¿Cómo se utiliza el glutatión en la acuicultura?

Glutathione is a tripeptide consisting of glutamic acid, cysteine, and glycine with sulfhydryl groups, and is the most important low molecular weight antioxidant synthesized in cells. It occurs in nature in two forms: reduced glutathione (GSH) and oxidized glutathione (GSSG). GSH is usually referred to as GSH[1], which has a sulfhydryl group and γ-glutamine. GSH has many physiological functions, such as scavenging free radicals, enhancing immunity, and chelating and detoxification[2].

Con el desarrollo continuo de la acuicultura de alta densidad, las enfermedades acuáticas son cada vez más graves, y el estado otorga cada vez más importancia a la inocuidad de los alimentos. Los aditivos alimentarios seguros y eficientes se han convertido en la clave para resolver los problemas sanitarios de los animales de acuicultura y mejorar el rendimiento y la calidad de los animales de acuicultura.

In recent years, the application of glutathione in aquaculture has been widely researched and become a hot spot for feed additive development. The article summarizes the latest research progress on the production and application of glutathione in aquaculture both at home and abroad and aims to provide new scientific ideas for the application of glutathione in aquaculture by elucidating the principles and effects of glutathione on different aspects of aquaculture animals.

1. Fuentes y metabolismo del glutatión

1.1 fuentes de glutatión

Glutathione is mainly synthesized and reduced in the body. GSH is synthesized in liver cells by a two-step enzymatic reaction catalyzed by γ-glutamylcysteine synthetase (GSHI or γGCS) and glutathione synthetase (GSHII or GS), using glutamic acid, cysteine and glycine as substrates[3] . GSSG is synthesized in a two-step enzymatic reaction catalyzed by γ-glutamylcysteine synthetase (GSHI or γGCS) and glutathione synthetase (GSHII or GS) [3]; the GSH reduction pathway mainly involves the intracellular GSSG being reduced to GSH by glutathione reductase (GR) [4].

Además, GSSG puede generar GSH bajo la acción de la sulfotransferasa, o reaccionar con ácido ascórbico para generar GSH; Cuando GSH es agotado o insuficiente, los mamíferos pueden utilizar la metionina para generar GSH [5].

1.2 metabolismo del glutatión

Glutathione can be completely absorbed and transported by the small intestine [6], and through the bloodstream into the pancreas, liver and other parts of the metabolism, to complete the scavenging of free radicals, detoxification and nutrient transport and other functions [7], and the kidneys are able to uptake GSH from the blood, which is an important place for the removal of GSH from the blood plasma. Adverse conditions such as aging, toxicity, infection, and oxidative stress can reduce the synthesis of intracellular GSH, which can lead to a decrease in GSH levels in the body, and exogenous supplementation of GSH can alleviate or terminate these problems.

2. Métodos de producción de glutatión

2.1 método de extracción directa

El método de extracción directa utiliza principalmente disolventes orgánicos para obtener glutatión de tejidos animales y vegetales ricos en glutatión (por ejemplo, germen de maíz o gerde trigo) como materias primas y luego obtiene glutatión a través de la separación, concentración y secado después del tratamiento con amilasa y proteasa [8]. Sin embargo, el método de extracción directa tiene los problemas de baja pureza y bajo rendimiento, que no es adecuado para la producción industrializada y la aplicación.

2.2 síntesis química

La producción de glutatión por síntesis química comenzó en la década de 1970. El glutatión fue sintetiza partir del ácido glutámico, cisteína y glicina a través de las etapas de protección del grupo, condensy desproteción [9]. Este método fue aplicado a la producción de glutatión anteriormente, pero tiene muchos problemas, tales como operación complicada, alto costo, consumo a largo plazo, y serios problemas ambientales.

Método enzimático

La síntesis enzimde glutatión se refiere al proceso de síntesis de glutatión en el organismo, utilizando ácido l-glutámico, l-cisteína y glicina como sustr, y añadiendo dos sintetasas de glutatión, − GCS y GS, que se obtienen de organismos naturales, y luego sintetizel glutatión paso a paso por las dos sintetasas, y ambas de estas dos reacciones necesitan ser añadicon la adición de trifosfato de adenosina (ATP) para proporcionar energía [10]. Ambas reacciones requieren la adición de trifosfato de adenosina (ATP) para obtener energía [10]. Por lo tanto, aunque la síntesis enzimdel glutatión es más eficiente, es fácilmente afectada por factores como la actividad enzimy el precio del ATP.

