Nano-Se-Assimilation und -Wirkung bei Geflügel und anderen monogastrischen Tieren:Ist die Darmmikrobiota eine Antwort?

Hintergrund

Vor kurzem wurde in den Nanoscale Research Letters [1] eine umfassende Übersichtsarbeit über die Rolle von Nano-Se in der Vieh- und Fischernährung veröffentlicht. Die Autoren beschrieben ausführlich ein Problem im Zusammenhang mit der Nano-Se-Produktion und deren Anwendungsmöglichkeiten in der Tierindustrie und Medizin. Tatsächlich ist bekannt, dass viele als Nanopartikel präsentierte Moleküle aufgrund der neuen Eigenschaften solcher Partikel ein ungewöhnliches Verhalten aufweisen. Tatsächlich haben Nanopartikel in den meisten veröffentlichten Arbeiten, die für die Tierernährung relevant sind, eine Größe von weniger als 100 nm. In einem solchen Zustand ermöglicht die ultrakleine Größe der Partikel, dass sie viele biologische Barrieren durchdringen und als Abgabesystem für verschiedene Elemente wie Ag, Titan, Se und andere verwendet werden.

In dieser Hinsicht ist Se besonders interessant, da nachweislich in den meisten Gebieten weltweit ein Mangel an diesem Element vorliegt [2]. Der Mangel ist in vielen Fällen eine menschliche Schöpfung, da der Se-Gehalt in Böden stark variiert und vor allem die Verfügbarkeit von Se aus Böden noch variabler ist. Tatsächlich verringerte die Bodenversauerung durch landwirtschaftliche Praktiken sowie die Verwendung schwefelhaltiger Düngemittel die Se-Verfügbarkeit für Pflanzen erheblich und führt zu einem geringen Se-Verbrauch durch Nutztiere, wo Getreide (Weizen, Mais, Gerste) und Ölsaaten (Sojabohnen) einen Großteil der Ernährung ausmachen. Daher wurde die Supplementierung von Se in der kommerziellen Ernährung von Geflügel, Nutztieren und Fischen zu einer gängigen Praxis und wird seit den 1970er Jahren verwendet. Tatsächlich sind Vitamin-Mineral-Vormischungen eine Hauptquelle für Se für die kommerzielle Produktion von Eiern, Fleisch/Fisch und Milch.

Was für die Nano-Se-Geschichte relevant ist, ist die Quelle von Se in den Beilagen. Tatsächlich ist die wichtigste zusätzliche Form von Se Natriumselenit, das ein Nebenprodukt der Kupferproduktion ist. Mit über 40 Jahren im Einsatz hat Natriumselenit seine Vor- und Nachteile deutlich unter Beweis gestellt. Tatsächlich verschwand der Se-Mangel bei Nutztieren mit klinischen Mangelerscheinungen aufgrund der kommerziellen Se-Supplementierung mit Futtermitteln praktisch. Eine Ausnahme bilden Wiederkäuer, bei denen Natriumselenit in einer sauren Pansenumgebung ausfallen kann, sowie aufgrund technischer Einschränkungen bei der Verwendung von Futterergänzungsmitteln; Se-Mangel wird immer noch weltweit beobachtet und solche Anwendungen wie Seleninjektionen und Boli werden verwendet. Wie in der oben genannten Übersicht zu Recht erwähnt, ist Se jedoch unter kommerziell relevanten Stressbedingungen äußerst wichtig, insbesondere für die moderne Genetik von hochproduktiven Nutztieren und Geflügel.

