Tomografia komputerowa, bardzo dokładne narzędzie selekcyjne

Nowe technologie, takie jak tomografia komputerowa (CT), wykorzystywane w ramach programu selekcji genetycznej, oferują niesamowite możliwości poprawy selekcji naszych knurów. Dzięki temu narzędziu możemy gromadzić informacje na dużą skalę o wnętrzu naszych żywych świń bez naruszania ich dobrostanu. W dzisiejszych czasach, gdy tak wiele mówi się o innych technologiach, takich jak genomika, które bez wątpienia odgrywają kluczową rolę w naszym programie doskonalenia, istnieje zdanie, które powtarzamy jak mantrę, przypominając sobie o tym, co jest ważne: „W erze genomiki nadal króluje fenotyp”. Pomimo ogromnego wkładu genomiki, gromadzenie informacji w gospodarstwach i stacjach badawczych w celu oceny zmiennej ekspresji genotypu organizmu w danym środowisku (fenotyp) pozostaje fundamentalne. Z tego powodu dokładność i różnorodność gromadzonych danych wzrosły w ostatnich latach wykładniczo.

Tomografia komputerowa: technologia stosowana w selekcji świń obecnie i w przyszłości

Wykorzystanie tomografii komputerowej (TK) jako integralnej części programu selekcji jest najlepszym przykładem tego, jak najnowocześniejsza technologia może przyczynić się do selekcji bardziej wytrzymałych i wydajnych świń, dostosowanych do wymagań branży.

Tomografia komputerowa jest metodą diagnostyki obrazowej szeroko stosowaną w medycynie ludzkiej, a w mniejszym stopniu w weterynarii. Polega ona na skanowaniu całego zwierzęcia za pomocą promieni rentgenowskich, uzyskując przekroje poprzeczne (1100 obrazów dla całej świni), które pozwalają na stworzenie kompletnego trójwymiarowego obrazu zwierzęcia, obejmującego wszystkie jego struktury, kości, mięśnie i narządy.

Jakie są zalety tomografii komputerowej w ramach programu doskonalenia genetycznego?

• Analiza składu tuszy (wydajność kawałków mięsa i procentowa zawartość chudego mięsa) bezpośrednio u żywych knurów, które są kandydatami do selekcji, umożliwiająca dokładniejsze oszacowanie wartości genetycznych i opracowanie nowych wartości genetycznych (np. dla wydajności szynki lub pokrycia tłuszczem szynki). Specyficzna selekcja knurów dostosowana do potrzeb każdego producenta.

• Pozwala to na znaczny wzrost liczby analizowanych zwierząt w porównaniu z innymi narzędziami, takimi jak analiza tusz w rzeźniach. Każdego roku badanych jest tysiące zwierząt.

• Włączenie fenotypów, których nie można ocenić w żaden inny sposób u żywych zwierząt, takich jak obecność osteochondrozy lub zmian zapalnych w stawach, które mogą prowadzić do kulawizny w późniejszych etapach życia zwierzęcia.

• Nowe fenotypy, które pozwalają na selekcję bardziej wytrzymałych zwierząt na podstawie innych cech (objętość serca, wątroby, płuc itp.).

W jaki sposób tomografia komputerowa została włączona do programu selekcji genetycznej?

Po raz pierwszy została ona zastosowana w 2008 r. jako alternatywna metoda analizy składu tusz knurów poddawanych badaniom, która mogła zastąpić stosowane wcześniej protokoły sekcji zwłok przeprowadzane w rzeźniach na zwierzętach.

Przez lata analiza obrazów była wykonywana ręcznie, identyfikując różne obszary anatomiczne i typy tkanek (kości, tłuszcz i mięśnie), co już stanowiło znaczący postęp. W 2016 roku wdrożono bardziej zautomatyzowaną metodę analizy obrazów TK, umożliwiającą rozróżnienie różnych głównych kawałków mięsa (szynka, łopatka, schab i boczek). Pojawienie się technologii sztucznej inteligencji (AI) miało kluczowe znaczenie dla automatyzacji tego procesu, co było niezbędne do zwiększenia skali stosowania tego narzędzia i zwiększenia liczby analizowanych zwierząt w bardziej efektywny sposób.

