poissons-chats jaunes.

En outre, lors d'une infection ou d'une inflammation, les poissons nourris avec un régime enrichi en méthionine sont mieux protégés contre les micro-organismes (tels que les bactéries) et les activités bactéricides. Cette réponse pourrait être due au rôle de la méthionine sur la prolifération cellulaire.

Métabolisme intermédiaire

Le foie est le site principal du métabolisme intermédiaire (notamment, lipides et métabolisme des glucides). Il a été démontré que l'expression hépatique des gènes impliqués dans la lipogenèse et la néoglucogenèse répond aux déséquilibres alimentaires de la méthionine chez les poissons. Ces perturbations se reflètent également chez les poissons au niveau du phénotype. Lorsque les salmonidés étaient nourris avec un régime pauvre en méthionine, une accumulation de triglycérides hépatiques (TAG) a été enregistrée. On pense que l'accumulation de TAG dans le foie, suivre un régime pauvre en méthionine, est due à la disponibilité réduite de la phosphatidylcholine impliquée dans le transport des lipides du foie vers les organes périphériques.

La phosphatidylcholine est synthétisée à partir de la phosphatidyléthanolamine, où SAM, produit à partir de méthionine, agit comme un important donneur de méthyle. Par conséquent, Une carence en méthionine peut affecter la synthèse endogène de la phosphatidylcholine.

Une autre hypothèse est que la carence en méthionine peut diminuer la disponibilité de la taurine, qui est un précurseur important dans la synthèse du sel biliaire (acide taurocholique). Le sel biliaire est très important dans la digestion et l'absorption des graisses et des vitamines liposolubles.

En outre, la synthèse des acides biliaires est la principale voie du métabolisme du cholestérol, car environ la moitié du cholestérol produit dans le corps est utilisé pour la synthèse des acides biliaires. Globalement, la méthionine joue un rôle important dans le bon métabolisme intermédiaire des nutriments, et une carence à long terme en méthionine peut être préjudiciable à la croissance et à la santé des poissons.

Programmation nutritionnelle

Les événements nutritionnels précoces exercés pendant les fenêtres de développement critiques peuvent entraîner des changements permanents dans la vie ultérieure des animaux, affectant notamment leur potentiel de croissance, la santé et l'état métabolique. Ces événements sont les résultats de la programmation dite nutritionnelle et ouvrent un nouveau champ de recherche et d'opportunités vers l'optimisation de la nutrition et de la santé des animaux d'élevage, avec des implications économiques évidentes.

Programmation nutritionnelle, par les mécanismes épigénétiques des réactions de méthylation, comme la méthylation de l'ADN et des histones, dépend directement de SAM, et donc de son précurseur majeur :la méthionine. Les niveaux alimentaires de méthionine et leur adéquation pour répondre aux besoins des animaux à un stade précoce, peut donc constituer un facteur critique dans la modulation du phénotype des animaux tout au long de leur cycle de production.

Des études récentes sur la truite arc-en-ciel montrent que l'alimentation des géniteurs avec des régimes limitant la méthionine à 50 pour cent affecte divers traits de la progéniture, dont certains ont persisté pendant les premières semaines d'alimentation exogène. Que des mécanismes épigénétiques soient à l'origine de ces effets, nécessite une enquête plus approfondie.

Santé globale

Une carence en méthionine peut avoir différents impacts sur la santé globale. Par exemple, Une carence en méthionine peut conduire au développement de cataractes chez plusieurs espèces de poissons, par exemple. truite arc-en-ciel, bar rayé hybride et omble chevalier. Bien que le mécanisme derrière cela ne soit pas bien compris, on pense que le glutathion synthétisé de manière endogène à partir de la méthionine ou de la cystéine, est susceptible de jouer un rôle dans la prévention de la formation de ponts disulfure qui conduisent à l'insolubilité des protéines du cristallin et au développement d'une opacité oculaire.

De plus, Il a été démontré que la méthionine joue un rôle dans la santé intestinale de la carpe jian. Il a été démontré que les populations microbiennes dans le tube digestif des poissons (comme les Firmicutes) sont étroitement corrélées à la santé et à la nutrition des poissons.

Les bactéries du tube digestif des poissons pourraient sécréter des enzymes digestives, qui favorisent la digestion des substances nutritives et synthétisent les substances nutritives dont les poissons ont besoin. Il a également été démontré que la méthionine pouvait influencer l'équilibre de la microflore intestinale en favorisant la croissance des bactéries bénéfiques et en réduisant la croissance des bactéries nocives.

Changer notre regard sur la nutrition à la méthionine et la santé des poissons

Compte tenu du nombre de voies métaboliques nécessitant la méthionine et/ou ses dérivés, il n'est pas surprenant que la méthionine alimentaire affecte non seulement la croissance mais aussi le métabolisme et l'état de santé général des poissons.

Les preuves du rôle fonctionnel joué par la méthionine chez les poissons sont de plus en plus nombreuses et suggèrent que nous devons changer notre façon de considérer la nutrition de la méthionine et la santé des poissons. Il a été prouvé que la première étape d'alimentation du poisson est une fenêtre critique pour la programmation nutritionnelle et qu'il y a un impact positif de l'alimentation précoce d'un régime à base de plantes sur son acceptation et son utilisation futures.

Travailler ensemble, l'industrie et le monde universitaire doivent déterminer s'il est possible de programmer la croissance et la santé futures des poissons d'élevage grâce à une nutrition optimisée. Et, si c'est le cas, les critères de réponse qui devraient être (re)considérés pour définir des recommandations de méthionine (nutriment) qui optimisent au mieux la nutrition et la santé des poissons.

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