О кластерной системе фосфолипидов в онтогенезе бройлерных цыплят

Онтогенез рассматривается как совокупность взаимосвязанных процессов роста и развития (1, 2). Организм представляет собой реагирующую на внешние воздействия открытую систему (1, 2), в которой в обмене веществ, необходимых для поддержания жизнеспособности, роста и развития, участвуют как поступающие извне и ассимилируемые питательные, пластические и энергетические субстраты, так и реутилизируемые соединения, образовавшиеся при распаде ранее синтезированных структур. Динамическое равновесие внутренней среды организма обеспечивается гомеостазом (1, 3, 4). Напряжение функций, поддерживающих гомеостаз, огра- ничивает метаболические ресурсы, которые организм может направлять на развитие (1-3). Иными словами, онтогенез и метаболизм тесно связаны с гомеостазом, что предполагает наличие у них общей системы регуляции.

Фосфолипиды — одни из ключевых структур и метаболитов, обеспечивающих функционирование организма на протяжении всей жизни (312). Подклассы фосфолипидов — глицерофосфолипиды (13) и сфинго-фосфолипиды (14) служат элементами, напрямую объединяющими метаболизм липидов, белков и углеводов (2, 3, 15-17), определяют все рецепторные реакции (1, 6, 11, 18, 19) и участвуют в процессах адаптации к изменяющимся условиям среды на мембранном уровне во всех системах организма (5, 10, 11, 13, 14), в частности за счет сохранения пространственной асимметрии бислоя плазмалеммы (20, 21), изменения состава фосфолипидов в мембранах миоцитов скелетной мускулатуры, которые, например, приводят к повышению тонуса в ответ на действия возрастающих физических нагрузок (22). Иными словами, фосфолипиды можно рассматривать как связующее звено в системе компонентов, обеспечивающих гомеостаз (4, 23, 24).

Целью работы было изучение организации функциональных групп фосфолипидов, участвующих в процессах онтогенеза у бройлерных цыплят.

Методика. Эксперименты проводили в 2010 году на Чебаркульской птицефабрике (ООО «Чебаркульская птица», Челябинская обл.). Объектом исследования служили яйца и цыплята-бройлеры кросса ISA-15 Hubbard F15. Цыплят содержали в клетках в цехе выращивания. Кормление и содержание осуществляли в соответствии с требованиями технологии и нормами, рекомендованными ВНИТИП (25) и I.S.A. (Institut de Selection Animale, Франция) (26). Для эксперимента были сформированы четыре сбалансированные группы птицы (по n = 10) разного возраста — 1, 7, 23 и 42 сут. Кровь получали при декапитации птицы в возрасте 1 и 7 сут и прижизненно из яремной вены у 23- и 42-суточных цыплят.

Фосфолипидный состав желтка яиц изучали до закладки на инкубацию и на 10-е сут инкубации. Подготовка проб включала гомогенизацию цельного содержимого желтка и тканей эмбриона. В гомогенате желтка яйца и эмбриональных тканей, а также в сыворотке крови оценивали содержание фракций фосфолипидов методом тонкослойной хроматографии на пластинах Silufol («Kavalier», Чехия) (27).

Для определения функциональных групп фосфолипидов, а также исследования организации функциональной структуры их кластеров в процессе индивидуального роста и развития бройлерных цыплят применяли многомерный метод математического анализа (multivariate exploratory techniques). Были выполнены кластерные анализы (cluster analysis) (28, 29) с использованием профессионального пакета программ Statistica v. 8.0 (2007 год) (28). Подклассы фосфолипидов по функциональным группам выявляли иерархическим агломеративным методом минимальной дисперсии — древовидной кластеризацией (joining tree-clustering) (28, 29). Вычисляли евклидово расстояние (euclidean distances) между подклассами (28, 29). Кластеризацию выполняли по правилу взвешенного попарного среднего (weighted pair-group average) (28, 29). Идентификацию функциональных групп фосфолипидов в онтогенезе осуществляли методом двухвходовой кластеризации (two-way joining) по выявленным подклассам с учетом переменных (периоды индивидуального роста и развития птицы) (28, 29).

