Varje år föder Delaware gårdar upp mer än 240 miljoner slaktkycklingar, den bästa jordbruksvaran i delstaten med en inverkan på 3,5 miljarder dollar på statens ekonomi.
Men en sjukdom som kännetecknas av fast, gulaktig bröstmuskel beräknas påverka upp till 5 % av en given flock, vilket gör kött från dessa fåglar osäljbart. Sjukdomen, känd som wooden breast syndrome, kan kosta amerikanska fjäderfäuppfödare minst 200 miljoner dollar per år.
University of Delaware forskare vid College of Agriculture and Natural Resources har gjort en ny upptäckt i sitt arbete med träbröstsyndrom hos kycklingar. UD-teamet fann vita blodkroppar fyllda med fett som omger slaktkycklingarnas ådror och visar tecken på svullnad är viktiga bidragande faktorer till denna muskeldegenerationssjukdom hos dessa fåglar som i slutändan kan påverka deras köttkvalitet.
Broilerkycklingar med träbröstsyndrom tenderar att ha segt och segt kött. Orsaken är okänd, men det finns spekulationer om att sjukdomen beror på genetiskt uppfödning av kycklingar som har större bröstmuskelmassa.
I ny forskning publicerad i tidskriften Scientific Reports , UD-forskare vid institutionen för djur- och livsmedelsvetenskap använde en framväxande teknik som kallas spatial transcriptomics för att få detaljerad information om vad generna i enskilda celltyper gör i kycklingmuskelvävnad.
Forskarna kunde se vilken specifik information som kodades i var och en av generna i kycklingarnas olika celler. De fann vita blodkroppar som kallas lipidladdade makrofager, eller "skumceller", nära kycklingars ådror är nyckelcellerna som är ansvariga för att förändra nedbrytningen och lagringen av fetter vid uppkomsten av träbröstsyndrom.
Fynden kan hjälpa till att bättre förstå en sjukdom som har förbryllat Delawares främsta jordbruksindustri.
Men rumslig transkriptomik är inte bara för fåglarna. Vad forskarna har upptäckt med rumslig transkriptomi kan hjälpa till att främja studier av fetma hos människor.
Kycklingar med träbröstsyndrom är lätta att upptäcka. De har ofta problem med att gå, och deras vingar är inte lika flexibla, säger Behnam Abasht, professor i djurgenetik vid UD:s College of Agriculture and Natural Resources.
"Detta är ett mycket stort ekonomiskt problem med vissa välfärdsaspekter involverade i denna sjukdom," sa Abasht. "Varje lösning du hittar som kan förbättra hälsan hos en kyckling och även ekonomiskt hjälpa fjäderfäproducenter skulle ha stor inverkan."
Dessutom, när kycklingar inte har bra vingrörlighet, kan de falla omkull när de går och kommer inte att kunna använda sina vingar för att komma upp igen. Erin Brannick, en UD-docent och veterinäranatomisk patolog, förklarade att forskare har sett problem där fåglar kommer att ligga ner och inte vill röra sig. Den orörligheten gör dem mottagliga för andra sjukdomar.
"Vi ser verkligen tvåfaldigt på detta. Vi vill hålla våra köttprodukter säkra, hälsosamma och möta konsumenternas krav," sa Brannick. "Samtidigt vill vi se till att vi arbetar för fåglarnas hälsa och ser till att de är glada, friska, kan röra sig och göra vad en vanlig slaktkyckling skulle göra när det gäller att äta och blanda ihop dem. med andra fåglar."
Abasht och Brannick har samarbetat inom forskning om träbröstsyndrom i över ett decennium. Ziqing Wang, nu en UD-alumn och den första författaren på tidningen, arbetade med forskningen som doktorand under ledning av Abasht från 2019 till augusti 2023. Paul Khondowe, föreläsare och forskare vid University of Zambia, gick med i laget som en Fulbright Visiting Scholar anordnad av Abasht-laboratoriet.
I den senaste forskningen undersökte teamet muskelvävnad från tre 23 dagar gamla slaktkycklingar som valts slumpmässigt från ett UD-kycklinghus.
Forskarna frös in prover av deras muskelvävnad och skivade sedan den härdade vävnaden i mycket tunna ark. De tog bilder och undersökte proverna mikroskopiskt för tecken på sjukdom samtidigt som de analyserade generna i muskelvävnaden. Ett av de tre proverna bekräftades ha träbröstsyndrom.