Heute bewegt sich die Tierindustrie von der Vorbeugung von Nährstoffmangel hin zur exakten Deckung des Bedarfs der Tiere an wichtigen Nährstoffen, einschließlich Se. Tatsächlich ist „präzise Ernährung“ ein Begriff, der dieses Konzept beschreibt. Unter solchen Bedingungen hat sich gezeigt, dass Natriumselenit (ebenso wie Selenat) als Ergänzungsfuttermittel eine Reihe von Nachteilen hat. Zunächst einmal ist es eine ziemlich reaktive Verbindung und kann in Futtermitteln/Vormischungen durch verschiedene Nährstoffe, einschließlich Ascorbinsäure und einige Futtermittelbestandteile, auf eine nicht verfügbare metallische Form reduziert werden. Es kann auch in der Feuchtigkeit des Futters gelöst und in flüchtige Verbindungen umgewandelt werden, die verloren gehen. Zweitens besitzt Natriumselenit dosisabhängig prooxidative Eigenschaften, die sich negativ auf den Tier-/Kükendarm auswirken können. Schließlich wird Selen in Form von Natriumselenit schlecht auf Eier, über die Plazenta auf Föten übertragen, die keine Se-Reserven im Körper aufbauen können, die unter Stressbedingungen verwendet werden können, wenn der Se-Bedarf steigt, die Futteraufnahme jedoch normalerweise abnimmt. Natriumselenit ist auch im Übermaß giftig für Tiere und Menschen. Wir stimmen jedoch nicht mit einer Schlussfolgerung aus dem oben genannten Review [1] überein, dass die Se-Toxizität ein Problem für die Tierindustrie ist. Es hängt nur mit menschlichen Fehlern bei der Berechnung oder beim Mischen von Futtermitteln zusammen. Das sichere Fenster für Selen ist ziemlich eng (die übliche Dosis einer Se-Supplementierung für Geflügel und Schweine beträgt etwa 0,3 ppm, während bei Natriumselenit-Dosen von mehr als 1–2 ppm eine negative Wirkung beobachtet würde), aber moderne Futtermühlen bieten eine Möglichkeit einer guten Futtermischung zur Vermeidung von Toxizitätsproblemen.

Fortschritte in den analytischen Wissenschaften waren eine treibende Kraft bei der Entdeckung, dass die Hauptform von Se in den wichtigsten Futtermittelinhaltsstoffen SeMet ist, das mehr als 50 % des gesamten Se in Mais, Sojabohnen, Weizen, Gerste usw. ausmacht [2]. Daher wurde das Verdauungssystem von Tieren während der Evolution an diese Form von Selen angepasst, wodurch SeMet effizienter aus der Nahrung aufgenommen wird und der unspezifische Einbau in Körperproteine ​​Se-Reserven bildet. Tatsächlich ist eine Reihe organischer Se-Quellen auf dem Markt erschienen, darunter Se-Hefe, reines SeMet und OH-SeMet (2-Hydroxy-4-(methylthio)buttersäure-Se), wobei OH-SeMet maximale Wirksamkeit zeigt.

Der größte Mangel an Wissen in der Nano-Se-Frage hängt mit seinem Stoffwechsel und insbesondere seiner Umwandlung in H₂ . zusammen Se mit der folgenden SeCys-Synthese und Einbau in Selenoproteine. In der Übersicht [1] werden nur sehr wenige Selenoproteine, darunter Glutathionperoxidase, erwähnt, während bei Mensch und Tier mindestens 25 Selenoproteine ​​identifiziert werden. Es ist allgemein anerkannt, dass die Hauptrolle von Se in der Ernährung von Mensch und Tier mit der Synthese von Selenoproteinen mit einzigartigen katalytischen Eigenschaften zusammenhängt und mehr als die Hälfte von ihnen an der Aufrechterhaltung des Redoxgleichgewichts und der antioxidativen Abwehr beteiligt ist [3]. In der oben erwähnten Übersicht [1] werden die direkten antioxidativen Eigenschaften (Reduktion von ROS) von Nano-Se als möglicher Wirkungsmechanismus erwähnt. Die Se-Konzentration in den wichtigsten Geweben von Tieren/Geflügeln, einschließlich Leber und Muskeln, überschreitet jedoch normalerweise nicht 800–900 ng/g Frischgewebe, was im Bereich von 10 μM liegt, und im Plasma beträgt der Se-Spiegel etwa 0,2–0,3 μg/ ml oder 2–3 μM, während in der am häufigsten zitierten Arbeit über die antioxidativen Eigenschaften von Nano-Se in vitro die Se-Konzentrationen getestet wurden und eine 5–10-fach höhere antioxidative Wirkung zeigten [4]. Damit eine Antioxidansverbindung ein wirksamer Radikalfänger ist, ist es außerdem wichtig, die richtige Konzentration des Antioxidans zur richtigen Zeit am richtigen Ort zu haben. Dies würde das Problem weiter verkomplizieren, und daher erscheint es unwahrscheinlich, dass Nano-Se eine direkte AO-Wirkung in den biologischen Systemen haben könnte.

