Les investissements en R&D au niveau moléculaire et microbien pour les bovins

Commencez à parler des investissements en R&D de l’industrie au niveau cellulaire ou moléculaire, et il est plus que probable que les yeux de la plupart des producteurs de bœuf se figeront.

Une telle recherche semble très éloignée des cycles et des défis quotidiens auxquels les éleveurs de bétail sont confrontés, mais un rassemblement de l’industrie, la semaine dernière, a montré le potentiel de progrès profonds dans la productivité et l’efficacité de l’industrie grâce à une meilleure connaissance de ce domaine plus pointu.

Tiré de beefcentral.com – par Jon Condon – Publié le 26 mai 2021
| Traduction et adaptation libre par la rédaction |

Considérez ces possibilités pendant un moment:

  • Déterminer le potentiel d’efficacité alimentaire d’une bête à partir d’un simple échantillon de tissu ou de sang
  • Modérer la production de méthane dans le rumen en manipulant ou en gérant la microflore du rumen
  • Amélioration spectaculaire de l’apport alimentaire des bovins dans les pâturages carencés en nutriments

Tous ont le potentiel d’offrir des avantages de productivité considérables à l’industrie, si cette phase actuelle de recherche «fondamentale» donne les bons résultats.

«Nous sommes à un stade intéressant, en raison des percées scientifiques – en particulier des choses comme la technologie numérique – et au niveau moléculaire, cela nous permet de voir beaucoup plus en détail comment un animal fonctionne et comment il peut être manipulé pour augmenter la productivité », a déclaré le professeur Wayne Brydon, directeur de la chaire de la fondation des sciences animales à l’Université du Queensland, en Australie.

«En même temps, cela peut être fait de manière à améliorer le bien-être de l’animal», a-t-il ajouté.

«Toutes ces choses étant réunies, nous sommes à l’aube de grands progrès dans les industries de l’élevage. En fin de compte, leur application augmentera la durabilité. »

Ce qui rapprocherait ces technologies numériques et moléculaires était le big data, a indiqué le professeur Brydon.

«Si j’avais parlé à un groupe de producteurs de l’IA il y a seulement cinq ou dix ans, ils auraient parlé de la reproduction artificielle. Aujourd’hui, «IA» peut faire référence à l’intelligence artificielle, qui est l’un des moteurs de ces nouvelles technologies. »

Voici un aperçu rapide de certaines des recherches émergentes en cours, au niveau moléculaire:

Possibilités d’augmenter la consommation d’aliments

Chercheur de l’Université du Queensland, le Dr Simon Quigley, a décrit ses travaux financés par des redevances à la production, axés sur la réglementation de la consommation d’aliments chez les bovins, en particulier ceux dont l’alimentation est de qualité inférieure.

Dans l’ensemble, à mesure que l’apport énergétique augmente, il y a une augmentation du gain de poids vif d’un animal, et donc de la productivité, a-t-il déclaré. Cependant, dans les systèmes de production nordiques, il y a souvent une suppression de la consommation alimentaire pendant la saison sèche (sur l’herbe Mitchell, par exemple), lorsque la consommation est nettement inférieure à celle des animaux consommant un foin riche en protéines.

De même, pendant la saison des pluies où il y avait un potentiel de carence en phosphore, la consommation alimentaire pouvait être supprimée avec un régime à faible apport en phosphore.

«Nous parlons d’une réduction de 30 à 50 pour cent de l’apport alimentaire en raison d’une carence en nutriments, entraînant un faible gain de poids vif (ou en fait, une perte) pendant ces périodes», a déclaré le professeur Quigley.

Ce sur quoi l’équipe de recherche du Dr Quigley se concentrait dans cet espace de recherche était la façon dont ces signaux provenant de l’environnement, des tissus périphériques, de l’aliment lui-même et du nutriment absorbé, étaient intégrés dans le cerveau de l’animal pour supprimer son appétit, que l’animal mange ou ralentisse son alimentation, en fonction de la ressource alimentaire disponible.

Le travail se concentre sur une petite partie du cerveau de l’animal appelée hypothalamus, qui joue un rôle important dans la régulation du métabolisme corporel et la signalisation de la sécrétion d’hormones à d’autres fins. C’est également un régulateur clé de l’ingestion d’aliments chez les ovins et les bovins.

«Nous savons que nous pouvons équilibrer les régimes alimentaires avec des suppléments pour augmenter la consommation de pâturages», a déclaré le professeur Quigley. «Mais il y a un coût associé à cela. Les suppléments sont de plus en plus coûteux et moins disponibles et peuvent être délivrés avec une variabilité de qualité. Au niveau du troupeau, il peut y avoir des apports et des réponses variables. »

La question que pose ce projet est de savoir si des méthodes «non nutritionnelles» peuvent être utilisées pour augmenter l’apport d’un animal avec des régimes pauvres en nutriments.

