Genomik

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Die Wissenschaft erweitert unser Wissen darüber, wie die Biologie bis ins kleinste Detail funktioniert. Dies erfordert ein tiefgreifendes Verständnis dafür, wie die DNA in zelluläre Aktionen umgesetzt wird.

Die DNA enthält die chemischen Codes, die die Anweisungen für jede Zellfunktion liefern. Indem sie verfolgen, welche Gene unter verschiedenen Bedingungen ein- oder ausgeschaltet werden, können die Forschenden feststellen, wie sich die Genexpression bei gesunden und kranken Hunden und Katzen verändert, und dann die Auswirkungen der Nährstoffe auf die Genaktivität bewerten.

Purina gehörte zu den ersten Tierfutterherstellern, die mithilfe der Biomedizin die Zusammenhänge zwischen Ernährung und Genetik besser verstehen wollten. Dieser Fokus auf die molekulare Ebene enthüllt ständig neue Mechanismen, durch die Nährstoffe die Gesundheit von Haustieren verbessern können.

Die Forschung von Purina

Forschung von Purina
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Gemeinsam mit der Cornell University gründete Purina 1999 das Canine Reference Family DNA Distribution Center, eine gemeinsame Plattform für den weltweiten Austausch genetischer Daten. Diese Referenz-DNA aus der Hundefamilie half den Forschenden, Hunderte von Markern in der Nähe bestimmter Gene und Chromosomen zu platzieren, was die Erforschung der Entstehung von Krankheiten – wie z. B. familiäre Krebserkrankungen – bei Hunden und Menschen verbessert.1 Purina unterstützt auch die DNA-Sequenzierungsforschung, die zum Abschluss der internationalen, institutionenübergreifenden Zusammenarbeit beigetragen hat und zur ersten vollständigen Sequenzierung des Hundegenoms führte. Dank genauerer Kenntnisse des Hundegenoms können Wissenschaftler die DNA von Hunden und anderen Spezies besser vergleichen, um zu verstehen, wie sich genetische Veränderungen auf die Gesundheit auswirken können.2,3 Die Studien von Purina haben zum Beispiel gezeigt, wie Ernährung die Genexpression bei Hunden mit Osteoarthritis beeinflussen kann.4,5

Erstmals wurde in 2004 das gesamte Hundegenom mit der DNA eines Boxers sequenziert.

Purina-Forschung über Katzen
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Die erste vollständige Referenzgenomsequenz einer Hauskatze wurde 2007 veröffentlicht.6 Seitdem haben die Forschenden von Purina mit anderen Wissenschaftlern zusammengearbeitet, um eine feinere Kartierung der Katzenchromosomen zu erstellen. Auf dieser Grundlage wurde dann ein detaillierteres Gerüst für die bestehende DNA-Sequenz des Katzengenoms erstellt.7 Gemeinsam mit anderen Genetikern analysierten Wissenschaftler von Purina auch die Genomsequenzen von drei Purina Rassekatzen. Diese Katzen mit bekannten Generationen von „Verwandten“ sind eine wichtige Quelle für die Untersuchung rassespezifischer Krankheiten. Wenn Katzen aus langen Zuchtlinien mit ähnlichen Merkmalen stammen, kann dies die Auswirkungen von Genen verstärken, die ein höheres Risiko für Krankheiten wie die polyzystische Nierenerkrankung (PKD) bei Perserkatzen mit sich bringen. Die Untersuchung der DNA dieser Katzen bietet die Möglichkeit, die entsprechenden Gene zu finden, ihre Auswirkungen zu bewerten und neue Wege zur Verbesserung der Gesundheitsversorgung für alle Katzen zu entwickeln.8

Die DNA für die erste vollständige Genomsequenz einer Katze stammt von Cinnamon, einer Abessinierkatze.

Osteoarthritis-Forschung bei Hunden

Purina nutzte auch bei der Erforschung von Arthritis bei Hunden biomedizinisches Fachwissen. 1 von 5 Hunden leidet an Osteoarthritis.9 Mit jedem Schritt verlangsamt diese schmerzhafte Erkrankung den Lebensrhythmus, den die Haustiere mit ihren Besitzern teilen.