Daher hängt die antioxidative Wirkung von Nano-Se, ähnlich wie bei anderen Formen von Selen, die in der Tierernährung verwendet werden, mit der Selenoprotein-Genexpression und Proteinsynthese zusammen. Tatsächlich gibt es in der Übersicht [1] mehrere Referenzen, die einen positiven Effekt von Nano-Se auf die GSH-Px-Aktivität bestätigen. Jetzt ist die Frage wie nano-Se wird in aktive Selenoproteine ​​umgewandelt. In der Übersicht [1] gibt es einen Vorschlag (ohne Referenz), dass Nano-Se mit der folgenden Se-Protein-Synthese in Selenophosphat umgewandelt werden kann. Dieser Vorschlag sollte experimentell nachgewiesen werden. Der zweite Vorschlag, dass Nano-Se in SeMet umgewandelt werden kann, ist grundsätzlich falsch, da SeMet nicht im menschlichen/tierischen Körper synthetisiert werden kann; nur Pflanzen und Bakterien können es produzieren [5].

Es gibt sehr attraktive Vorschläge, dass die Darmmikrobiota Nano-Se zu Selenit/Selenat oxidieren oder zu H₂ . reduzieren kann Se mit der folgenden Synthese von Selenoproteinen [6, 7]. Kürzlich wurden einige experimentelle Beweise vorgelegt, um zu beweisen, dass Nano-Se-Partikel vor ihrer Absorption im Darm in Gegenwart von Mikrobiota gelöst und zu anorganischen Oxoanionen von Se oxidiert werden können [6]. Darüber hinaus wurde ein hypothetisches schematisches Diagramm vorgeschlagen, das einen intrazellulären dynamischen Zyklus von endogenen Selen-Nanopartikeln (SeNPs) zeigt [7]. Tatsächlich wurde vorgeschlagen, dass elementares Selen durch Superoxidradikale zu Selenit reoxidiert werden könnte. Es besteht auch die Möglichkeit, dass die Darmmikrobiota diesen Prozess durchführen/beschleunigen kann. Tatsächlich treten vier wichtige biologische Umwandlungen von Se in der Natur auf, darunter Reduktion, Oxidation, Methylierung und Demethylierung [8]. Die in den letzten drei Jahrzehnten gesammelten Daten zeigen deutlich, dass Mikroorganismen eine wichtige Rolle im Selenkreislauf in der Umwelt spielen, indem sie sowohl an Oxidations- als auch an Reduktionsreaktionen teilnehmen [9]. Interessanterweise ist die mikrobielle Oxidation von Se ⁰ bis Se ⁴⁺ von einer Gruppe nicht identifizierter autotropher Bakterien wurde vor mehr als 90 Jahren entdeckt [10]. Darüber hinaus Oxidation von elementarem Selen zu Selenit durch ein heterotrophes Bakterium, Bacillus megaterium , isoliert aus dem Boden, wurde viel später beschrieben [11]. Tatsächlich, Se ⁰ Es wurde gezeigt, dass die Oxidation in Böden relativ langsam erfolgt und weitgehend biotischer Natur ist und sowohl SeO₃ ²⁻ und SeO₄ ²⁻ [12]. Darüber hinaus ist die mikrobielle Oxidation von elementarem Selen (Se ⁰ ) durch Chemoheterotrophe und chemoautotrophe Thiobazillen wurde mit ⁷⁵ . bestätigt Se ⁰ als Tracer [13]. Die Autoren zeigten, dass Bodenschlämme Se ⁰ . oxidieren können mit SeO₃ ²⁻ und SeO₄ ²⁻ Formation. Interessanterweise hemmte die mikrobielle Inaktivierung im Boden durch Autoklavieren oder chemische Behandlungen den Prozess. Darüber hinaus können Kulturen des schwefeloxidierenden Bakteriums Thiobacillus Es wurde gezeigt, dass ASN-1 die Oxidation von Se(0) mit Enzymen durchführt, die zur Energiegewinnung aus reduzierten Schwefelverbindungen verwendet werden [13]. Darüber hinaus können heterotrophe Bakterien, die Mn(II) oder Fe(II) oxidieren können (Leptothrix MnB1) oxidiert Se ⁰ unter Bildung von SeO₃ ²⁻ als Hauptreaktionsprodukt. Interessanterweise wurde gezeigt, dass die Reaktion von einem Elektronendonor wie Acetat oder Glucose abhängt [13]. Die Oxidation von Se ⁰ durch verschiedene Bakterien wurde noch nicht vollständig untersucht und bietet wichtige Forschungsmöglichkeiten. Tatsächlich bietet eine große Vielfalt von Mikroben im Darm die notwendigen Bedingungen für verschiedene Se-Umwandlungen. Wenn beispielsweise Nano-Se-Partikel mit Milchsäurebakterien (Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus LB-12), wurden organische Se-Verbindungen (hauptsächlich SeCys und SeMet) hergestellt und auch Nano-Se-Partikel teilweise gelöst und nicht metabolisch in anorganisches Selen umgewandelt, wahrscheinlich mit Hilfe von Substanzen, die von der Bakterienzellwand ausgeschieden werden [14].

