Kiaulių stresinio sindromo genetinis pagrindimas
Stresą, kaip bendrą organizmo prisitaikymą arba fiziologinę nespecifinę jo reakciją į bet kokius veiksnius, sukeliančius fizinę ar psichinę traumą, pirmasis 1936 m. apibūdino Kanados mokslininkas H. Selje. 1968 m. Naminių kiaulių populiacijoje jautrumas stresui buvo pastebėtas daugeliui sveikų, normalaus svorio kiaulių prieš skerdimą ir aprašytas 1953-1957 m. Danijoje ir Prancūzijoje. Stebėti simptomai buvo aukšta temperatūra, padidėjęs širdies ir kvėpavimo dažnis, raumenų įtempimas. Šie simptomai buvo pavadinti kiaulių stresiniu sindromu (Porcine stress syndrome – PSS). Dažnais atvejais buvo stebimas stiprus kūno temperatūros padidėjimas – terminis šokas (Malignant hyperthermia – MH), kurio pasekoje gyvulys nugaišta (Kerry et al., 2002; Morgan, 1995). 1970 metais atrastas Halotano testas jautrumui įvertinti. 1974 m. aprašytas reakcijos į Halotano testą paveldimumas (nustatyta HAL lokuso vieta, recesyvinis paveldimumo tipas). 1990 m. identifikuotas HAL genas ir priskirtas 6 chromosomai (Brenig, Brem, 1992). 1991 m. HAL genui tirti pradėtas naudoti DNR testas. Jautrumą stresui lemia šio geno vieno nukleotido T(timino) pasikeitimas į C (citoziną) 1843-oje bazių poroje. To pasekoje yra sintetinama ne Arginino, o Cisteino amino rūgštis, dėl to pakinta membraninio baltymo (ryanodino receptoriaus) struktūra ir sutrinka Ca2+ jonų pralaidumas per membraninius kanalus. Tai tiesiogiai paaiškina kelis fenomenus: hipertermiją (MH) ir PSE mėsos sindromą. Šie genetiniai pakitimai, esant Halotano narkozei, iššaukia raumens kontrakturaciją, hipermetabolizmą ir aukštą temperatūrą Mutacija turi visą eilę pavadinimų: CRC – Ca2+ jonu pralaidumo kanalų genas; RYR 1- Ryanodino receptoriaus genas; HAL – jautrumo halotanui genas; MHS- terminio šoko genas (Gronek et al., 1999; Miceikiene, Jokubka, 2000).
HAL (CRC, RYR1, MHS) genas yra randamas ne tik kiaulių, bet ir kitų individų genome – galvijų 18 chromosomoje, arklių 10 chromosomoje, žmonių 19 chromosomoje, pelių 7 chromosomoje. Kiaulių šeštoje chromosomoje randasi ne tik HAL genas, bet ir genai svarbūs kiaulių endokrinologijoje ir reprodukcijoje.
Kiaulių stresinio sindromo poveikis mėsos kokybei
Hal genas iššaukia raumens kontrakturaciją, hipermetabolizmą ir aukštą temperatūrą. Dėl padidėjusio raumenų metabolizmo, stresui jautrių gyvulių skerdenose pakinta glikogeno skilimo greitis (Scholz et al., 1997). Glikogenas per valandą virsta pieno rūgštimi, todėl staigiai krenta pH (iki 5,5). Tuo tarpu stresui atsparių kiaulių raumenyse pH nuo 7,3 iki 5,5 nukrenta per 10 -24 val. Žemas pH, aukšta temperatūra, sukelia raumenų degeneraciją, pablogina baltymo makrostruktūrą, o tuo pačiu ir mėsos kokybę. Ji tampa minkšta, pablogėja vandens rišlumas, padidėja virimo nuostoliai. Tai vadinamoji PSE mėsa (Pale, Soft, Exudative – blyški, minkšta, vandeninga) arba DFD (dark, firm, dry – tamsi, kieta, sausa). Tokia mėsa netinka kai kurioms kiaulienos perdirbimo technologijoms (rūkymui, ilgam laikymui) (Bowker et al., 2000).