Genomik

Um eine neue Lösung für dieses alte Problem zu finden, haben die Wissenschaftler von Purina die Auswirkungen der Ernährung auf die Genexpression analysiert und entdeckt, dass Omega-3-Fettsäuren die Gesundheit der Knorpelzellen verbessern können.

Als die Forschenden von Purina die Genexpression in den Gelenkknorpelzellen von gesunden Hunden mit denen von arthritischen Hunden verglichen, zeigten die Gene in den von Arthritis betroffenen Zellen eine Hochregulierung von knorpelabbauenden Enzymen, den sogenannten Metalloproteasen. Enzyme, die den Abbau hemmen, wurden herunterreguliert. 3-4

Frühere Studien haben gezeigt, dass Omega-3-Fettsäuren Entzündungen reduzieren können, die ein Auslöser für die biochemische Kaskade sind, die zum Abbau des Gelenkknorpels führt.

Bei einer 9-wöchigen klinischen Studie mit 24 Patientenhunden, die bereits für eine TPLO-Operation (Tibial Plateau Leveling Osteotomy) an einem Kniegelenk vorgesehen waren, wiesen die Hunde, die mit Omega-3-Fettsäuren gefüttert wurden, niedrigere Plasmaspiegel von Entzündungsmarkern und des knorpelabbauenden Enzyms MMP-9 auf. In dem nicht operierten Bein wurden in der Synovialis außerdem erhöhte Konzentrationen von Eicosapentaensäure (EPA) und eines Enzyms, das die Knorpel abbauenden Metalloproteasen hemmt, nachgewiesen.5

In einer separaten Studie zeigte die Analyse mittels Kraftmessplatten, dass sich die Beweglichkeit von Hunden mit natürlich auftretender Arthritis verbesserte, wenn sie eine Ernährung mit einem hohen Anteil an Omega-3 aus Fischöl erhielten.10

In weiteren Studien konnte gezeigt werden, dass die Fütterung einer mit Omega-3-Fettsäuren und Proteinen angereicherten Nahrung zu einer geringeren Konzentration von PGE2 (einem entzündungsfördernden Faktor) in der Synovialflüssigkeit führen und das Fortschreiten der Osteoarthritis in den ersten sechs Monaten nach der Nivellierungsosteotomie des Tibiaplateaus verringern kann.11 In einer anderen Studie wiesen die Hunde, die mit einer mit Omega-3-Fettsäuren und Proteinen angereicherten Nahrung gefüttert wurden, im Vergleich zu Hunden, die mit einer Kontrollnahrung gefüttert wurden, nach einer TPLO-Operation eine verbesserte vertikale Spitzenkraft und einen verbesserten vertikalen Impuls auf – das sind Messgrößen für die Gewichtsbelastung und die Ganganalyse für Lahmheit.12

Das Wichtigste in Kürze

  • Die langjährige Zusammenarbeit von Purina mit anderen Wissenschaftlern hat dazu beigetragen, die Genomkartierung und DNA-Sequenzierung für Hunde und Katzen voranzutreiben.

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  • Der Fokus der Genomik auf molekularer Ebene hilft, neue Mechanismen aufzudecken, durch die Nährstoffe die Genexpression beeinflussen können, um die Gesundheit von Haustieren zu verbessern.

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  • Die Studien von Purina haben gezeigt, wie die Ernährung dazu beitragen kann, die Gelenkgesundheit und Mobilität von Hunden mit Arthritis zu verbessern.

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  • Hunde, die mit Omega-3-Fettsäuren gefüttert wurden, hatten niedrigere Plasmaspiegel von Entzündungsmarkern und des knorpelabbauenden Enzyms MMP-9.

Weitere Informationen

  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. und 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. und 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. und McDonald, K.K. (2003). Gene expression profiling of osteoarthritis from canine chondrocytes. The development of a canine OA microarray chip. Posterpräsentation auf der 49. Tagung der Orthopaedic Research Society, New Orleans, LA.
  5. Hansen, R.A., Harris, M.A., Pluhar, G.E., Motta, T., Brevard, S., Ogilivie, G.K. und 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. und 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. und 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. und 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. und 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. und 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. und 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.