Генетическая детерминация накопления меди в миокарде у крупного рогатого скота Западной Сибири

Введение. Медь входит в число эссенциальных элементов, поскольку широко представлена в составе кофакторов ферментов, катализирующих ключевые биохимические реакции во всех клетках, и выступает участником сигнальных путей. Биологическая потребность в меди сочетается с высокой токсичностью. При равновесных состояниях токсические эффекты меди нивелируются с помощью системы транспортных белков, которые переносят медь к печени, где происходит биосинтез купроэнзимов [1, 2].

Концентрация свободной меди в цитоплазме очень низкая, поскольку большинство белков, содержащих медь, относится к ферментам класса оксидаз, локализующихся на поверхности клеточных мембран или в везикулах. Менее 10 % металла находится в крови в комплексе с альбуминами [3], а основное количество меди в составе белковых комплексов сосредоточено именно в органах. Поэтому определение уровня меди в тканях и органах сельскохозяйственных животных имеет значение не только с точки зрения оценки здоровья самого животного, но и формирования положений о достаточности и безопасности дальнейшего потребления в качестве продуктов питания.

Основным органом, осуществляющим метаболизм меди, является печень. При этом результаты многих исследований указывают на актуальность определения содержания меди в миокарде и выявления факторов, влияющих на аккумуляцию меди кардиомиоцитами. Еще в работе O. Wostrer (1989) продемонстрирована положительная корреляционная связь между уровнем меди в ткани сердца и величиной фракции выброса левого желудочка. Была ус- тановлена положительная взаимосвязь между содержанием меди в сыворотке крови и в ткани сердца. Описана положительная динамика в состоянии сердечной мышцы при хронической сердечной недостаточности на фоне приема медьсодержащих препаратов [4]. Избыток или недостаток меди как микроэлемента, участвующего в биосинтезе тиреоидных гормонов, обеспечивает контроль их концентрации и выступает предиктом прямых эффектов трийодтиронина на кардиомиоциты, связанных с воздействием на транскрипцию генов и внеядерным действием на работу ионных каналов [5]. Избыток меди может быть причиной дилатационной кардиомиопатии с развитием пролонгированных токсических кардиодепрессивных эффектов [6]. При дефиците меди активируется перекисное окисление липидов с нарушением целостности кардиомиоцитов [7].

Синтез медьсодержащих белков и баланс меди регулируются паратипическими и генетическими механизмами. Средовые нарушения баланса меди, например, могут быть вызваны ионами Ag(I), поскольку они конкурентно присоединяются к медьсвязывающим участкам транспортных белков [8]. Подробно описан антагонизм меди с цинком, развивающийся в силу множества причин, в том числе связанных с загрязнением окружающей среды [9].

Известные на сегодняшний день генетические механизмы регуляции гомеостаза меди реализуются главным образом через систему клеточного транспорта меди и связаны с рядом полиморфизмов и мутаций в генах белков CTR1, DMT1, COX17, ATP7A, ATP7B, выступающих переносчиками меди [10].

Основными источниками меди для человека являются мясопродукты. Медь является эссенциальным элементом, одновременно ее ионы обладают выраженной токсичностью. Поэтому существует необходимость мониторинга содержания данного металла в органах и тканях. При этом важное значение имеет проблема установления факторов, в том числе генетических, влияющих на процессы аккумуляции меди в организме, поскольку затрагиваются вопросы получения экологически безопасной продукции питания для человека и селекции сельскохозяйственных животных на устойчивость к накоплению химических элементов.

Цель исследования – оценка наследственной обусловленности накопления меди в сердечной мышце у бычков голштинской породы, разводимых в эколого-климатических условиях Западной Сибири.

Задачи: установить средние показатели и оценить фенотипическую изменчивость содержания меди в миокарде 12–13-месячных бычков; изучить влияние генотипа быков-производителей голштинской породы на концентрацию меди в миокарде у потомков; определить референсный интервал содержания меди в миокарде для бычков данной популяционной группы в условиях Западной Сибири.

Объекты и методы. Объектом исследования было содержание меди в миокарде голштинских бычков в возрасте 12–13 месяцев с живой массой 330–365 кг, являющихся потомками 4 быков-производителей, выращиваемых в Западной Сибири, где при мониторинге почв, воды, кормов не выявлено превышение ПДК по содержанию макро- и микроэлементов, тяжелых металлов и радионуклидов [11, 12].

Содержание меди в миокарде оценивалось методом атомно-абсорбционной спектрометрии с пламенной и электротермической атомизацией.

Распределения по содержанию меди были оценены на нормальность (тест Шапиро–Уилка). Гомоскедастичность дисперсий подтверждали с помощью теста Бартлетта. При установлении различий между группами применяли однофакторный дисперсионный анализ. В качестве теста для оценки величины эффекта использовали η2, рассчитываемый по формуле η2 = SSв/SSt, где SSв – межгрупповая сумма квадратов, SSt – общая сумма квадратов. Апостериорные сравнения проводили с помощью критерия Тьюки. При расчете референсных интервалов применяли робастный метод.

Результаты и их обсуждение. В таблице 1 представлены результаты оценки характера распределения содержания меди в миокарде бычков, являющихся потомками 4 быков-производителей. Во всех группах содержание меди соответствовало нормальному распределению (SF p-value > 0,05).