La première étape (sur laquelle le projet se concentre actuellement) consiste à comprendre quels sont les mécanismes de contrôle de l’ingestion chez les ruminants. Le projet cherchera ensuite à identifier certaines cibles d’augmentation de l’apport, et effectuera des tests sur les composés pour voir quel effet, le cas échéant, ils ont sur l’appétit, et en examiner les conséquences métaboliques.

Le modèle du projet utilise un régime à base de granulés, éliminant toute variation physique qui pourrait affecter l’apport. Quatre traitements principaux sont utilisés, avec des niveaux adéquats ou insuffisants de protéines ou de phosphore (ou les deux).

Dans un essai, l’apport alimentaire était environ le double pour une ration contenant suffisamment de protéines et de phosphore, par rapport à un régime avec une carence de l’un ou l’autre.

Des échantillons de tissus provenant d’animaux de piste exposés aux différents régimes sont prélevés, y compris différentes parties de l’hypothalamus, du foie, du tractus gastro-intestinal et d’autres organes.

Chaque échantillon est séquencé par ARN, avec examen des gènes qui sont «exprimés de manière différentielle» parmi les animaux ayant des performances d’ingestion différentes. Dans les foies par exemple, il y avait beaucoup plus de variation en réponse aux traitements nutritionnels.

«Nous pouvons également examiner cela en termes de voies biologiques», a déclaré le professeur Quigley.

«Nous identifions actuellement les gènes individuels et les voies génétiques qui sont impliqués dans la régulation de la consommation alimentaire, en réponse aux carences nutritionnelles de l’alimentation.»

Traditionnellement, ce type de travail aurait été placé dans le «panier trop difficile», mais dans le domaine des sciences biomédicales (pensez aux troubles de la santé humaine comme la maladie d’Alzheimer, par exemple), cet espace progressait «vraiment, très rapidement» a indiqué le professeur Quigley.

«Nous pouvons vraiment nous appuyer sur les chercheurs dans ces domaines de la santé humaine pour obtenir des conseils sur ce qui se passe dans le cerveau et comment s’y prendre.»

L’échographie, l’utilisation de «nanoparticules» et les traitements intra-nasaux pourraient également jouer un rôle dans la poursuite des travaux de recherche dans ce domaine.

«Notre prochaine étape sera de voir si nous pouvons manipuler l’apport sur des aliments de qualité inférieure par l’administration de certains composés, dans une approche non nutritionnelle», a-t-il déclaré.

«Et si nous pouvons manipuler l’ingestion, quelles sont les conséquences pour l’animal? Si nous savons que nous n’affectons pas négativement l’animal, il y a ces progrès significatifs dans le domaine biomédical qui nous permettront de suivre cette voie », a-t-il déclaré.

Qu’est-ce qui fait un meilleur «faiseur» parmi les bovins?

Un deuxième projet décrit lors de la vitrine de recherche d’hier a été présenté par le Dr Nick Hudson , maître de conférences en sciences animales à l’UQ, dont le travail se concentre sur l’identification d’animaux d’élevage plus efficaces.

Son travail est un regard très «zoomé» sur la structure animale, à partir d’un niveau cellulaire.

«Une efficacité alimentaire élevée est une solution gagnant-gagnant pour l’industrie, avec des résultats commerciaux et environnementaux positifs», a-t-il déclaré.

Au cours des 15 dernières années, les recherches du Dr Hudson se sont concentrées sur les mitochondries, souvent décrites comme le «moteur» d’une cellule vivante. Son travail a montré que sur un certain nombre d’animaux d’élevage différents, les animaux les plus efficaces pour l’alimentation ont tendance à avoir un contenu mitochondrial plus faible – en fait, un «moteur plus petit».

Dans les études utilisant des moutons mérinos, le contenu mitochondrial du foie, par exemple, est étroitement associé à l’efficacité alimentaire de tout l’animal.

«Les scientifiques de la production s’intéressent depuis longtemps à l’efficacité alimentaire», a noté le Dr Hudson.

«Mais il est juste de dire que notre compréhension de l’origine de cette variation entre les animaux est encore incomplète. Comme tous les phénotypes, c’est une combinaison de génétique et d’environnement qui se réunit – dans ce cas particulier exprimé à travers divers aspects du comportement et de la physiologie.

Dans l’essai utilisant des moutons mérinos, six échantillons de tissus (muscles, foie, rumen et peau) ont été prélevés sur les animaux les plus performants et les moins performants pour l’efficacité alimentaire.

Cet objectif était d’essayer de mieux comprendre quelle était la différence entre les bons et les mauvais interprètes, au niveau cellulaire «zoomé».