Alternativ kann elementares Selen durch ein Selenit-atmendes Bakterium (z. B. Bacillus selenitireducens) reduziert/zu Selenid umgewandelt werden ). Die oben genannte Reaktion, die von den Bakterien mit der unvollständigen Oxidation des Elektronendonor-Lactats zu Acetat durchgeführt wurde, wurde wie folgt dargestellt [7]:

Daher sind die freien Energien für die Reaktion (∆G ^I ) wird als − 2,8 kcal/mol e ⁻ . gezeigt . Dies zeigt, dass bei Bacillus selenitireducens , beinhaltet der Reduktionsmechanismus eine Energieerhaltung durch die Verwendung von Se-spezifischen dissimilatorischen Enzymen [15]. Tatsächlich handelt es sich um ein Selenit-atmendes Bakterium, Bacillus selenitireducens , könnte erhebliche Mengen an Se ^− 2 . produzieren (als wässriges HSe−) unter Verwendung von Se ⁰ als Substrat [16]. Zuvor wurde gezeigt, dass rotes Selen durch das obligat acidophile Thiobacillus ferrooxidans . reduziert wird unter sauren (pH 3), anaeroben Bedingungen mit H₂ Se-Produktion mit einer Rate von 0,03 μmol/mg Protein/h [17]. Darüber hinaus ist ein weiteres anaerobes Bakterium Veillonella atypica konnte bei der weiteren Reduktion durch das Bakterium zu reaktivem Selenid Selenoxyanionen zu elementarem Selen reduzieren [18]. Interessanterweise wurde vor mehr als 45 Jahren beschrieben, dass Extrakte von Micrococcus lactilyticus (Veillonella alcalescens ) konnten kolloidales Selen quantitativ zu H₂ . reduzieren Siehe [19]. Kürzlich wurden Gene, die YedE- und YedF-Proteine ​​kodieren, als neue Kandidatengene in Betracht gezogen, die am Se-Stoffwechsel in Prokaryonten einschließlich Bakterien beteiligt sind [20]. Tatsächlich könnten sowohl YedE, ein vorhergesagter Se-Transporter, als auch YedF, ein Redoxprotein, an der metabolischen Umwandlung von Selen in Bakterienzellen beteiligt sein. Daher wurde die prinzipielle Fähigkeit verschiedener Mikroben nachgewiesen, elementares Selen zu oxidieren oder zu reduzieren (Tabelle 1); ob solche Reaktionen im Tierdarm ablaufen, bedarf jedoch weiterer Untersuchungen zur Beantwortung der Frage. Interessanterweise sind von allen in Tabelle 1 genannten Bakterienarten anaerobe, gramnegative Bakterien der Gattung Veillonella verdienen besondere Aufmerksamkeit. Tatsächlich Veillonellen kommen im Verdauungstrakt von Warmblütern