2.4 fermentación microbiana

Compared with extraction, chemical synthesis and enzymatic methods, the Producción de glutatión por fermentaciónTiene las ventajas de una rápida tasa de producción, condiciones de reacción suaves, bajo costo y menos contaminación, y se ha convertido en el principal método de producción de glutatión con gran potencial de desarrollo.

Hay dos tipos de cepas para la producción de glutatión, una es la de alto rendimiento obtenido de la cría por mutación convencional, como Saccharomyces cerevisiae, Candida utilis, y Pseudomonas fluorescens [11-13]. El segundo tipo son las bacterias genéticamente modificadas (GEBs), que utilizan tecnología recombinante para introducir los genes para la síntesis de glutatión en otro microorganismo para la producción de glutatión, y hoy en día, la mayoría de ellos son bacterias genéticamente modificadas utilizando Saccharomyces cerevisiae o Escherichia coli como los portadores [14-15].

Además de las cepas, los factores que afectan a la producción de glutatión por fermentación microbiana incluyen la tecnología de control de la fermentación microbiana y la tecnología de purificación de glutatión. La tecnología de control de la fermentación microbiana incluye la optimización del medio de cultivo, las condiciones de cultivo y el control del proceso de fermentación; La tecnología de purificación de glutatión y la tecnología de purificación incluye la extracción con disolvente, la extracción con agua caliente y la homogeneia alta presión [16]. Hoy en día, la tecnología de la fermentación microbiana para la producción de glutatión es relativamente madura, y es capaz de producción industrial a gran escala y tiene un gran potencial de desarrollo.

3. Aplicación de glutatión en animales acuáticos

3.1 aplicación de glutatión en el crecimiento de animales acuáticos

La aplicación de glutatión en el rendimiento de crecimiento de los animales acuáticos, tales como Eriocheir sinensis [17], mylo-pharingodon piceus Richardson [18] y litopo - naeus vannamei [19], ha demostrado que el glutatión tiene un efecto promotor del crecimiento en los animales acuáticos. Estudios en animales acuáticos, tales como Litope-naeus vannamei [19], han demostrado que el glutatión tiene un efecto promotor del crecimiento. Los efectos promotores del crecimiento del glutatión en los animales acuáticos pueden ser multifacéticos. En primer lugar, la adición de glutatión a la alimentación tiene un efecto positivo en la secreción endocrina de los animales acuáticos, que puede hasta regular la expresión del factor de crecimiento similar a la insulina I y los genes de la hormona del crecimiento, promoviendo así la secreción de la hormona del crecimiento y la hormona tiroides, y así promover aún más el crecimiento de los animales acuáticos.

Ming et al.[20] mostraron que la adición de 407,45 mg/kg de GSH al alimento podría promover la expresión del factor de crecimiento similar a la insulina I en el hígado de la carpa de hierba (ctenopharingodon Idella) y aumentar la tasa de ganancia de peso de la carpa de hierba. En segundo lugar, el glutatión contiene cisteína, que es uno de los componentes de la coenzima a. Puede romper el enlace disulfurde de las moléculas de la hormona inhibitdel crecimiento, aliviar el efecto inhibitde la hormona inhibitdel crecimiento sobre la hormona del crecimiento, y así promover el crecimiento del cargrass carp.21 Xiao et al.[22] encontraron que la inyección peritoneal de clorhidrde cisteamina (CSH) en carpa de pasto aumentó significativamente la concentración sérica de hormona del crecimiento y luego promovió el crecimiento a corto plazo de carpa de pasto juvenil. Además, GSH se puede utilizar para mejorar el crecimiento a corto plazo de carpa hierba juvenil.

In addition, GSH can promote the growth of aquatic animals by enhancing the absorption of nutrients. Feng Gupan et al.[23] showed that the addition of 0.30 g/kg of GSH to the feed decreased the feed coefficient and increased the body weight of Procambarus clarkii. In rainbow trout (Oncorhynchus mykiss), the addition of 200 mg/kg of GSH to the diet was shown to increase intake, weight gain and specific growth rate.24 Wang et al.[19] showed that the addition of 75-150 mg/kg of GSH increased the feed intake and weight gain of Litope naeus vannamei. - Litope naeus vannamei (Litopenaeus vannamei) gut wall thickness and specific growth rate. La adición de320 mg/kg GSH to the feed significantly increased the protein efficiency of GIFT Oreochromis niloticus (tilapia), thus promoting growth [25].