Результаты. В организме у бройлерных цыплят анаболизм и катаболизм, то есть процессы роста, развития, распада и обновления структур, высокоинтенсивны (30). Это, в свою очередь, может сказаться на самом 218

чувствительном уровне организации — мембранном, где так называемые кластеры фосфолипидов способны отражать вектор обмена веществ и приспособительные реакции. Фактически выступая в роли регуляторных образований (13, 14), они участвуют в изменении модальности функций сопряженных с ними структур и метаболитов, таких как мембранные белки, липо- и гликопротеиды, липопротеины (11, 17, 21). Фосфолипиды, повышая эффективность их взаимодействия, увеличивают функциональные пороги и в итоге способны расширять границы относительного динамического постоянства внутренней среды организма (17, 31).

В связи с этим в качестве принципов структурной и функциональной организации системы фосфолипидов в онтогенезе бройлеров можно выделить комплементарность, синергетичность и регуляцию по принципу обратной связи. Благодаря комплементарности фосфолипиды дополняют действие друг друга, что дает возможность выстраивать целостную систему. Синергетичность позволяет взаимно усиливать или ослаблять эффекты фосфатидов. Реализация принципа обратной связи базируется на способности фосфолипидов крови регулировать количество и активность метаболитов и состояние мембранных структур, что, в свою очередь, определяет концентрацию фосфатидов в крови.

В ранние периоды пренатального онтогенеза на стадии зиготы— яйца фосфолипиды группируются в три кластера: первый — фосфатидил-холины и цереброзиды, второй — фосфатидилэтаноламины, третий сдвоенный кластер — фосфатидилинозитолы со сфингомиелинами и лизоле-цитины с кардиолипинами (рис. 1, 2, табл. 1).

Рис. 1. Кластеризация фосфолипидов на разных этапах онтогенеза у бройлерных цыплят кросса ISA-15 Hubbard F15: А — пренатальный период, Б — постнатальный период; ФХ — фосфа-тидилхолины, Цер — цереброзиды, ФЭ — фосфатидилэтаноламины, ФИ — фосфатидилинозитолы, СфМ — сфингомиелины, ЛЛ — лизолецитины, КЛ — кардиолипины (ООО «Чебар-кульская птица», Челябинская обл., 2010 год). Применен метод минимальной дисперсии; для кластеризации использовали метод взвешенного попарного среднего с определением евклидова расстояния.

Формирование этих групп фосфатидов мы объясняем следующим. Лецитины и цереброзиды обеспечивают функционально-структурное и метаболитное развитие и рост эмбриона, фактически будучи первичными витальными фосфолипидами (3-9, 11, 12). Фосфатидилхолины — основа всех мембранных структур (3, 32, 33) и липопротеинов высокой плотности, которые служат пластическими и энергетическими субстратами в эмбриогенезе (3-5). Цереброзиды составляют основу структур нервной ткани и будущей нервной системы (3-5). Как и лецитины, они имеют высокое сродство к холестерину, жирным кислотам (3, 32, 34), определяя адаптацию и стабилизацию клеточных мембран к изменениям окружающей среды. Наконец, цереброзиды выступают активаторами и регуляторами всех процессов эмбриогенеза на молекулярном уровне, в том числе посредством взаимодействия с регуляторными белками (9, 23, 24, 35-40).

Рис. 2. Цветное отображение кластеризации фосфолипидов на разных этапах онтогенеза у бройлерных цыплят кросса ISA-15 Hubbard F15: А — пренатальный период, Б — постнатальный период; а — до инкубации, б — середина инкубации (10-е сут); ФХ — фосфатидилхо-лины, Цер — цереброзиды, ФЭ — фосфатидилэтаноламины, ФИ — фосфатидилинозитолы, СфМ — сфингомиелины, ЛЛ — лизолецитины, КЛ — кардиолипины (ООО «Чебаркульская птица», Челябинская обл., 2010 год). Использован метод двухвходовой кластеризации. Спектральные градации обозначают каждый отдельный подкласс фосфолипидов в структуре выделенных кластеров.