Les mitochondries sont l’endroit dans la cellule (le moteur) où l’énergie alimentaire d’un animal est convertie en une molécule appelée ATP, qui ouvre la voie au dépôt de viande maigre et de graisse qui ajoute de la valeur à l’animal, a déclaré le Dr Hudson.

Ce «moteur» peut être étendu ou diminué, en fonction de la demande, et il fixe la limite supérieure de la combustion du carburant au niveau cellulaire.

La manière traditionnelle de mesurer les mitochondries aurait été de regarder des «milliards» d’images, d’essayer d’estimer la proportion de chaque image (parmi d’autres cellules) qu’elles prenaient.

«Heureusement, nous n’avons plus à faire cela, en utilisant une technique moléculaire», a déclaré le Dr Hudson.

«Nous avons développé des tests de contenu mitochondrial pour mesurer ce phénotype chez les bovins et ovins. Le génome des bovins ou des ovins est un code génétique composé d’environ trois milliards de A, T, C et G, et nous pouvons maintenant déposer un échantillon de tissu dans un tube, ajouter des réactifs et, avec une grande confiance et régularité, amplifier le morceau de mitochondrie et la séquence nucléaire pour nous permettre de faire le travail.

«C’est une technique maintenant couramment utilisée en science – mais c’est un miracle courant», a-t-il déclaré.

Ce que la recherche a révélé, c’est qu’en termes d’efficacité, divers tissus ont tous produit des relations positives entre l’efficacité alimentaire de l’animal et l’étendue des mitochondries dans son échantillon de tissu.

«Cela montre que les animaux à faible consommation (c’est-à-dire plus efficaces) avaient tendance à avoir un contenu mitochondrial plus faible», a déclaré le Dr Hudson.

Parmi les différents tissus échantillonnés, le foie a semblé avoir le «signal» le plus fort de l’étude, en termes d’efficacité alimentaire pour l’ensemble de l’animal.

«Si j’étais chargé de développer un test dans cet espace pour l’efficacité alimentaire, je pense qu’un test de la fonction hépatique pourrait avoir une valeur, à la ferme», a-t-il dit.

Réduire la production de méthane grâce à la manipulation des bactéries intestinales

L’étudiant au doctorat de l’UQ, James Volmer, a présenté au public son travail sur les «méthanogènes» – des organismes du rumen qui produisent du méthane comme sous-produit.

Il a expliqué que chez les ruminants, une grande partie de l’apport alimentaire était sous forme de glucides complexes, qui ne sont pas activement décomposés par l’animal lui-même. Ces glucides complexes sont utilisés par certaines espèces bactériennes, dégageant principalement du CO2 et de l’hydrogène gazeux.

Le groupe d’organismes appelés méthanogènes utilise ces composés gazeux produits pendant la digestion pour produire leur propre énergie – et en tant que sous-produit, ils produisent également du méthane.

Ses travaux montrent que différentes populations de méthanogènes ont un effet différent sur la production de méthane, chez les animaux à émissions élevées et faibles.

«Bien sûr, c’est un domaine assez important, étant donné les demandes mondiales de réduction du méthane – ainsi que l’augmentation de la production de viande et de produits laitiers», a indiqué M. Volmer.

À ce stade, il y avait un manque de compréhension dans ce domaine, qui était son domaine clé de recherche – déterminer quels traits génétiques différencient chaque groupe de bactéries méthanogènes et comment elles pourraient à l’avenir être manipulées pour obtenir les résultats souhaités par l’industrie (c’est-à-dire modérer la production de méthane dans le rumen).

Ses recherches ont permis d’isoler différents méthanogènes d’humains, de kangourous et de bovins, augmentant considérablement la capacité de faire des comparaisons en laboratoire.

Une deuxième étape est centrée sur la «méta-génomique» – prélèvement d’échantillons d’ADN sur l’animal (fécal ou rumen), pour reconstruire les génomes d’organismes méthanogènes à partir de ces échantillons.

«Cela augmente considérablement notre capacité à obtenir le contenu génétique de ces microbes, sans avoir à les isoler eux-mêmes», a-t-il déclaré.

Son projet a également mis en place une «base de données» sur les méthanogènes afin d’élargir considérablement les connaissances actuelles pour les analyses futures, répertoriant 2200 génomes méthanogènes de 22 pays et 35 espèces animales hôtes différentes.

Cela peut être utilisé pour voir quels facteurs sont associés à une production élevée de méthane chez certaines espèces, par rapport aux organismes à faible production de méthane.

«Lorsque nous combinons le travail culturel avec le travail génomique que nous avons pu faire, cela permet à nos études préparatives d’identifier des traits spécifiques pour chaque méthanogène, que nous pouvons espérer cibler pour différents résultats que l’industrie souhaiterait», a-t-il déclaré.

Source : https://www.beefcentral.com/news/beefs-rd-investments-delivering-at-a-molecular-and-microbial-level/