3.2 aplicación de glutatión en el estrés oxidativo en animales acuáticos

Con el continuo desarrollo de la acuicultura intensiva, cada vez hay más factores que causan estrés en los animales acuáticos. El estrés oxidativo es causado por un aumento en el contenido de radicales libres de oxígeno en el cuerpo, que destruye el equilibrio entre la oxidy los antioxidantes en el cuerpo, formando así el estrés oxidativo [26-27]. El estrés oxidativo reduce la inmunidad de los animales acuáticos, causa daños en los tejidos, retrasel crecimiento y, en última instancia, reduce el rendimiento y la calidad de los productos acuáticos.

Como un antioxidante endógeno, el glutatión juega un papel importante en el sistema antioxidante del organismo. En primer lugar, el glutatión es el compuesto sulfhidrilo no protemás abundante en el organismo, y el grupo sulfhidrilo de GSH puede proporcionar un electrón reducdirectamente a los radicales libres para reducirlos a sustancias no tóxicas, y luego reaccionar con otro glutatión activo para formar GSSG, que puede lograr el efecto de reducir los radicales libres, y mantener el metabolismo de los radicales libres en el organismo [28]. Además, ya que GSH y GSSG pueden ser interconvertidos en el cuerpo, pueden ser utilizados como bufredox para mantener el equilibrio del estado redox celular [29].

The addition of GSH to feed can increase the accumulation of GSH in aquatic animals, thereby reducing the level of oxidative stress in the body, increasing the activity of antioxidant enzymes, and enhancing the antioxidant capacity of the body. Studies in turbot (Scophthalmus maximus), Chinese crabs, mackerel, South American white shrimp, seabass (Lateolabrax japonicus) and other aquatic animals have shown that the addition of appropriate amounts of GSH to feeds can increase the antioxidant activity in the body and enhance the antioxidant capacity [5, 17-18, 30-31]. However, excessive glutathione may hurt the antioxidant capacity of aquatic animals, which may be due to the high concentration of glutathione causing DNA damage, resulting in its pro-oxidant effect [32-33].

3.3 aplicación de glutatión en animales de acuicultura#39; Rendimiento inmune

En el proceso de acuicultura, la alta densidad de los cultivos, la oxidy acidide los piensos y el deterioro del medio acuático han conducido a una disminución continua de la capacidad inmunde los animales de acuicultura y a un aumento significativo de la tasa de morbilidad [34].GSH puede mejorar el rendimiento inmuneLos animales de acuicultura de muchas maneras, en primer lugar, la disminución de la inmunidad en el animal#39;s cuerpo a menudo se relaciona con el estrés oxidativo, y GSH, como un antioxidante importante en el cuerpo, puede estar involucrado en la eliminación de exceso de radicales libres para inhibir el estrés oxidativo y mejorar el rendimiento inmune [35]. Como una sustancia antioxidante importante en el cuerpo, GSH puede participar directamente en la eliminación del exceso de radicales libres, inhibidel estrés oxidativo y mejorar el rendimiento inmune [35].

En segundo lugar, GSH puede mejorar la función inmune del cuerpo mediante la regulación de los factores activos en el cuerpo animal. Zhou Yanling et al. [36] mostraron que la adición de 357,69 mg/kg GSH en la alimentación podría aumentar los niveles de lisozima (LZM), fosfatasa alcalina (AKP) y fosfatasa ácida (ACP) en los jóvenes Pelteobagrus fulvidraco [37]. Actividad de LZM, fosfatasa alcalina (AKP) y fosfatasa ácida (ACP) en larvas de peces, y aumento de los niveles de inmunoglobulina M y complemento 4. En el estudio de Eriocheir sinensis, se demostró que la adición de 600 mg/kg o 900 mg/kg de GSH a la alimentación podría aumentar las actividades de las inmunoenzimas como la lisozima, reducir las actividades de Toll like receptor 1 (TLR1), Toll like receptor 2 (TLR2), y TLR2 (TLR2), y aumentar los niveles de inmunoglobulina M y complemento 4. Toll like receptor 1 (TLR1), Toll like receptor 2 (TLR2) y factor de diferenciación mieloide 88 (Myd88) para mejorar el rendimiento inmune de Eriocheir sinensis[17].

