Effect of cobalt on fatty acid composition in milk of dairy cows and sows

Abstract

Previous research revealed that supplementing excess cobalt (Co) reduces bovine milk content of monounsaturated fatty acids (MUFAs), probably mediated by the enzyme Δ9 -desaturase. The general aim of this research project was to further explore the effect of Co on the desaturation of fatty acids (FAs), especially in lactating dairy cows, but also in sows. Three experiments were performed. In the first study, the main subject was to investigate the effects of excess Co on FA composition of blood plasma and milk from lactating sows (Paper I). Experimental animals were 10 lactating sows: five intramuscularly injected with saline solution (control) twice a day, and five intramuscularly injected with a Co solution twice a day (118 mg Co/d). The treatment lasted five days. Fatty acid composition of blood plasma and milk fat was determined. Cobalt had no effect on FA composition of blood plasma. In contrast, milk fat from the sows receiving Co showed a significant (p<0.05) decrease in the concentration of myristoleic acid (cis-9 14:1) and palmitoleic acid (cis-9 16:1), confirming that excess Co also lowered the Δ9-desaturation of milk fat from lactating sows. In study 2, the objective was to determine the effect of excess Co on gene expression levels of Δ9-desaturase, FA synthase (FASN), diacylglycerol acyltransferase 1 (DGAT1) and diacylglycerol acyltransferase 2 (DGAT2) in the mammary gland of lactating dairy cows (Paper II). Seven cows were given 1.4 g Co per os twice daily for seven days, followed by a nine-day depuration period. Udder biopsies were performed three times during the experiment: before the treatment started, at the end of the treatment period, and at the end of the depuration period. Gene expression levels of Δ9-desaturase, FASN, DGAT1 and DGAT2, and FA composition of milk fat were determined. Excess Co significantly reduced (p<0.05) the concentration of all cis-9 MUFAs in milk fat, confirming a reduction in Δ9-desaturation in the mammary gland. However, neither Δ9-desaturase, FASN, DGAT1 nor DGAT2 gene expression levels were significantly affected, indicating that the effect of Co on milk FA profile observed was mediated by a reduction in Δ9-desaturase activity in the mammary gland at the post-transcriptional level. The third study was conducted to determine what amount of Co is needed to lower the proportion of cis-9 MUFAs in bovine milk fat (Paper III). Four lactating dairy cows were used in a 4 x 4 Latin square design study. The basal diet of grass silage and concentrate mixture was supplemented with four levels of Co: 0 mg/d, 4.0 mg/d, 360 mg/d, and 5100 mg/d. The Co solutions were continuously infused into the rumen for 11 days. Milk yield and milk content of fat, FAs, protein, lactose, Co, zinc (Zn), iron (Fe) and copper (Cu) were determined. Blood plasma was analyzed for contents of FAs, Co, Zn, Fe and Cu. Feed intake and total tract digestibility of the feed components were also determined. Cobalt affected the proportion of some FAs in blood plasma, but the effects were relatively small in magnitude. With few minor exceptions, only the highest level of Co (5100 mg/d) significantly lowered the MUFA proportion in milk fat. Oleic acid (cis-9 18:1) was reduced as much as 38% compared to that with the lowest Co level. However, the highest level of Co also lowered feed intake and milk yield. The main conclusion from the present studies is that excess Co also lowers the proportion of MUFAs in sow’s milk, and that this effect of Co in dairy cows is probably mediated by post - transcriptional reduction of Δ9-desaturase activity. Moreover, the amount of Co needed to suppress Δ9-desaturation in bovine milk is so high that the normal levels of Co in rations for dairy cows do not significantly affect milk FA composition.

