Выбор источника селена в кормлении скота

Зарубежный опыт

Тип кормовой добавки с селеном и форма, в которой элемент используется, играют решающую роль в обеспечении безопасности, биологической доступности и эффективности селена в рационах, его распределении и накоплении в тканях тела животных. Рациональный выбор источника селена имеет важное значение.

Добавки с селеном представлены в нескольких формах: неорганических солей (селенит или селенат натрия), сложных органических веществ (обогащенные селеном, т.н. “селеновые” дрожжи, в которых преобладают аналоги селеноаминокислот, особенно селенометионин), а также химически синтезированных селеноаминокислот и их аналогов. Органические формы селена – оптимальный его источник, при поступлении в клетки они превращаются в типичные промежуточные соединения для дальнейшего использования и/или выделения.

Повышенное содержание SeMet не означает высокую биодоступность

В кормовой промышленности распространено неправильное представление об общем содержании SeMet (L-энантиомер селенометионина) в добавках с селеном: считается, что “чем больше, тем лучше”. Это мнение не имеет научного обоснования, в настоящее время нет доказательств, что повышение уровня SeMet приводит к улучшению качества добавки. Хотя доля этого вещества может варьировать, следует ожидать, что биодоступность высвобождаемого при пищеварительных процессах в ЖКТ селенометионина будет различаться. Благодаря исследованиям становится все более очевидным, что форма, в которой представлен селен, влияет на стабильность и, следовательно, клеточную реактивность молекулы.

Менее стабильные формы селена обладают повышенными токсикологическими свойствами, а более стабильные гораздо менее токсичны. В одном из первых исследований, продемонстрировавших особенности отдельных препаратов селена, авторы изучили три различных доступных на рынке добавки на основе обогащенных селеном дрожжей. Каждый из них был подвергнут серии последовательных экстракций с последующим ферментативными реакциями для высвобождения селеносоединений, связанных с различными полисахаридными и белковыми фракциями. Эти соединения впоследствии разделяли и определяли с помощью SEC-ICP MS, сравнивали степень извлечения различных фракций из каждой дрожжевой добавки. Данные, представленные на рисунке 1, отражают результаты фракционирования селеносоединений дрожжей с использованием различных методов экстракции.

Cеленовые дрожжевые добавки неодинаковы

Хотя существует распространенное мнение, что добавки на основе обогащенных селеном дрожжей одинаковы, это не так — распределение селена по фракциям в них совершенно различно. Точно так же, как существуют различия между штаммами дрожжей на генетическом уровне, есть и фундаментальные различия в том, как дрожжи распределяют селен внутри клеток. Поэтому следует ожидать, что добавки также будут различаться по сроку годности, биодоступности селена, токсическому действию. Учитывая строго регулируемый характер использования препаратов селена, можно найти много информации о токсичности и стабильности его источников. Эти материалы позволяют принимать обоснованные решения относительно пригодности различных добавок для разных систем производства и безопасности продукции для потребителей.

Стабильность источника селена в премиксах и кормах

Дифференциальный анализ имеющихся данных о стабильности селеновых дрожжей с селеном и синтетических источников селена приведен в Таблице 1, с помощью которой можно оценить заметные различия между ними.

В настоящее время опытных данных о стабильности синтетических источников селена в комбикормах и после гранулирования недостаточно. Дрожжевые добавки исследованы лучше и демонстрируют высокий уровень стабильности в премиксах, комбикормах и после гранулирования, хотя между ними и существуют различия. Учитывая рост стоимости сырья и добавок, неудивительно, что производители премиксов и комбикормов уделяют все больше внимания рецептурам и, в частности, стабильности отдельных компонентов. Потенциальные потери из-за взаимодействия веществ в премиксе или при действии высокой температуры в процессе гранулирования вызывают озабоченность.

Разница в токсичности у источников селена

В Таблице 2 показаны различные виды токсичности источников селена. Селеновые дрожжи в применении весьма безопасны. Неорганические и синтетические источники селена же имеют четко выраженное токсическое действие. Интересны также особенности, связанные с токсичностью жидких и твердых форм одного и того же синтетического источника.

Причины различий в токсичности

Для понимания различий в токсичности между источниками селена полезно рассмотреть некоторые особенности биохимии этого элемента и его действие на клеточном уровне. Прооксидантные свойства таких источников селена, как селенит натрия, обусловлены их превращением в селениды или селенолы, легко окисляющиеся и ведущие к образованию активных форм кислорода (АФК). Изучено, что токсичность селенитов в основном вызывается повреждением ДНК из-за АФК-зависимых разрывов нити и/или окисления оснований, что приводит к апоптотической и некротической гибели клеток.