vor [21]. Tatsächlich ist bei Nutztieren Veillonella Stämme werden regelmäßig als Ureinwohner aller Abschnitte des Magen-Darm-Traktes ([22] und Referenzen dort), einschließlich des oberen Magen-Darm-Trakts [23] und Blinddarm [24] von Hühnern nachgewiesen. Tatsächlich sind zusätzliche Forschungen erforderlich, um das Schicksal und die Mechanismen der möglichen Umwandlung von Nano-Se im Magen-Darm-Trakt von Tieren aufzuklären. Der Nano-Se-Stoffwechsel hängt von der Nanopartikel-Zusammensetzung einschließlich des Nanopartikel-Beschichtungsmittels ab. Ein vorgeschlagenes Schema der Beteiligung von Nano-Se an der Selenoprotein-Synthese ist in Abb. 1 dargestellt, und ein grundlegendes Verständnis des Nano-Se-Stoffwechsels einschließlich Absorption, Verteilung und Clearance ist in der Tier-/Geflügelwissenschaft von großer Bedeutung [25].

Schematisches Modell, das die metabolische Umwandlung verschiedener Formen von Se in Tieren zeigt. Es wird vermutet, dass die Darmmikrobiota Nano-Se in Selenit, H₂ . umwandeln könnte Se oder Se-Phosphat mit folgender SeCys-Synthese und Einbau in Selenoproteine

Der Magen-Darm-Trakt von Säugetieren/Vogeln beherbergt Billionen kommensaler Mikroorganismen, die zusammenfassend als Mikrobiota bekannt sind [26]. Der Darmtrakt von Hühnern besteht beispielsweise aus Duodenum, Jejunum, Ileum, Blinddarm und Dickdarm, und es gibt signifikante Unterschiede in der Mikrobiotakonzentration und -zusammensetzung zwischen den oben genannten Darmabschnitten [27]. Interessanterweise zeichnet sich der Blinddarm durch die komplexeste mikrobielle Gemeinschaft aus, die von den Stämmen Firmicutes dominated dominiert wird , Bakteroides , Aktinobakterien und Proteobakterien [28]. Andererseits wurde auf Gattungsebene gezeigt, dass die wichtigsten mikrobiellen Gattungen in allen Darmabschnitten Lactobacillus . sind , Enterokokken , Bakteroiden , und Corynebacterium [27]. Außerdem Bakteroiden erwies sich als die dominierende Gruppe im Blinddarm, während Lactobacillus vorherrschend in den Dünndarmabschnitten (Duodenum, Jejunum und Ileum; [27]). In diesem komplexen Darmökosystem könnte es eine Reihe von Mikroben geben, die die Oxidation/Reduktion von Nano-Se-Partikeln erleichtern können, und diese Annahme bedarf weiterer Untersuchungen.