I det provet fann forskarna feta vita blodkroppar, eller lipidhaltiga makrofager, nära kycklingens ådror. De hittade också skumceller i de två till synes opåverkade proverna, vilket tyder på att de började utveckla träbröstsyndrom.
"Eftersom de lipidbelastade makrofagerna är så nära venerna, är det möjligt när de växer i storlek eller kvantitet kan det orsaka venocklusion," sa Wang. "Venerna trycks. Det går inte tillräckligt med blod, vilket så småningom leder till veninflammation."
Wang sa att detta också kan tyda på att lipider som kommer från venerna "inte används korrekt." Lipiderna kan till och med utlösa inflammation i ett kycklingbröst.
De nya rönen förstärker teamets tidigare rön att ett enzym som är avgörande för fettmetabolismen kan bidra till träbröstsyndrom.
"Våra nuvarande fynd stödde ytterligare betydelsen av en tidigare identifierad nyckelspelande gen i träbröstsyndrom och visade de specifika celltyper där denna gen uttrycks," sa Wang.
Såvitt teamet vet, sade Wang, är detta arbete troligen det första i världen som använder rumslig transkriptomik för att studera den funktionella rollen av specifika celltyper i vävnaden under utvecklingen av träbröstsyndrom hos kycklingar, genom att kombinera processen med omvandla gener till proteiner och RNA och studera vävnadsanatomi, under utvecklingen av träbröstsyndrom hos kycklingar.
"Vi försöker förstå denna sjukdom bättre och att kanske försöka tänka på bättre sätt att kontrollera denna sjukdom, framtida avelsstrategier," sa Wang. "Vi försöker förstå vad som verkligen händer."
Genom forskningen identifierade teamet också potentiella träbröstspecifika biomarkörer, som kan hjälpa till att identifiera och diagnostisera sjukdomen tidigt.
"Det är viktigt eftersom det kan vara specifikt för denna sjukdom eller muskelskada, så det kan potentiellt studeras ytterligare," sa Wang. "Det kan vara viktigt att använda andra tekniker för att antingen bekräfta det eller bara för att ytterligare studera vad just dessa gener gör i muskeln."
Så vad förändras metabolt hos kycklingar som har träbröstsyndrom jämfört med kycklingar som inte har det? På lång sikt är det precis vad forskargruppen vill avslöja. Med den informationen skulle teamet kunna arbeta sig bakåt och lösa hur man kan minska förekomsten av träbröstsyndrom i kycklingflockar.
"Om vi kan fördröja när sjukdomen börjar och hur allvarlig den blir, skulle det vara en otrolig prestation," sa Brannick.
Brannick sa att vissa kycklingföretag redan har börjat göra förändringar i sina avelsmetoder och antagit en annan inställning till hur kycklingars bröstmuskler ska se ut.
"Allt nytt som vi lär oss om denna sjukdom kommer att hjälpa oss att minska hur illa det blir eller hur många fåglar som påverkas i framtiden," sa Brannick. "Allt detta hjälper oss att göra mer kyckling som fler människor vill äta. Det håller också de här fåglarna friska och glada medan de växer."
Forskningen kan också få konsekvenser för att förstå mänskliga sjukdomar. Abasht ser till exempel tillämpningar till studier av fetma.
Lipidhaltiga makrofager i kycklingbröstmusklerna händer där det finns mycket fett i vävnaden. Det här är ungefär som vad som händer hos överviktiga människor och i inflammationen som kommer från fettavlagringar i mänskliga artärer när fett och kolesterol byggs upp inuti artärväggarna.
"Ett genombrott inom forskning om djursjukdomar kan skapa vägar för genombrott inom forskning om mänskliga sjukdomar," sa Abasht. "Vår studie frigör potentialen för andra forskningsvägar."
Mer information: Ziqing Wang et al, Spatial transcriptomics avslöjar förändringar i perivaskulär makrofags lipidmetabolism i början av träbröstmyopati hos slaktkycklingar, Scientific Reports (2024). DOI:10.1038/s41598-024-53904-5
Journalinformation: Vetenskapliga rapporter
Tillhandahålls av University of Delaware