Более поздние исследования показали, что химически синтезированные селеновые добавки могут обладать прооксидантными свойствами, как у селенита натрия, но они могут быть усилены за счет инициирования дополнительных циклов окисления/восстановления. В конечном итоге в этих циклах потребляются внутриклеточные антиоксиданты, в т.ч. глутатион, и, следовательно, восстановленный кофактор НАДФН. Окислительно-восстановительные циклы, вызванные соединением селена, могут привести не только к дисбалансу антиоксидантов, но также к усилению синтеза АФК, что провоцирует дальнейшее повреждение нуклеиновых кислот, белков и липидов. Кроме того, окисленные селенолы будут катализировать образование дисульфидных мостиков между низкомолекулярными тиолами и белками, что может привести к инактивации или агрегации белков.

Ряд новых опытов показывает, что токсичность свободных соединений селена —результат их превращения в селеноцистеин, селеноаминокислоту, связанную с протеотоксическим стрессом. Это явление требует дальнейших исследований. Вполне может быть, что повышенная токсичность синтезированных добавок связана с усилением окислительно-восстановительного циклов и/или протеотоксичности из-за усиленного синтеза селеноцистеина на клеточном уровне, что приводит к острой пероральной токсичности этих веществ, аналогичной действию неорганического селенита натрия. Селеновые дрожжи обладают гораздо меньшей токсичностью. Преимущество дрожжей заключается в стабилизирующем влиянии, которое обеспечивается включением селена в пептиды и белки, а не в аминокислоты. Примечательно, что при этом АФК-зависимого повреждения ДНК, белков и липидов на клеточном уровне не происходит. У химически синтезированных источников нет этого защитного механизма, из-за чего они оказывают негативное воздействие на клетки. Нестабильность синтетических селеноаминокислот хорошо изучена.

Это проиллюстрировано на Рис. 2, где при усилении окислительного режима раствора восстановление синтетического L-селенометионина в его чистой форме быстро снижается. Напротив, восстановление селенометионина селеновых дрожжей остается в тех же условиях почти постоянным, что свидетельствует о его большей стабильности и сниженной восприимчивости к окислению. Хотя это и не прямое измерение in vivo, такой простой метод хорошо демонстрирует стабильность форм микроэлементов в окислительной среде.

Антиоксиданты против прооксидантов

Главная цель добавления селена в рацион – защита от окислительного стресса. Основным же результатом окислительного стресса, или стресса, вызванного кислородными радикалами, является повреждение ДНК. Исследования на модельных животных, в которых оценивалось действие селенита натрия, синтетического L-селенометионина и селеновых дрожжей на экспрессию генов, дали интересные результаты. Авторы изучали индукцию экспрессии генов и синтеза белков, связанных с повреждением ДНК, а также физические маркеры окислительного стресса (Рис. 3). Выявлено, что экспрессия гена Gadd45b и синтез соответственного белка (реакция на повреждение ДНК) снижалась во всех тканях после добавления селеновых дрожжей (рис. 3А). Селенит натрия снижал экспрессию Gadd45b в коре головного мозга и икроножной мышце, а синтетический препарат селена – только в коре. Авторы также заметили, что в печени селеновые дрожжи значительно снижают уровень белка, кодируемого геном Gadd45b, демонстрируя защитное действие (рис. 3В). Кроме того, авторы измерили уровни маркера окислительного повреждения ДНК (8-oxo-dG) в печени и обнаружили его снижение на 27% у животных, получавших селеновые дрожжи (рис. 3C).

Также весьма интересна заметная индукция гена р53 в ткани кишечника животных, получавших химически синтезированный источник селена (Рис. 4). Отмечено, что ген супрессии опухолей р53, фактор, контролирующий клеточный ответ на повреждение ДНК, индуцируется при острой реакции на повреждение ДНК, а также при хронических повреждениях в стареющих тканях. Следовательно, уровень экспрессии р53 выступает индикатором эндогенной нестабильности генома. Синтетический источник селена, в отличие от селеновых дрожжей, способствует генотоксичности, что в целом отражает данные об острой пероральной токсичности, представленные в Таблице 2.

Выводы

Разные источники селена влияют на свойства добавок — от срока годности до токсических эффектов. Различия в стабильности отмечают на разных уровнях — непосредственно добавки, премиксов и комбикормов, в которые ее ввели. По сравнению с селеновыми дрожжами, химически синтезированный селенометионин относительно нестабилен и имеет ограниченный потенциал. Функционирование антиоксидантов может быть нарушено при воздействии высоких уровней химически синтезированных селеновых добавок. Это может привести к изменению экспрессии генов и клеточной функции в ответ на окислительный стресс, развитию цитотоксичности и протеотоксичности.

По материалам Р. Мерфи, д.в.н (Европейский центр биологических наук).

Перевела А. Романенко.