Einerseits würden einige Mikroben Se für ihren eigenen Bedarf verwenden, um mikrobielle Selenoproteine ​​​​zu synthetisieren und mit dem Wirt um dieses Element zu konkurrieren. Es ist allgemein bekannt, dass Se ein wichtiges Element für eine Vielzahl von Organismen in fast allen Bakterienstämmen ist; es ist jedoch wahrscheinlich, dass nur ein Drittel der charakterisierten Bakterien dieses Element in ihrem Stoffwechsel verwendet [29]. Tatsächlich kommt es bei Se-Mangel zu einer Konkurrenz zwischen Bakterien und Wirt um das verfügbare Selen, und keimfreie Tiere haben einen geringeren Selenbedarf als konventionell kolonisierte Tiere [30]. Jüngste Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine Nahrungsergänzung mit Se sowohl die Zusammensetzung und Vielfalt der bestehenden Mikrobiota als auch die Etablierung der gastrointestinalen Mikroflora beeinflussen kann [31]. Beispielsweise wurde gezeigt, dass entwöhnte Rinderkälber, die mit Selen angereichertes Luzerneheu gefüttert wurden, im Vergleich zu Kontrolltieren eine angereicherte nasale Mikrobiota aufwiesen [32]. Mögliche Auswirkungen von Se in verschiedenen Formen und Konzentrationen auf die Darmmikrobiota warten auf weitere Untersuchungen.

Andererseits scheint es wahrscheinlich, dass eine aktive Aufnahme von Se durch die Mikrobiota stattfindet, und dieser Prozess hängt von der verwendeten Se-Form ab. Tatsächlich erwies sich die Aufnahme von SeMet durch die Kolonmikrobiota als viel effizienter als die Aufnahme von Selenat [33]. Ob die Zusammensetzung und Konzentration der Bakterien die Aufnahme von Selenverbindungen im Darm beeinflusst, wurde jedoch nicht untersucht. Es ist allgemein anerkannt, dass die Darmmikrobiota für die Ausscheidung von überschüssigem Selen durch seine Methylierung und Bildung von elementarem Se verantwortlich ist [34]. Interessanterweise wurde diese Form von Se bei Ratten, die mit SeMet gefüttert wurden, in allen Segmenten des Darms gefunden. Allerdings waren die Se-Spiegel in Ileum, Blinddarm und Dickdarm signifikant höher als in den entsprechenden Abschnitten von Ratten nach probiotischer Behandlung [34]. Dies könnte bedeuten, dass Streptococcus Salivarius , Lactobacillus rhamnosus , Lactobacillus acidophilus und Bifidobacterium lactis wurden dem Darm mit probiotisch bewirktem Se-Stoffwechsel hauptsächlich im fernen Darm zugeführt. Tatsächlich sollte die Wirkung verschiedener Bakterien bei der Umwandlung von Se identifiziert werden, um die Rolle jedes Segments des Darms beim Se-Stoffwechsel und bei der Assimilation zu verstehen. Darüber hinaus kann der Rückfluss der Flüssigkeit aus dem oberen Teil des Dickdarms zurück in den Dünndarm für die Aufnahme von H₂ . verantwortlich sein Se und andere Formen von Se aus dem Darm. Tatsächlich wurde kürzlich gezeigt, dass Hühner durch umgekehrte peristaltische Kontraktionen gekennzeichnet sind, die den Marker von der Kloake zum Muskelmagen verschieben könnten [35].

Eine direkte Beteiligung von Nano-Se an der Selenoprotein-Synthese könnte erwartet werden, da Nano-Se in Zellkultur die Selenoproteine ​​(GSH-Px und TR-Aktivität) erhöht. Das jüngste Verständnis der Selenoprotein-Expressionspriorität könnte dieses Problem jedoch verkomplizieren. Tatsächlich sind viele Selenoproteine ​​durch oxidativen Stress reguliert. Insbesondere wurde gezeigt, dass GSH-Px1, GSH-Px4 und TR1 als Reaktion auf oxidativen Stress hochreguliert werden [36], und eine solche Reaktion war ausgeprägter, wenn die Se-Versorgung begrenzt war. Es sollte erwähnt werden, dass die oben genannte Reaktion auch von der Höhe des oxidativen Stresses abhängt, da dies bei leichtem oxidativem Stress der Fall ist, jedoch auf einem extrem hohen Niveau einige andere Mechanismen aktiviert werden [2].