Xue et al.[21] showed that the addition of 500 mg/kg of glutathione to the feed could improve the immune performance of Chinese mitten crab (Eriocheir sinensis) by regulating the expression of Interleu - kin-1β (IL-1β), Interleukin-6 (IL-6) and tumor necrosis factor-α (TNF-α, TNF-α, TNF-α, TNF-α, TNF-α, and other immune factors[22] . The expression of inflammation-related genes such as Interleukin-6 (IL-6), Interleukin-6 (IL-6) and Tumor necrosis factor-α (TNF-α) reduces gill and liver inflammation caused by ammonia stress, and enhances the immunity of common carp (Cyprinus carpio).

El glutatión puede mejorar la vitalidad de las células inmuny promover la proliferación de las células inmun. Pruebas en Oreochromis ni- loticus → O. aureus mostraron que la adición exógena de cantidades adecuadas de GSH podría aumentar la ráfaga respirde macrófagos en la cabeza de Oreochromis ni- loticus juveniles, participando así en la inmunomodulación [37]. Zhao Hongxia et al.[38] mostraron que el número de leucocitos en la sangre de la carpa de pasto aumentó con el aumento de GSH en el alimento, lo que aumentó la función inmunitaria no específica de la carpa de pasto y fortalecisu capacidad para resistir las enfermedades.

3.4 aplicación de glutatión en la desintoxicación de animales acuáticos

El mecanismo de desintoxicación de GSH consta de dos aspectos: por un lado, como un antioxidante importante, GSH puede eliminar el exceso de radicales libres en el organismo; Por otro lado, GSH puede inhibir la peroxidlipía través de algunas enzimas, para reducir los efectos adversos de sustancias nocivas causadas por el estrés oxidativo, y atenuar su toxicidad. Zhou Yanling et al.[39] mostraron que la adición de 357,69 mg/kg GSH a la dieta de jóvenes Pelteobagrus fulvidraco fue capaz de mejorar su capacidad antioxidante y aumentar la resistencia al estrés al amoníaco y nitrógeno. En carpa de pasto, se demostró que la adición de 407.45 mg/kg GSH podría aumentar la actividad de las enzimas antioxidantes, mejorar la capacidad antioxidante del organismo, y reducir el daño causado por las microcistinas, pero la cantidad excesiva de GSH también tuvo un efecto negativo [20]. Estudios en Oreochromis niloticus mostraron que GSH podría aliviar la peroxidlipí, mejorar la función hepática y aliviar la intoxicación por aflatoxina [40].

Por otro lado, GSH puede unirse con varias sustancias tóxicas y sus metabolipara formar aductos no tóxicos, que luego son excretados del animal. Estudios en Pelteobagrus fulvidraco han demostrado que el glutatión puede unirse a las microcistinas para formar productos más hidrófilos, que pueden ser excretados más fácilmente [41]. Ren SJ et al.[42] mostraron que el glutatión podría formar productos intermedios con el foxim, reduciendo así el valor residual del foxim en el hígado de Carassius au-ratus gibelio. Experimentos en tilapia del Nilo mostraron que la adición de una cierta concentración de plomo a la alimentación causó un aumento adaptativo en el contenido de GSH en el hepatopáncreas y una disminución en el contenido de GSH con el aumento en el contenido de plomo, que puede atribuirse a la capacidad de GSH para formar complejos con iones metálicos, y luego estos complejos se agregy rápidamente excretado del cuerpo, logrando así el efecto de rápida desintoxicación [43-44].

4. Resumen y perspectivas

El glutatión se puede producir de varias maneras, entre las cuales se han aplicado industrialmente métodos químicos, enzimy de biofermentación, sentando una buena base para la aplicación del glutatión en la acuicultura. GSH tiene un gran potencial para ser utilizado en la acuicultura saludable de animales acuáticos, así como la mejora de la calidad de los productos acuáticos. Investigadores nacionales e internacionales han realizado estudios exhaussobre la aplicación del GSH en la acuicultura, especialmente en la alimentación de animales acuáticos. Sin embargo, el desarrollo y utilización del glutatión está limitado por sus propiedades hidrosoluy pH bajo. Por lo tanto, en la investigación futura, la optimización del procesamiento del alimento con glutatión podría fortalecerse y la cooperación entre GSH y otros nutrientes podría explorarse para lograr la utilización eficiente del glutatión.

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