Genomica

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Il mondo scientifico sta ampliando la nostra conoscenza del funzionamento della biologia a livello molecolare. Questo richiede una comprensione approfondita di come il DNA viene tradotto in azioni cellulari.

Il DNA contiene i codici chimici che forniscono istruzioni per ogni funzione cellulare. Tenendo traccia di quali geni vengono attivati o disattivati in condizioni diverse, i ricercatori possono identificare le differenze dell'espressione genica tra i cani e i gatti sani e non sani, e valutare quindi l'impatto dei nutrienti sull'attività genica.

Purina è stata una delle prime aziende produttrici di alimenti per animali domestici ad applicare le scienze omiche per comprendere meglio i legami tra la nutrizione e la genetica. Questo approccio molecolare rivela continuamente nuovi meccanismi grazie ai quali le sostanze nutritive sono in grado di migliorare la salute degli animali domestici.

La ricerca di Purina

la ricerca di Purina
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Nel 1999 Purina ha collaborato con la Cornell University per sviluppare il Canine Reference Family DNA Distribution Center, una piattaforma comune per lo scambio di dati genetici a livello mondiale. Questi dati di riferimento sul DNA canino hanno aiutato i ricercatori a posizionare centinaia di marcatori vicino a geni e cromosomi specifici, migliorando gli studi sulle modalità di sviluppo delle malattie, come i tumori familiari, sia nei cani che negli esseri umani.1 Purina supporta inoltre la ricerca sul sequenziamento del DNA e ha contribuito al completamento della collaborazione internazionale multi-istituzionale che ha portato al primo sequenziamento dell'intero genoma del cane. Grazie a una più precisa conoscenza del genoma canino, gli scienziati possono confrontare meglio il DNA di cani e altre specie per capire come i cambiamenti genetici possano influire sulla salute.2,3 Gli studi di Purina hanno dimostrato, ad esempio, che la nutrizione può influenzare l'espressione genica nei cani affetti da osteoartrite.4,5

Nel 2004, l'intero genoma canino è stato sequenziato per la prima volta, con il DNA di un boxer.

ricerca di Purina sui gatti
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Il primo sequenziamento del genoma di riferimento del gatto domestico è stato pubblicato nel 2007.6 Da allora, i ricercatori di Purina hanno collaborato con altri scienziati per creare una mappa ad alta risoluzione dei cromosomi felini. Questa è stata quindi utilizzata per generare uno scaffold più dettagliato delle sequenze di DNA del genoma felino esistenti.7 Lavorando con altri genetisti, gli scienziati di Purina hanno analizzato anche le sequenze genomiche di tre gatti con pedigree di Purina. Questi gatti, con generazioni note di "parenti", sono una potente risorsa per lo studio delle patologie legate alla razza. Quando i gatti provengono da lunghe linee di accoppiamento tra soggetti simili, questo può amplificare l'impatto dei geni che conferiscono rischi più elevati di malattie, come la malattia policistica renale (PKD) nei gatti persiani. Lo studio del DNA di questi gatti offre l'opportunità di individuare tali geni, valutarne l'impatto e sviluppare nuovi modi per migliorare le cure sanitarie per tutti i gatti.8

Il DNA del primo sequenziamento completo del genoma felino proviene da Cinnamon, un gatto abissino.

Ricerca sull'osteoartrite nei cani

Purina ha inoltre utilizzato le proprie competenze nell'ambito delle scienze omiche per studiare l'artrite nei cani. L'osteoartrite colpisce 1 cane su 5.9 Questa patologia dolorosa rallenta lo stile di vita che gli animali condividono con i loro proprietari.

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Per offrire una nuova soluzione a questo problema di lunga data, gli scienziati di Purina hanno analizzato l'impatto della dieta sull'espressione genica e hanno scoperto che gli acidi grassi omega 3 possono migliorare la salute delle cellule della cartilagine.

Quando i ricercatori di Purina hanno confrontato l'espressione genica delle cellule della cartilagine articolare di cani sani con quella di cani affetti da artrite, i geni delle cellule interessate dall'artrite mostravano una sovraregolazione degli enzimi che degradano la cartilagine, chiamati metalloproteasi. Gli enzimi che inibivano la degradazione erano sottoregolati. 3-4

Gli studi precedenti avevano dimostrato che gli acidi grassi omega 3 sono in grado di ridurre l'infiammazione, fattore scatenante della cascata biochimica che porta alla degradazione della cartilagine articolare.

In uno studio clinico durato 9 settimane su 24 cani di proprietà di clienti per i quali era già pianificato un intervento chirurgico di osteotomia di livellamento del piatto tibiale (TPLO) per una grassella, i cani nutriti con una dieta con integrazione di acidi grassi omega 3 presentavano livelli plasmatici inferiori dei marcatori infiammatori e dell'enzima che degrada la cartilagine, MMP-9. Inoltre, nella zampa non sottoposta a intervento chirurgico, hanno mostrato un aumento dei livelli sinoviali di acido eicosapentaenoico (EPA) e di un enzima inibitorio delle metalloproteasi che degradano la cartilagine.5

In un altro studio, un'analisi con pedane di forza ha dimostrato che i cani affetti da artrite spontanea presentavano un miglioramento della mobilità dopo essere stati nutriti con una dieta ricca di omega 3 da olio di pesce.10