1. Евклидово расстояние на дендрограмме, отражающей кластеризацию фосфолипидов у бройлерных цыплят кросса ISA-15 Hubbard F15 в период пренатального онтогенеза (ООО «Чебаркульская птица», Челябинская обл., 2010 год)

Показатель	1 ФХ |	ФЭ	| ФИ	| ЛЛ	| КЛ	1 Цер	| СфМ
Фосфатидилхолины (ФХ)	0,00	1,61	2,78	3,06	2,90	1,08	2,71
Фосфатидилэтаноламины (ФЭ)	1,61	0,00	1,22	1,49	1,32	1,22	1,16
Фосфатидилинозитолы (ФИ)	2,78	1,22	0,00	0,30	0,23	2,06	0,06
Лизолецитины (ЛЛ)	3,06	1,49	0,30	0,00	0,19	2,36	0,36
Кардиолипины (КЛ)	2,90	1,32	0,23	0,19	0,00	2,24	0,26
Цереброзиды (Цер)	1,08	1,22	2,06	2,36	2,24	0,00	2,00
Сфингомиелины (СфМ)	2,71	1,16	0,06	0,36	0,26	2,00	0,00

В свою очередь, активность цереброзидов (по обратной связи) регулируется лецитинами через диглицериды как промежуточные звенья цикла (3). Совместно с фосфатидилхолинами цереброзиды выполняют роль атеропротекторов и противоопухолевых агентов (9, 41, 42).

Основные фосфолипиды нервной ткани — фосфатидилинозитолы и сфингомиелины (3, 5, 20) служат в развивающемся эмбрионе одними из предшественников при формировании систем гуморальной и нейрогумо-ральной регуляции (3, 19, 43-45). Так, фосфатидилинозитолы — ведущие доноры диглицеридов, жирных кислот для синтеза эйкозаноидов, в том числе простагландинов (3, 43). Сфингомиелины образуют все мембранноволоконные нейтральные структуры (3, 41, 42).

В эмбриогенезе птицы лизолецитин и кардиолипин обеспечивают метаболитную циркуляцию сопряженных фосфолипидов — лецитина, фос-фатидилэтаноламина, а также этерификацию холестерина и жирных кислот. Фосфатидилэтаноламин представляется одновременно и самостоятельным компонентом мембранных структур, и звеном, необходимым для связи с другими фосфолипидами на ранних этапах пренатального онтогенеза у бройлерных цыплят.

На 10-е сут эмбриогенеза (срединный период инкубации) происходила консолидация групп фосфолипидов в более крупные кластеры (см. рис. 1, 2, табл. 1), что мы объясняем общим усложнением систем развивающегося и растущего эмбриона. Возможно, это также обусловлено значительным потреблением пластических и энергетических субстратов, даль-220

нейшей функциональной индукцией групп фосфолипидов на указанной стадии пренатального онтогенеза. Лецитины группировались с кефалинами в первый кластер, во второй общий кластер объединялись фосфатидилинозитолы, сфингомиелины, лизолецитины и цереброзиды. Эти процессы у цыплят, видимо, были связаны с активным гистогенезом и началом органогенеза при минимизации затрат используемых ресурсов.

Фосфатидилхолин и фосфатидилэтаноламин в метаболизме взаимосвязаны друг с другом, а также с циркуляцией и функционированием всех форм холестерина, жирных кислот и их производных — ряда биологически активных веществ (2, 3). Кардиолипин занимает переходное положение между первым и вторым кластером.

В 1-е сут постнатального онтогенеза цыплят фосфолипиды крови распределялись в три кластера (рис. 1, 2, табл. 2). Фосфатидилхолины как фосфолипиды, наиболее задействованные в процессах жизнедеятельности, формировали самостоятельную группу.

Кардиолипин объединялся с фосфатидилэтаноламином, что мы объясняем прежде всего высокой интенсивностью жирового обмена и его энергоемкостью. Стабильной была группировка фосфатидилинозитола, сфингомиелина и лизофосфатидилхолина. Лизолецитин в большей мере занимал промежуточное положение между группами кефалина—кардиолипина и сфингомиелина—фосфатидилинозитола (см. рис. 1, 2, табл. 2).