Es könnte durchaus sein, dass eine erhöhte Expression/Aktivität solcher Selenoproteine ​​in Zellkulturen eine Reaktion auf einen durch Nano-Se erzeugten oxidativen Stress ist, jedoch nicht eine verbesserte Se-Versorgung widerspiegelt. Daher ist bei der Interpretation der Ergebnisse basierend auf Zellkulturstudien Vorsicht geboten. Eine zusätzliche Bestätigung der stressbedingten Veränderungen in biologischen Systemen aufgrund der Nano-Se-Supplementierung kam aus der aktuellen Studie, die zeigt, dass biogenes Nano-Se den nuklearen Faktor (erythroid-derived-2)-like 2 (Nrf2) aktivieren und die Expression seiner nachgeschalteten Gene, die dosis- und zeitabhängig für die Synthese von Antioxidantien verantwortlich sind [37]. Darüber hinaus fanden die Autoren, dass der Knockdown von Nrf2 die antioxidative Wirkung solcher Nano-Se-Partikel signifikant blockiert.

Bei der kritischen Analyse der positiven Effekte einer Nano-Se-Supplementierung auf die Produktions- und Reproduktionsleistung von Geflügel, Nutztieren und Fischen muss berücksichtigt werden, dass Se in den meisten Fällen die Leistung nicht verbessert, sondern eine Leistungsverschlechterung aufgrund von Umwelteinflüssen verhindert hat ernährungsbedingte Einschränkungen. In vielen Fällen wurden Tierversuche mit extrem niedrigen Se-Hintergrundwerten durchgeführt, daher kann die Zugabe von Se in jeder verfügbaren Form positive Auswirkungen haben.

Die Herausforderungen bei der Kommerzialisierung von Nano-Se als Futtermittelzusatzstoff könnten wie folgt sein:

1. 1.

   Es ist notwendig, die molekularen Mechanismen der Nano-Se-Absorption, -Assimilation und -Wirkung auf zellulärer, subzellulärer und Genebene zu verstehen. Ohne solche Daten wäre es schwierig, reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten und richtige Erklärungen für die beobachteten Effekte zu finden. In einer kürzlich veröffentlichten Arbeit wurden beispielsweise nur wenige Gene (18 Proteine ​​und keines davon steht in direktem Zusammenhang mit dem Se-Stoffwechsel) in der Leber durch eine Überdosierung von Nano-Se bei Hühnern beeinflusst [38], während bekannt ist, dass andere Formen von diätetischem Se, einschließlich SeMet, können einige hundert Gene beeinflussen.

2. 2.

   Es ist wichtig zu verstehen, ob Nano-Se Se-Reserven im Körper aufbauen kann, wie SeMet, und ob diese Reserven unter Stressbedingungen verfügbar sind.

3. 3.

   Es ist notwendig, eine Technologie zu entwickeln, die in der Lage ist, Nano-Se-Partikel gleicher Größe, Stabilität und einigermaßen guter (mindestens 6–12 Monate) Lagerfähigkeit bereitzustellen [2].

4. 4.

   Es ist wahrscheinlich, dass mikrobielle Probiotika bei der Umwandlung von Nanoselen, das als Futtermittelzusatzstoff verwendet wird, nützlich sein können. Einerseits können solche Probiotika spezifische Mikroorganismen enthalten, die die Nano-Se-Assimilation im Darm unterstützen (z. B. Veillonella Spezies). Andererseits könnten mit Se angereicherte Probiotika eine weitere Möglichkeit sein [34, 39]

5. 5.