Ulteriori studi hanno dimostrato che l'alimentazione con una dieta con integrazione di omega 3 e arricchita di proteine può determinare una concentrazione inferiore di PGE2 (un fattore pro-infiammatorio) nel liquido sinoviale e può ridurre la progressione dell'osteoartrite nei 6 mesi successivi all'osteotomia di livellamento del piatto tibiale.11 In un altro studio, rispetto ai cani che hanno seguito una dieta di mantenimento (controllo), i cani che hanno seguito una dieta con integrazione di omega 3 e arricchita di proteine hanno mostrato un miglioramento del picco di forza verticale e dell'impulso verticale, misure della capacità di sostenere il peso e dell'analisi dell'andatura per i problemi di deambulazione, in seguito a intervento chirurgico di TPLO.12

Aspetti chiave da ricordare

  • La lunga tradizione di collaborazione con altri scienziati di Purina ha contribuito a far progredire la mappatura del genoma e il sequenziamento del DNA di cani e gatti.

  • L'approccio molecolare della genomica aiuta a rivelare nuovi meccanismi attraverso i quali le sostanze nutritive possono influenzare l'espressione genica per migliorare la salute degli animali.

  • Gli studi di Purina hanno dimostrato che la nutrizione può contribuire a migliorare la salute e la mobilità articolare dei cani affetti da artrite.

  • I cani nutriti con una dieta con integrazione di acidi grassi omega 3 presentavano livelli plasmatici inferiori di marcatori infiammatori e dell'enzima degradante la cartilagine, MMP-9.

Ulteriori informazioni

  1. Breen, M., Jouquand, S., Renier, C., Mellersh, C.S., Hitte, C., Holmes, N.G., & Galibert, F. (2001). Chromosome-specific single-locus FISH probes allow anchorage of an 1800-marker integrated radiation-hybrid/linkage map of the domestic dog genome to all chromosomes.Genome Research, 11(10), 1784–1795. doi: 10.1101/gr.189401
  2. Lindblad-Toh, K., Wade, C.M., Mikkelsen, T.S., Karlsson, E.K., Jaffe, D.B., Kamal, M., & Lander, E.S. (2005). Genome sequence, comparative analysis and haplotype structure of the domestic dog. Nature, 438(7069), 803–819. doi:10.1038/nature04338
  3. Hannenhalli, S.S., Middleton, R.P., Levy, S., Perroud, B., Holzwarth, J.A., McDonald, K., & Hannah, S.S. (2006). Identification and cross-species comparison of canine osteoarthritic gene regulatory cis-elements. Osteoarthritis and Cartilage, 14(8), 830–838.
  4. Middleton, R.P., Hannah, S.S., Perroud, B.N., & McDonald, K.K. (2003). Gene expression profiling of osteoarthritis from canine chondrocytes. The development of a canine OA microarray chip. Poster session presented at the 49th meeting of the Orthopaedic Research Society, New Orleans, LA.
  5. Hansen, R.A., Harris, M.A., Pluhar, G.E., Motta, T., Brevard, S., Ogilivie, G.K., & Allen, K.G.D. (2008). Fish oil decreases matrix metalloproteinases in knee synovia of dogs with inflammatory joint disease. Journal of Nutrition, 19, 101–108. doi:10.1016/j.jnutbio.2007.01.008
  6. Pontius, J.U., Mullikin, J.C., Smith, D.R., Agencourt Sequencing Team, Lindblad-Toh, K., Gnerre, S., & O'Brien, S. J. (2007). Initial sequence and comparative analysis of the cat genome. Genome Research, 17(11), 1675–1689.
  7. Li, G., Hillier, L.W., Grahn, R.A., Zimin, A.V., David, V.A., Menotti-Raymond, M., & Murphy, W.J. (2016). A high-resolution SNP array-based linkage map anchors a new domestic cat draft genome assembly and provides detailed patterns of recombination.G3: Genes|Genomes|Genetics, 6(6), 1607–1616.
  8. Farias, F.H.G., Tomlinson, C., Labuda, J., Perez-Camargo, G., Middleton, R., & Warren, W.C. (2017). The practical use of genome sequencing data in the management of a feline colony pedigree. BMC Veterinary Research, 13, 225.
  9. Tirgari, M., & Vaughan, L. (1975). Arthritis of the canine stifle joint. Veterinary Record, 96(18), 394-399.
  10. Moreau, M., Troncy, E., del Castillo, J.R., Bédard, C., Gauvin, D., & Lussier, B. (2013). Effects of feeding a high omega-3 fatty acids diet in dogs with naturally occurring osteoarthritis. Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition, 97, 830–837.
  11. Verpaalen, V.D., Baltzer, W.I., Smith-Ostrin, S., Warnocki, J.J., Stang, B., & Ruaux, C.G. (2018). Assessment of the effects of diet and physical rehabilitation on radiographic findings and markers of synovial inflammation in dogs following tibial plateau leveling osteotomy. Journal of the American Veterinary Association, 252(6), 701–709.
  12. Baltzer, W.I., Smith-Ostrin, S., Warnock, J.J., & Ruaux, C.G. (2018). Evaluation of the clinical effects of diet and physical rehabilitation in dogs following tibial plateau leveling osteotomy. Journal of the American Veterinary Association, 252(6), 686-700. doi: 10.2460/javma.252.6.686.