Biomarcadores de calidad en la carne de vacuno y porcino relacionados con situaciones de estrés

Abstract

Durante las últimas décadas, los científicos de la carne han centrado su interés en comprender el efecto que tienen distintos factores implicados en el manejo del animal y de la canal sobre la calidad del producto. Sin embargo, aún persiste un gran problema de variabilidad inexplicada en la calidad de la carne que podría deberse a diferencias individuales en la susceptibilidad de cada animal al estrés pre-sacrificio, lo cual afectaría al proceso de conversión del músculo en carne. Las líneas de estudio más recientes para abordar este problema se centran en la identificación de biomarcadores del metabolismo muscular post-mortem que permitan predecir la calidad final del producto. El Objetivo de la presente Tesis Doctoral es estudiar el efecto de distintos factores de manejo del animal sobre el estrés que sufre en el momento del sacrificio y su influencia sobre los procesos implicados en la conversión del músculo en carne, tanto en ganado porcino como vacuno, con el fin de identificar biomarcadores potenciales de calidad. Para ello, se estudió el efecto de distintos factores pre-sacrificio (sexo, genotipo, sesgo cognitivo o estado emocional, sistema productivo, mezcla con animales extraños) sobre el metabolismo post-mortem del músculo (procesos energéticos, daños oxidativos y proteolíticos, muerte celular programada, proteoma) y la calidad final del producto (pH, color, pérdidas de jugo, dureza) realizándose un total de cuatro experimentos. En ellos, se tomaron muestras de sangre o cerebro en el momento del sacrificio, para detectar biomarcadores fisiológicos de estrés, y muestras de tejido muscular en la canal a distintas horas post-mortem, para el análisis de biomarcadores del metabolismo muscular. Primer experimento: Efecto del sexo y del genotipo (mutación del gen RYR1) sobre el estrés al sacrificio, el metabolismo muscular post-mortem y la calidad de la carne en porcino. Se aplicó un diseño factorial 2x2: sexo (masculino/femenino) y genotipo RYR1 (NN/Nn). Los resultados mostraron que las hembras tenían niveles séricos más altos de glucosa, urea, proteína C-reactiva "PCR", Pig-MAP) y glutatión-peroxidasa "GPx" y niveles más bajos de lactato. Además, las hembras mostraron una disminución post-mortem más rápida del pH muscular y carne más exudativa. La mutación RYR1 produjo un aumento en sangre de la creatinina, de la creatina quinasa y de la PCR y un descenso de la GPx. El estudio proteómico reveló además un efecto significativo del sexo y del genotipo en proteínas relacionadas con la estructura miofibrilar y la regulación de la contracción muscular (Proteína C de unión a miosina “MyBP-C”), la defensa antioxidante (Anhidrasa carbónica-3 “CAIII”), la ruta glucolítica post-mortem (β-enolasa “ENO3”,Gliceraldehído 3 fosfato deshidrogenasa “GAPDH”, Fosfofructoquinasa 6 muscular “PFKM” y Fosfoglicerato mutasa-2 “PGM2”), así como el transporte y almacenamiento (Albúmina “ALB”) y la homeostasis celular (Adenilato quinasa isoenzima-1 “AK1”), que se correlacionan con diferencias en la calidad de la carne. El conjunto de datos indica una mayor susceptibilidad de las hembras al estrés en el sacrificio, que influye negativamente sobre la calidad final de la carne. Segundo Experimento: Efecto del sesgo cognitivo (estado emocional) sobre el estrés psicológico del animal en el momento del sacrificio y sus consecuencias sobre el metabolismo post-mortem muscular en ganado porcino. Se utilizaron cerdos macho con sesgo positivo (positive bias, “PB”) o negativo (negative bias “NB”) clasificados según su capacidad de toma de decisiones. En este estudio se abordó el análisis de neurotransmisores cerebrales en diferentes áreas del cerebro. También se analizó la actividad del proteasoma muscular (20S), la defensa antioxidante (AAT), el daño oxidativo (peroxidación lipídica “LPO”) y los procesos de muerte celular mediante el análisis de biomarcadores de autofagia (Beclin-1, LC3-I y LC3-II) en el tejido muscular durante la maduración post-mortem temprana (0 a 24 h). Los resultados mostraron un efecto significativo del sesgo cognitivo sobre la susceptibilidad animal al estrés, de forma que los cerdos NB (más propensos al miedo frente a estímulos extraños) sufrieron más estrés al sacrificio, mostrando niveles más altos de serotonina en el hipocampo e inferiores de dopamina en la corteza