Abu eksudacijos tipai yra apspręsti nenormalaus poskerdiminio glikogeno skilimo ir pieno rūgšties susidarymo raumenyse. Esant normaliai šio proceso trukmei (6-10 val.), mėsa tinkamai subręsta, įgauna šviesiai rožinę spalvą, būna stangri ir sultinga. Normaliai subrendusi kiauliena yra atspari gedimui laikymo metu, ilgą laiką išlaiko aromatą ir skonį, o perdirbant tokią mėsą, patiriami nedideli nuostoliai. Nenormaliai subrendusi kiauliena, priklausomai nuo eksudacinio tipo, būna blyški arba pernelyg tamsi, vandeninga arba sausa, labai kietos arba net žele konsistensijos. Ilgai laikant tokią mėsą, ji greitai genda, netenka specifinio skonio ir kvapo, praranda daug sulčių, perdirbimo metu nuostolinga (Bowker et al., 2000; Fisher et al., 2000; Fernandez et al., 2002). Tiriant eksudacinę kiaulieną, pastebėtas skirtumas tarp tamsių ir išorinių šviesių mėsos sluoksnių. Tamsiuose sluoksniuose yra daugiau pigmentinių medžiagų, mažiau drėgmės ir aukštesnis pH. Pastebėta, kad toje pat skerdenoje, mėsos eksudacinis laipsnis yra nevienodas. Dažniausiai eksudacija pasireiškia ir didesniu laipsniu vertingiausiose skerdenos dalyse, tokiose, kaip m. longissimus. Toks raumuo tampa vandeningas, minkštas, kempinės konsistensijos, dreblus (PSE). Eksudacinė kiauliena pasižymi greitesniu poskerdiminiu sustingimu ir atsileidimu, mėsos temperatūra būna aukštesnė. Tokioje mėsoje sarkoplazmos elementai per 40 min. po paskerdimo suyra visiškai, kas sumažina drėgmės rišlumą (Fisher et al., 2000; Fernandez et al., 2002).
Eksudacijai nustatyti, praėjus 1-2 val. po skerdimų išmatuojamas mėsos pH. Jei mėsos pH 5-5,5, ji panaudojama rūkytų dešrų gamybai. Norint išvengti eksudacinės mėsos pavandenijimo, ji kuo greičiau perdirbama – sūdoma, nes sūdymas stabdo glikogenolizę. Eksudacinė mėsa, naudojama virtų dešrų gamyboje, padidina termoapdirbimo nuostolius, pablogina dešrų organoleptines savybes. Ilgai laikant eksudacinę mėsą, ji netenka 6-10% mėsos sulčių bei didelio kiekio pilnaverčių baltymų. Dideli mėsos sulčių nuostoliai būna ir sūdant ilgai laikytą vandeningą kiaulieną. Mažiausius ekonominius nuostolius patiriama konservuojant eksudacinę mėsą (Fisher et al., 2000; Fernandez et al., 2002).
Kiaulių stresinio sindromo poveikis sveikatingumui ir reprodukcinėms savybėms
Paveiktas stresoriaus, organizmas mobilizuoja centrinę nervų, virškinimo sistemas ir endokrinines liaukas fiziologinei pusiausvyrai ir gyvybinėms funkcijoms palaikyti, dėl to pablogėja stresams jautrių kiaulių reprodukcinės savybės. 20,3% stresams jautrių kiaulių blogiau apsivaisina, 9,5-10% sumažėja paršelių vada, paršelių svoris apie 10% mažesnis. Stresams jautrūs paršeliai 1,9 karto daugiau serga virškinamojo trakto ligomis, tokių paršelių kritimai iki 2 mėn. amžiaus 18 % didesni nei stresams atsparių paršelių. Stresui jautrių kiaulių kritimai dėl terminio šoko galimi transportuojant, pergrupuojant ar kitokių stresinių situacijų atveju. Gyvulių nervinės disharmonijos reiškiniai dėl streso veiksnių yra glaudžiai susiję su daugelio fiziologinių funkcijų pakitimais. Streso sindromo klinikai būdinga bendra depresija, raumenų įtampa, uodegos bei galūnių traukuliai, ausų cianozė, baltos arba raudonos dėmės odoje, dažnas pulsas ir kvėpavimas, dusulio atsiradimas, padidėjusi kūno temperatūra (Gahne, Junea, 1985; Smet et al., 1997; Kriauziene ir kt., 2005).
Kiaulių stresinio sindromo paveldėjimas
Genas yra paveldimas autosominiu recesyviniu būdu (Miceikienė, Jokubka, 2000), t.y. jei genas yra homozigotinėje recesyvinėje būsenoje (nn) tokios kiaulės jautrios stresams, jei heterozigotineje (Nn), tokios kiaulės yra šio geno nešiotojos, jei homozigotinėje dominantinėje (NN), tokios kiaulės yra atsparios stresams (Gahne ir Juneja, 1985). Poruojant paršavedę ir kuilį, kai jie abu yra homozigotinėje būsenoje (NN), bus tik stresui atsparūs palikuonys (1 pav). Tačiau poruojant stresui atsparią paršavedę (NN) su kuiliu – šio geno nešiotoju (Nn) arba stresui atsparų kuilį (NN) su paršavede šio geno nešiotoja (Nn) – vadoje bus 25 šio geno nešiotojų (Nn), o likę bus atsparūs (NN) (2 pav). Poruojant paršavedę su kuiliu, kurie abu bus šio geno nešiotojai (Nn), bus ketvirtadalis stresui atsparių (NN), 50 genus nešiojančių (Nn) bei ketvirtadalis stresui jautrių (nn) paršelių (3 pav). Poruojant šio geno nešiotoją paršavedę (kuilį) ((Nn) su stresui jautriu kuiliu (paršavede) (nn), 50 palikuonių bus streso geno nešiotojai (Nn), o kiti 50 jauniklių bus jautrūs stresui (nn) (4 pav). Kai kiaulių bandoje HAL geno atžvilgiu nevykdoma tinkama atranka ir paranka, streso genas greitai išplinta. Tirti tikslinga kuo ankstyvesnio amžiaus norint laiku išbrokuoti jautrias stresui kiaules.
