Estructura, propiedades y genética de las caseínas de la leche: una revisión / Structure, properties and genetic of milk caseins: a review / Estrutura, propriedades e genética das caseínas do leite: uma revisão

Resumen La leche es un alimento esencial para los humanos y una de sus importancias radica en el contenido de proteínas lácteas. Las proteínas más frecuentes en este preciado líquido son las caseínas (αS1-caseína, αS2-caseína, β-caseína y κ-caseína), las cuales son fuente de aminoácidos para la dieta de los mamíferos en sus primeros días de vida. En la leche, las caseínas, están formadas por agregados moleculares de proteínas de tamaños variables denominados micelas. El objetivo de esta revisión es presentar un panorama general de la estructura, propiedades y genética de las caseínas lácteas y su relación con la salud humana. A partir de esta revisión, se pudo establecer, que las αs1 y αs2 caseínas se encuentran en conjunto con la β-caseína, formando el núcleo micelar, interactuando con los iones de calcio, para formar y mantener la micela estable. Animales caracterizados genéticamente con algunas variantes de estas proteínas, se asocian con un rendimiento en el volumen de leche. La κ-caseína, por su parte, está asociada con un aumento en el rendimiento y calidad de los quesos, de ahí su importancia económica, mientras que las formas más comunes de β-caseína en razas de ganado lechero son A1 y A2. La β-caseína A2 no presenta efectos negativos a la salud humana, por el contrario, ha sido asociada con propiedades reductoras de colesterol y triacilglicéridos. Sin embargo, la variante A1 de la β-caseína produce un péptido bioactivo denominado β-casomorfina-7 (BCM-7), que puede desempeñar un papel etiológico poco claro en el desarrollo de algunas enfermedades en humanos, tales como: enfermedad isquémica del corazón, diabetes mellitus tipo 1, síndrome de muerte súbita infantil (SIDS), desórdenes neurológicos, como autismo y esquizofrenia.

Abstract Milk is an essential food for humans and one of the reasons of its importance lies in the content of milk proteins. The most frequent proteins in this precious liquid are caseins (αS1-casein, αS2-casein, β-casein and κ-casein), which are a source of amino acids for the diet of mammals in their first days of life. In milk, caseins are made up of molecular aggregates of proteins of varying sizes called micelles. The objective of this review is to present an overview of the structure, properties and genetics of dairy caseins and their relation with human health. From this review, it was established that αs1 and αs2 caseins are found together with β-casein, forming the micellar nucleus and interacting with calcium ions, to form and maintain stable the micelle. Animals genetically characterized with some variants of these proteins are associated with a yield in milk volume. For its part, κ-casein is associated with an increase in the yield and quality of cheeses, hence its economic importance, while the most common forms of β-casein in dairy cattle are A1 and A2. β-casein A2 does not have negative effects on human health; on the contrary, it has been associated with lowering properties of cholesterol and triacylglycerides. However, the A1 variant of β-casein produces a bioactive peptide called β-casomorphin-7 (BCM-7), which may play an unclear etiological role in the development of some diseases in humans, such as: ischemic heart disease, type 1 diabetes mellitus, sudden infant death syndrome (SIDS), neurological disorders, such as autism and schizophrenia.

Resumo O leite é um alimento essencial para o ser humano e uma de suas principais característica é o teor de proteínas do leite. As proteínas mais frequentes neste líquido são as caseínas (αS1-caseína, αS2-caseína, β-caseína e κ-caseína), que são uma fonte de aminoácidos para a dieta dos mamíferos nos primeiros dias de vida. As caseínas no leite são constituídas por agregados moleculares de proteínas de variados tamanhos, chamados micelas. O objetivo desta revisão é apresentar uma visão geral da estrutura, propriedades e genética das caseínas lácteas e sua relação com a saúde humana. A partir desta revisão, foi estabelecido que as caseínas αs1 e αs2 são encontradas em conjunto com a β-caseína, formando o núcleo micelar, interagindo com os íons cálcio, para formar e manter a micela estável. Animais geneticamente caracterizados com algumas variantes dessas proteínas estão associados com o rendimento da produção de leite. Por sua vez, a κ-caseína está associada ao aumento do rendimento da produção e da qualidade dos queijos, por isso sua importância econômica, enquanto as formas mais comuns de β-caseína em bovinos leiteiros são A1 e A2. A Β-caseína A2 não tem efeitos negativos na saúde humana, pelo contrário, tem sido associada a propriedades redutoras do colesterol e dos triacilglicéridos. No entanto, a variante A1 da β-caseína produz um peptídeo bioativo denominado β-casomorfina-7 (BCM-7), que pode desempenhar uma função etiológico ainda desconhecida no desenvolvimento de algumas doenças em humanos, tais como: doença isquêmica do coração, diabetes mellitus tipo 1, síndrome da morte súbita infantil (SMSL), distúrbios neurológicos, como autismo e esquizofrenia.