2. Евклидово расстояние на дендрограмме, отражающей кластеризацию фосфолипидов у бройлерных цыплят кросса ISA-15 Hubbard F15 в период постнатального онтогенеза (ООО «Чебаркульская птица», Челябинская обл., 2010 год)

Показатель	| ФХ	| ФЭ	| ФИ	| ЛЛ	| КЛ	| СфМ
Фосфатидилхолины (ФХ)	0,00	2,07	2,56	2,50	2,03	2,60
Фосфатидилэтаноламины (ФЭ)	2,07	0,00	0,54	0,50	0,26	0,62
Фосфатидилинозитолы (ФИ)	2,56	0,54	0,00	0,28	0,59	0,22
Лизолецитины (ЛЛ)	2,50	0,50	0,28	0,00	0,55	0,23
Кардиолипины (КЛ)	2,03	0,26	0,59	0,55	0,00	0,69
Сфингомиелины (СфМ)	2,60	0,62	0,22	0,23	0,69	0,00

У птицы в 7-суточном возрасте фосфатидилэтаноламины фактически группировались вместе с фосфатидилинозитолами, сфингомиелинами и лизолецитинами. Кардиолипин занимал отдельное промежуточное положение между устойчивым самостоятельным кластером лецитинов и группой кефалинов, фосфатидилинозитолов, сфингомиелинов и лизофос-фатидилхолинов (см. рис. 1, 2, табл. 2).

Тем не менее, наблюдалась тенденция к объединению кефалинов с фосфатидилинозитолами в группу, которая у 23-суточных цыплят формировала отдельный функциональный кластер фосфатидилэтаноламинов и фосфатидилинозитолов. Это объясняется активным внутриклеточным метаболизмом липопротеинов, который при участии фосфатидилинозитолов обеспечивается сигнальной регуляцией с помощью специфичных белков и диглицеридов. Кардиолипин присоединялся к группе сфингомиелина и лизолецитина (см. рис. 1, 2, табл. 2).

У 42-суточных бройлеров отмечалась наибольшая консолидация функциональных групп фосфолипидов за весь исследуемый постнатальный период. В первую группу кластеризовался фосфатидилхолин, во вто-роую — кардиолипин, фосфатидилинозитол, сфингомиелин и лизолецитин. Фосфатидилэтаноламин сближался со второй группой (см. рис. 1, 2, табл. 2). Такую кластеризацию можно объяснить продолжением активного развития отдельных групп скелетных мышц и сердечно-сосудистой системы, а также стабилизацией обменных процессов, направленной на обес- печение нормального функционирования печени и других желез внутренней секреции в условиях усиленного синтеза протеинов, необходимых при гипертрофированном формировании скелетной мускулатуры.

В целом наблюдалась тенденция к некоторой ретроградной обратной симметрии: кластерная система фосфолипидов, характерная для по-следователных периодов роста и развития бройлерных цыплят в постнатальном онтогенезе, может повторять таковую в предшествующие периоды пренатального онтогенеза в обратном порядке.

Таким образом, в пре- и постнатальном онтогенезе у бройлерной птицы проявляется структурно-функциональная организация фосфолипидов. Подклассы фосфолипидов образуют функциональную систему, которая, вероятно, наследственно обусловлена, формируется под влиянием эндогенных и экзогенных факторов и направлена на реализацию адаптационных механизмов с целью поддержания гомеостаза и сохранения витальных функций организма.

Л И Т Е Р А Т У Р А

• 2 ФГБ0У ВПО Уралъская государственная академия ветеринарной медицины,

  457100 Ðîññèÿ, ×åëÿáèíñêàÿ îáë., ã. Òðîèöê, óë. Ãàãàðèíà, 13, e-mail: derkho2010@yandex.ru

  Sel’skokhozyaistvennaya biologiya / Agricultural Biology , 2015, V. 50, № 2, pp. 217-224

ABOUT CLUSTER SYSTEM OF PHOSPHOLIPIDS IN ONTOGENESIS OF BROILER CHICKENS

E.A. Kolesnik1, M.A. Derkho2