♀NN
NN♂
NN
NN
NN
NN
X
100 %
pav. Sveikų (NN) paršavedės (kuilio) ir kuilio (paršavedės) poravimas
50 %
50 %
♀NN
Nn♂
P♂ PP♂
NN
N N NN
Nn
P
NN
Nn
P
X
2 pav. Sveikos (NN) paršavedės (kuilio) ir kuilio (paršavedės), geno nešiotojo (Nn), poravimas
25 %
50 %
25 %
♀Nn
Nn♂
NN
Nn
Nn
nn
X
3 pav. Paršavedės (kuilio), geno nešiotojos (Nn), ir kuilio (paršavedės), geno nešiotojo (Nn), poravimas
50 %
50 %
♀nn
Nn♂
P♂ PP♂
nn
N N NN
Nn
P
nn
Nn
P
X
4 pav. Paršavedės (kuilio), sergančios (nn), ir kuilio (paršavedės), geno nešiotojo (Nn), poravimas
Kiaulių stresinio sindromo tyrimo metodai
Kiaulių stresinis sindromas yra paveldimas. Panaudojant specifinius kiaulių stresiniam sindromui DNR žymenis molekulinių genetinių (PGR-RFIP) metodų pagalba yra išaiškinami ne tik stresui jautrūs (homozigotiniai) bet ir šio geno nešiotojai (heterozigotiniai) gyvuliai. Heterozigotiniai gyvuliai turi nepilnai išreikštus kiaulių stresiniam sindromui būdingus neigiamus požymius.
Halotano testas – atradus, kad halotanas yra stresą sukeliantis faktorius, 1970 metais Olandijoje jis pradėtas naudoti kaip metodas kiaulių jautrumui stresams įvertinti. Metodas plačiai paplito pasaulyje. Tačiau į šį testą reaguoja tik tos kiaulės, kurios yra stresui jautrios, t. y. pakitusį recesyvinį HAL geną turi homozigotinėje būsenoje (nn). Jei gyvulys yra heterozigotinis šio geno atžvilgiu (Nn), jis į halotano testą nereaguoja ir negalima jo atskirti nuo stresui nejautraus gyvulio (NN).
PGR – RFIP metodas – nustačius HAL geno nukleotidų seką, 1992 m. buvo atrastas metodas, panaudojant specifinius genui pradmenis polimerazinėje grandininėje reakcijoje bei įvertinus restrikcinių fragmentų ilgio polimorfizmą atskirti tris genotipus – stresui jautrius (nn), nepageidaujamo geno nešiotojus (Nn) ir stresui nejautrius gyvulius (NN). DNR tyrimą galima atlikti nepriklausomai nuo gyvulio amžiaus bei lyties, net tik ką gimusiam paršeliui. Tyrimas atliekamas vieną kartą gyvenimo eigoje. DNR tyrimui gali būti išskirta iš audinio (ausies gabaliuko), šerių, spermos, kraujo. Šio tyrimo metu nustatomi stresui jautrūs gyvuliai (homozigotiniai), pakitusio streso geno platintojai (heterozigotiniai) ir neturintys šio geno gyvuliai (Brenig, Brem, 1992; Braun et al., 1999).
Kiaulių stresinio sindromo problema (PSS) šiandien yra aktuali visame pasaulyje. Tai lemia keletas pagrindinių faktorių: pirma – kiaulių auginimo technologijos kasmet vis labiau mechanizuojamos ir automatizuojamos. Intensyvėjant auginimo technologijoms pasitaiko daug stresą sukeliančių faktorių. Antra – šiuo metu ypač didelis dėmesys yra kreipiamas į mėsos kokybę, jos tinkamumą tolesniam technologiniam perdirbimui, todėl kiaulių stresinio sindromo tyrimai, atranka, paranka yra būtini kiaulių veisimo elementai, siekiant eliminuoti nepageiduajmą geną iš atskirų kiaulių populiacijų.