I tidligere forsøk med melkeku har tildeling av store mengder kobolt (Co) redusert innhold av enumettede fettsyrer i melka. Denne effekten ble forklart med at Co trolig virket negativt på enzymet Δ9-desaturase. Hensikten med dette forskningsprosjektet var å belyse nærmere virkninger av Co på desaturering av fettsyrer, spesielt hos lakterende melkekyr, men også hos purker. Det ble gjennomført tre forsøk. Hovedhensikten med det første forsøket var å undersøke effekten av store mengder Co på fettsyresammensetningen i blodplasma og melk fra lakterende purker (Paper I). Ti lakterende purker ble brukt som forsøksdyr; fem fikk fysiologisk saltvann injisert intramuskulært to ganger daglig (kontroll), og fem fikk Coløsning injisert intramuskulært to ganger daglig (118 mg Co/dag). Behandlingen pågikk i fem dager, og fettsyresammensetningen i blodplasma og melk ble bestemt. Kobolt hadde ingen effekt på fettsyresammensetningen i bloodplasma, men hadde signifikant (p<0,05) negativ virkning på konsentrasjonen av myristoleinsyre (cis-9 14:1) og palmitoleinsyre (cis-9 16:1) i melk. Disse resultatene bekreftet dermed at store mengder Co reduserte Δ9 -desaturering av melkefett også hos lakterende purker. I det andre forsøket var hensikten å undersøke effekten av store mengder Co på genekspresjonsnivået av Δ9-desaturase, fatty acid synthase (FASN), diacylglycerol acyltransferase 1 (DGAT1) and diacylglycerol acyltransferase 2 (DGAT2) i juret hos lakterende melkekyr (Paper II). Sju kyr ble tildelt 1,4 g Co oralt to ganger daglig i sju dager, etterfulgt av en ni dagers utvaskingsperiode. Det ble tatt jurbiopsier tre ganger i løpet av forsøket; før behandlingen startet, i slutten av behandlingsperioden og på slutten av utvaskingsperioden. Genekspresjonsnivået av Δ9-desaturase, FASN, DGAT1 og DGAT2, samt fettsyresammensetningen i melk ble bestemt. Cobalt reduserte konsentrasjonen av alle cis-9 enumettede fettsyrer i melkefett signifikant (p<0.05). Dette bekrefter resultater oppnådd i tidligere forsøk om at store mengder Co reduserer Δ9-desaturering av melkefettet. Imidlertid var ikke genekspresjonsnivået av hverken Δ9-desaturase, FASN, DGAT1 eller DGAT2 signifikant påvirket. Dette indikerer at effekten av Co på fettsyresammensetningen i melk var forårsaket av en post transkripsjonal hemming av Δ9-desaturase aktiviteten i juret. Det tredje forsøket ble gjennomført for å undersøke hvor stor mengde Co som må til for å redusere andelen cis-9 enumettede fettsyrer i melkefett fra kyr (Paper III). Fire lakterende kyr inngikk i et 4 x 4 Latinsk kvadrat. Grunnrasjonen bestående av grassurfôr og kraftfôr ble supplementert med fire ulike nivåer av Co; 0 mg/d, 4,0 mg/d, 360 mg/d, og 5100 mg/d. Kobolt løsningene ble kontinuerlig infundert i vomma i 11 dager. Melkeytelse ble målt, og melka ble analysert for innhold av fett, fettsyrer, protein, laktose, Co, sink (Zn), jern (Fe), og kobber (Cu). Blodplasma ble analysert for innhold av fettsyrer, Co, Zn, Fe og Cu. Fôropptak og totalfordøyelighet av fôret ble også bestemt. Kobolt påvirket andelen av noen fettsyrer i plasma negativt, men utslagene var relativt små. Med noen få unntak var det bare det høyeste Co nivået (5100 mg/d) som reduserte andelen enumettede fettsyrer i melka signifikant, og oljesyre (cis-9 18:1) ble redusert med så mye som 38% sammenlignet med det laveste Co nivået. Både fôropptaket og melkeytesen ble redusert med det høyeste Co nivået. Hovedkonklusjonen fra disse forsøkene er at store mengder kobolt reduserer andelen enumettede fettsyrer også i melk fra purker, og at denne effekten av Co hos melkekyr antakelig skyldes redusert aktivitet av Δ9-desaturase post transcriptionalt. Videre er mengden Co som er nødvendig for å hemme Δ9-desaturering i juret så høy at de normale mengdene av Co i rasjonen til melkekyr ikke vil påvirke fettsyresammensetningen i melka.