prefrontal. Además, el músculo de los cerdos NB mostró mayor velocidad e intensidad en los mecanismos promotores de la supervivencia celular tras el sacrificio (defensa antioxidante, actividad del proteasoma y autofagia) en un intento de contrarrestar el estrés oxidativo del tejido producido por el mayor estrés en el momento del sacrificio. Tercer experimento: Efecto de la mezcla con animales extraños en granja y durante el transporte y espera previos al sacrificio sobre el metabolismo post-mortem del músculo y la calidad de la carne en porcino. Se utilizaron cerdos macho de cruce [(Large White x Landrace) x Duroc] a los que se sometió a tratamientos que producen estrés, como la mezcla con animales extraños en granja y/o en el periodo de transporte y espera previos al sacrificio. La mezcla con animales extraños provocó estrés animal, que se tradujo en un incremento de la glucosa, la haptoglobina y la creatina quinasa en sangre según aumentó el nivel de mezcla de animales, así como de las moléculas relacionadas con el metabolismo de las grasas (LDL-colesterol y triglicéridos) en el tratamiento con doble mezcla (granja + transporte). Con respecto a las variables de calidad, se observó un descenso del pH muscular post-mortem (pH45) significativamente más rápido y mayor exudación en la carne procedente de animales sometidos a mezcla. Los cambios en el proteoma muscular afectaron a la proteína de choque térmico de 70 kDa “HSP70-1B”, a proteínas del metabolismo glucolítico post-mortem (GAPDH y lactato deshidrogenasa-A “LDHA”) y a proteínas relevantes en el mantenimiento de la homeostasis celular, como “AK1”. Cuarto experimento: Efecto del manejo en granja y de la mezcla con animales extraños como factores de estrés sobre el perfil proteómico muscular, la autofagia y el estrés oxidativo y su influencia en la calidad de la carne de vacuno. Se utilizaron terneros añojos macho de la raza "Asturiana de los Valles" que se distribuyeron en cuatro grupos en un diseño 2 x 2: manejo en granja (Intensivo/Semi-Extensivo) y mezcla con animales extraños antes del sacrificio (Mezcla/No-Mezcla). Los resultados indicaron mayor estrés al sacrificio en los animales criados en Intensivo y sometidos a Mezcla con animales extraños (mayor concentración de haptoglobina en sangre, reducción rápida del ATP muscular post-mortem e incremento de la actividad antioxidante total). El manejo en granja influyó sobre la calidad de la carne de vacuno (más clara, roja y tierna en Intensivo) y sobre la susceptibilidad animal al estrés en el momento del sacrificio (mayor en Intensivo), observándose cambios en el proteoma muscular que afectaron a proteínas estructurales como Miomesina-2 “MYOM2” y otras relacionadas con la homeostasis celular (AK1), el transporte y almacenamiento (ALB), el metabolismo energético (Glucógeno fosforilasa “PYGM”, Fosfoglucomutasa-1 “PGM1”, ENO3, Creatina kinasa “CKM”, GAPDH, y Fructosa bifosfato aldolasa A “ALDOA”) y la autofagia (Beclin-1). La Mezcla con animales extraños produjo un agotamiento más rápido de la energía muscular y cambios en proteínas del metabolismo energético (Enzima desramificadora del glucógeno “GDBE”, PYGM, PGM1, Piruvato kinasa “PKM”, GAPDH, CKM, Triosa fosfato isomerasa “TPI”), proteínas de transporte (precursor de Serotransferrina “TF”) y autofagia (relación LC3-II/LC3-I). En global, en los distintos estudios realizados se ha podido demostrar que tanto factores intrínsecos como ciertos factores de manejo pueden incrementar la susceptibilidad animal al estrés en el momento del sacrificio y producir cambios significativos en el metabolismo muscular post-mortem y por consiguiente, en la calidad de la carne. En este sentido, la aplicación de estudios proteómicos ha permitido identificar cambios significativos en proteínas y fragmentos peptídicos vinculados al metabolismo glucolítico post-mortem, la glucogenólisis, el mantenimiento de la homeostasis celular, el estrés oxidativo y la autofagia, además de cambios en algunas proteínas estructurales. Estos resultados indican la posibilidad de utilizar los biomarcadores de estos procesos celulares como biomarcadores potenciales del estrés peri-sacrificio y en definitiva de la calidad. No obstante, la gran variabilidad de situaciones de manejo y la propia variabilidad individual inherente a los animales no han permitido por el momento identificar un marcador universal para predecir la calidad final de la carne.