В таблице 2 представлены средние значения и показатели изменчивости концентрации меди в миокарде потомков четырех производителей.

Таблица 1

Результаты тестирования на нормальность распределения содержания меди в миокарде сыновей четырех быков голштинской породы

Содержание и изменчивость меди в миокарде быков, мг/кг

Группа потомков	Значение критерия Шапиро-Уилка	p-value
Bonier	0,9738	0,9900
Brio	0,9564	0,8304
Fabio	0,9515	0,6979
Malstrem	0,9115	0,3995
Среднее	0,3536	0,9657

Примечание: при p-value ≥ 0,05 – нормальное распределение признака.

Таблица 2

Отец	X±Sx	Me	Lim	σ	Q1	Q3	IQR	Сv, %
Fabio	2,99± 0,07	3,0	2,6–3,3	0,22	2,9	3,15	0,25	7,36
Bonier	3,37± 0,14	3,4	2,9–3,9	0,35	3,2	3,6	0,4	10,39
Brio	3,51±0,103	3,5	3,0–4,3	0,29	3,2	3,7	0,5	8,5
Malstrem	3,32±0,07	3,3	3,0–3,7	0,21	3,25	3,4	0,15	6,31
Общее	3,24± 0,04	3,2	2,9–3,7	0,24	3,1	3,4	0,3	7,41

Примечание: X – средняя арифметическая; Sx – ошибка средней арифметической; Me – медиана; Q1 – первая квартиль; Q3 – третья квартиль; IQR – межквартильный размах; Сv – коэффициент вариации.

Средние значения концентрация меди в миокарде у потомков разных производителей ранжированы в порядке возрастания: Fabio → Malstrem → Bonier → Brio. В группе сыновей быка Brio отмечено максимальное значение ме- ди (4,3 мг/кг) и наиболее широкий межквартильный размах. У потомков Brio и Fabio значения Ме и средней арифметической практически совпадают (рис.).

Malstrem

Brio

Bonier

- медиана.

------ _ средняя арифметическая

Fabio

2.6          2.8           3           3.2          3.4          3.6          3 8           4           4.2

Си, мг/кг

Размах уровня меди в миокарде быков голштинской породы

Фенотипическая изменчивость содержания меди в миокарде во всех оцениваемых группах быков и в среднем по всем группам была низкой. Наиболее консолидировано по содержанию меди было потомство быка Malstrem (см. рис.). В этой группе бычков отмечены наименьшие значения показателей вариации (см. табл. 2).

Равенство дисперсий подтверждали с помощью теста Бартлетта. Статистика B = 7,6792; p-value = 0,05313 (при p < 0,05 – дисперсии неоднородны).

В таблице 3 представлены результаты однофакторного дисперсионного анализа по оцен- ке влияния производителя на уровень аккумуляции меди в миокарде скота. Полученный p-value для F 3,30 меньше, чем α (0,05), позволяет констатировать статистически значимые межгрупповые различия.

Рассчитанная величина η 2 0,35 отражает силу влияния фактора отца на содержание меди в миокарде у сыновей.

Уровень меди в миокарде потомков быка Fabio выше на 0,52 мг/кг сравнении с сыновьями Brio (табл. 4). Между быками других групп различий нет.

Таблица 3

Вариация признака	SS	df	Средний квадрат	F	p-value
Между группами	1,4599	3	0,4866	5,4752	0,004017 *
Внутри групп	2,6663	30	0,08888
Итого	4,1262	33	0,125

Примечание: df – cтепени свободы; SS – cумма квадратов; F – критерий Фишера; * – p < 0,05 – статистически значимые различия.

Таблица 4

Сравниваемые группы	Статистика теста Тьюки	p
Fabio – Bonier	0,4114	0,08316
Fabio – Brio	0,3643	0,00281*
Fabio – Malstrem	0,3767	0,09644
Bonier – Brio	0,4272	0,7948
Bonier – Malstrem	0,4378	0,9938

* p < 0,05 – статистически значимые различия.

Влияние фактора отца на содержание меди в миокарде быков

Попарные сравнения содержания меди в миокарде потомков

Референсный интервал содержания меди при определении методом атомно-абсорбционной спектрометрии в миокарде здоровых голштинских быков в возрасте 12–13 месяцев с живой массой 330–365 кг составил 2,9 (2,78– 3,02)–3,7 (3,57–3,82) мг/кг.

Принимая во внимание биологические особенности меди, связанные с ее эссенциально-стью и одновременно токсичностью, необходимо продолжить исследования, связанные с установлением и периодическим пересмотром референсных интервалов с учетом возрастных и половых особенностей.

Заключение

• 1.    Среднее значение содержания меди в миокарде бычков голштинской породы в возрасте 12–13 месяцев с живой массой 330–365 кг составляет 3,24 ± 0,04 мг/кг; референсный интервал для данной популяционной выборки находится в пределах от 2,9 (2,78–3,024) до 3,7 (3,58–3,82) мг/кг.

• 2.    Установлены различия между значениями меди у потомков разных быков-производителей, что свидетельствует о генетической детерминации уровня меди в миокарде скота. Сила влияния фактора отцовской принадлежности бычков на уровень меди в миокарде составила 35 %.