   Nebenwirkungen, Risiken und Umweltbedenken sollten vollständig angegangen werden. Tatsächlich sind weitere Forschungen erforderlich, um politische Entscheidungsträger und Regulierungsbehörden über das nanotoxikologische Potenzial von Nano-Se zu informieren [40]. Insbesondere eine sehr geringe Partikelgröße in trockener Form macht das Produkt sehr staubig, und das ungewöhnliche Verhalten von Nano-Se-Partikeln, sobald es sich im Körper befindet, warnt mit dem Hauptanliegen des Schutzes der Arbeiter in der Futtermittelmühle. Da die Darmmikrobiota für die Ausscheidung von überschüssigem Selen durch Methylierung und elementare Se-Bildung verantwortlich ist [34], könnte die Verbesserung/Modulation der Mikrobiota einen neuen Horizont im Umgang mit einer möglichen Nano-Se-Toxizität eröffnen.

6. 6.

   Positive Auswirkungen von Nano-Se in der Tierernährung sollten mögliche nachteilige Folgen seiner Verwendung nicht überschatten. Tatsächlich könnte sich das Verhalten von Nanopartikeln unter verschiedenen Bedingungen erheblich unterscheiden, und bevor wir verstehen, wie dieses Verhalten zu kontrollieren ist, sollte eine Verwendung von Nano-Se im großen industriellen Maßstab nicht möglich sein. Bei der Betrachtung der Nano-Se-Absorption ist beispielsweise der sogenannte Trojanische-Pferd-Effekt zu erwähnen, bei dem Nanopartikel permeationsfördernde Eigenschaften für andere Stoffe im Darm haben können [41]. Dies kann zu Problemen führen, da das Futter eine Reihe von „unerwünschten“ Verbindungen enthält und der Darm vor ihrer Aufnahme schützt. Tatsächlich rechtfertigt das Verhalten von Nano-Se im Darm weitere Untersuchungen.

7. 7.

   In der oben genannten Übersicht [1] wird den antimikrobiellen und krebshemmenden Eigenschaften von Nano-Se große Aufmerksamkeit gewidmet, und es scheint wahrscheinlich, dass die einzigartigen Eigenschaften von Nanopartikeln bei der Bekämpfung verschiedener Krankheitszustände helfen könnten. Nano-Se kann in der Tat als neues Medikament für verschiedene medizinische Erkrankungen, einschließlich der Krebstherapie, angesehen werden, während seine Verwendung als wirksamer Futtermittelzusatz eher fraglich ist. Zukünftige Forschung muss diese wichtigen Fragen und Bedenken beantworten.

Schlussfolgerung

In den letzten Jahren wurden eine Reihe von Artikeln zum Nano-Se veröffentlicht und das Thema entwickelt sich schnell. Bevor diese Form von Se jedoch einen Weg in die kommerzielle Geflügel-/Tierproduktion finden kann, ist es notwendig zu verstehen und zu erklären, wie Nano-Se in aktive Selenoproteine ​​umgewandelt wird. Einer der möglichen Mechanismen/Wege der Nano-Se-Wirkung könnte durch die Darmmikrobiota vermittelt werden, die Nano-Se in Selenit, H₂ . umwandeln könnte Se oder Se-Phosphat mit der folgenden Synthese von Selenoproteinen (Abb. 1). Es gibt Hinweise darauf, dass Bakterien in der Natur metallisches Se (Se ⁰ ) mit der Produktion von Se ⁻² oder Se ⁺⁴ und Se ⁺⁶ bzw. Unter den an Se-Redoxveränderungen beteiligten Mikroorganismen ist die Gattung Veillonella verdient besondere Aufmerksamkeit, da solche Bakterien im Darm von Nutztieren, einschließlich Hühnern, vorhanden sind. Die Möglichkeit der Beteiligung der Darmmikrobiota an der Assimilation und dem Metabolismus von Nano-Se muss weiter im Detail untersucht werden, und die Vor- und Nachteile von Nano-Se als Quelle von Se in der Tier-/Geflügelernährung bedürfen weiterer kritischer Bewertungen.