Análisis genético de cinco polimorfismos de nucleótido simple de caseínas lácteas obtenidos con chips genómicos en ganado Holstein de Antioquia, Colombia / Genetic analysis of five single nucleotide polymorphisms of dairy caseins obtained with genomic chips in Holstein cattle from Antioquia, Colombia

RESUMEN Los polimorfismos genéticos asociados con las caseínas de la leche son de gran importancia, ya que pueden ser usados como marcadores genéticos para mejorar el rendimiento productivo en los hatos lecheros. El objetivo de este estudio fue evaluar la diversidad y estructura genética de 5 SNP de caseínas de la leche, obtenidos con chips genómicos en vacas y toros de raza Holstein en Antioquia (Colombia). Fueron muestreados 113 animales de raza Holstein en 3 regiones del departamento de Antioquia (norte, centro y oriente) y un cuarto grupo de sementales comerciales. Los animales fueron genotipificados con chips genómicos de alta densidad (Illumina BovineHD e Illumina SNP50 v2), a partir de los cuales se identificaron 5 SNP (ARS-BFGL-NGS-8140, BTA-77380-no-rs, BTA-32346-no-rs, BTB-00821654 y ARS-BFGL-NGS-15809). Para cada SNP se realizó un análisis genético mediante un análisis de varianza molecular (amova) usando el software GenAIEx 6.501. Los SNP con mayor heterocigosidad total (HT) fueron ARS-BFGL-NGS-8140 y BTA-32346-no-rs, con resultados cercanos al 45%; sin embargo, la Ht para ARS-BFGL-NGS-15809, BTA-77380-no-rs y BTB-00821654 estuvo por debajo del 15%. El SNP con mayor diversidad genética fue BTA-32346-no-rs (Ho-He = 0,06; p < 0,05). En esta investigación se evaluó una subpoblación de toros comerciales extranjeros, en la cual se obtuvieron frecuencias alélicas y genotípicas similares a las obtenidas para las subpoblaciones locales, sugiriendo que los alelos de los toros muy posiblemente están fijados en dichas subpoblaciones, por lo que la estructura y diversidad genética tienden a ser bajas en la muestra de estudio.

ABSTRACT Genetic polymorphisms associated with milk caseins have a great importance since they can be used as genetic markers to improve productive performance in dairy herds. The main goal of the present study was to evaluate the diversity and genetic structure of 5 SNPs of milk caseins, obtained with genomic chip in Holstein cows and bulls from Antioquia (Colombia). 113 Holstein animals were sampled in 3 regions of Antioquia (north, center, and east), and a fourth group of commercial sires. Animals were geno-typed with high-density SNP chips (Illumina BovineHD and Illumina SNP50 v2), from which 5 SNPs were identified (ARS-BFGL-NGS-8140, BTA-77380-no-rs, BTA-32346-no-rs, BTB-00821654 and ARS-BFGL-NGS-15809). For each SNP, a genetic analysis was performed by means of an analysis of molecular variance (AMOVA) using the GenAIEx 6.501 software. The SNPs with the highest total heterozygosity (Ht) were ARS-BFGL-NGS-8140 and BTA-32346-no-rs, with results close to 45%; however, the HT for ARS-BFGL-NGS-15809, BTA-77380-no-rs, and BTB-00821654 were below 15%. The SNP with the highest genetic diversity was BTA-32346-no-rs (Ho-He = 0,06; p < 0,05). In this research a subpopulation of foreign commercial bulls was evaluated, in which similar allelic and genotypic frequencies to those for local subpopulations were obtained, suggesting that the alleles of the bulls are very possibly fixed in these subpopulations, so that the structure and genetic diversity tend to be low in the study sample.

Análise de polimorfismos do gene da kapa-caseína em fêmeas da raça Nelore e efeito sobre o peso à desmama de suas progênies

Data from a Nelore herd were used after adjustment of the weaning weight for 205 days of age, sex, age of dam, sire and month of weaning resulting two groups of cows that differed in weaning weight of their calves. The least square means (LSM) and standard error (SE) were 163.21±2.18kg and 134.44±2.18kg, for heavy (H) and light (L) groups, with 41 animals each one. These animals were genotyped for DNA polymorphisms of kappa-casein gene, using PCR-RFLP (polymerase chain reaction-restriction fragment length polymorphism). The segment analysis of kappa-casein IV exon identified the genotypes 71AA, 10AB and 1BB, with frequencies of 0.92 and 0.08 for A and B alleles, respectively. The LSM±SE for weaning weight were 147.73±2.38kg and 156.76± 6.35kg for calves of AA and AB genotype cows. Heavy and light groups were similar for the allelic frequencies for this gene. The dam’s genotype did not affect the weaning weight of the calves. This suggests the existence of another genetic or non-genetic factors with major magnitude.

Informações sobre peso à desmama de um rebanho Nelore, após ajuste para idade padrão de 205 dias, sexo da cria, idade da mãe, touro e mês de desmama, foram utilizadas para separar as reprodutrizes em dois grupos, cujos produtos diferiam em peso. As médias ajustadas pelo método dos quadrados mínimos e erros-padrão para os grupos pesado (P) e leve (L) foram 163,21±2,18kg e 134,44±2,18kg, respectivamente, com 41 animais em cada grupo. Colheram-se amostras de sangue das reprodutrizes para o estudo de polimorfismos do gene da kapa-caseína, pela técnica de polymerase chain reaction-restriction fragment length polymorphism. A análise de um segmento do éxon IV do gene da kapa-caseína identificou os genótipos 71AA, 10AB e 1BB, com as freqüências de 0,92 e 0,08 para os alelos A e B, respectivamente. Os pesos à desmama dos produtos dos genótipos AA e AB foram, respectivamente, 147,73±2,38kg e 156,76±6,35kg. Os grupos P e L não diferiram entre si quanto às freqüências alélicas apresentadas para esse gene. O genótipo das reprodutrizes não afetou o peso à desmama de suas crias, existindo, portanto, outros efeitos genéticos e não genéticos de maior magnitude.