Jednak AI wymaga wcześniejszego procesu szkolenia, co wymaga ogromnej bazy danych wcześniej analizowanych obrazów, które służą jako modele. W naszym przypadku baza danych była dostępna dzięki wieloletniej analizie tomografii komputerowej, podczas której osiągnięto już znaczny postęp w segmentacji tkanek i identyfikacji wokseli (najmniejszych jednostek tworzących trójwymiarowy obraz, podobnych do pikseli na fotografii) należących do różnych tkanek.

Jakość tego procesu automatyzacji opartego na sztucznej inteligencji można ocenić poprzez analizy genetyczne i oszacowanie dziedziczności cech obliczonych na podstawie tych obrazów. Im wyższa dziedziczność, tym mniejszy wpływ innych czynników i tym bardziej wiarygodne są informacje uzyskane i wykorzystane do obliczenia wartości genetycznych. Dziedziczność w zakresie zawartości chudego mięsa i składu chudego mięsa w różnych kawałkach jest umiarkowana do wysokiej (zakres od 0,33 do 0,75), co świadczy o wartości tej technologii.

Automatyzacja procesu analizy i standaryzacja procedury, a także protokoły zarządzania knurami, pozwalają na analizę ponad 15 000 knurów (z czterech linii genetycznych, zarówno linii matek, jak i ojców) rocznie przy użyciu tej technologii.

W jaki sposób tomografia komputerowa pomaga nam poprawić wytrzymałość i odporność świń?

Możliwość szczegółowego obejrzenia wnętrza naszych żywych świń otwiera drzwi do oceny aspektów, których do tej pory nawet nie braliśmy pod uwagę. Możliwości są nieograniczone, a my dopiero zaczynamy je rozumieć i wykorzystywać. Obecnie wiele wysiłków koncentruje się na identyfikacji cech zwierząt w młodym wieku, które mogą być związane z większą wytrzymałością i długowiecznością zwierząt. Obecnie oceniane są następujące cechy:

Obecność zmian chorobowych w głowie kości udowej i ramiennej w celu zidentyfikowania procesów zapalenia stawów lub osteochondrozy. Ocena ta stanowi część celu selekcji dla wszystkich linii genetycznych. Proces oceny obejmuje element manualny, który wkrótce zostanie zastąpiony zautomatyzowanym procesem segmentacji i kwantyfikacji zmian chorobowych, co pozwoli również na ocenę większej powierzchni kości.

Oceniono rozmiar i kształt łopatki i skorelowano je z długowiecznością loch oraz obecnością wrzodów i innych zmian chorobowych na barku dorosłych loch.

Inne fenotypy, które mogą okazać się interesujące: obecnie trwają badania nad opracowaniem nowych fenotypów związanych z organami wewnętrznymi świń, takich jak objętość narządów, w tym serca i płuc, które mogą mieć związek z wytrzymałością zwierząt i ich tolerancją na stres. Jednak automatyzacja tych fenotypów stanowi dodatkowe wyzwanie, ponieważ narządy te zachowują się dynamicznie, zmieniając kształt i rozmiar wraz z oddychaniem i biciem serca, co komplikuje proces automatycznej analizy. Obecnie prowadzone są badania we współpracy z Wydziałem Medycyny Weterynaryjnej Uniwersytetu NMBU (Norwegia) w celu zintegrowania informacji uzyskanych dzięki tomografii komputerowej z informacjami zebranymi za pomocą elektrokardiografii (EKG).

Tomografia komputerowa stanowi doskonały przykład tego, jak najnowocześniejsza technologia może być wykorzystywana jako fundamentalny element programu selekcji świń, pozwalając nam poznać szczegóły dotyczące naszych świń, o których jeszcze kilka lat temu nie mogliśmy nawet marzyć. Ponieważ „w erze genomiki fenotyp nadal króluje fenotyp".