Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственная академия ветеринарной медицины

Пробиотики в аквакультуре

УДК 63

Яворская Т.А.

E-mail: ailish95a@rambler.ru

Аннотации

Аквакультура - это самый быстрорастущий сектор производства продуктов питания в мире. Однако в настоящее время рыбная культура страдает от серьезных потерь из-за инфекционных заболеваний. Использование противомикробных препаратов, пестицидов и дезинфектантов в профилактике заболеваний аквакультуры и стимулировании роста привело к эволюции устойчивых штаммов бактерий. Таким образом, исследование использования пробиотиков для аквакультуры растет с учетом потребности в экологически чистой устойчивой аквакультуре. Преимущества таких добавок включают улучшенную ценность корма, энзиматический вклад в пищеварение, ингибирование патогенных микроорганизмов, антимутагенную и антиканцерогенную активность и повышенный иммунный ответ.

Ключевые слова: пробиотический, аквакультура, молочнокислые бактерии, Bacillus sp.

Probiotics in aquaculture

Yavorskaya T.A.

Aquaculture is the world's fastest growing food production sector. However, fish culture is currently suffering from serious losses due to infectious diseases. The use of antimicrobial drugs, pesticides and disinfectant in aquaculture disease prevention and growth promotion has led to the evolution of resistant strains of bacteria. Thus, the research into the use of probiotics for aquaculture is increasing with the demand for environment e friendly sustainable aquaculture. The benefits of such supplements include improved feed value, enzymatic contribution to digestion, inhibition of pathogenic microorganisms, antimutagenic and anti-carcinogenic activity, and increased immune response.

Keywords: Probiotic, aquaculture, lactic acid bacteria, Bacillus sp.

Введение

Сегодня аквакультура является самым быстрорастущим сектором производства продовольствия в мире со средним ежегодным темпом роста на 8,9% с 1970 года по сравнению с 1,2% для промыслового рыболовства и 2,8% для наземных систем производства мяса в того же периода. Мировая аквакультура за последние пятьдесят лет значительно выросла из производства менее миллиона тонн в начале 1950-х годов до 59,4 млн. тонн к 2004 году. Этот уровень производства составил 70,3 млрд. долл. США. Заболевания и ухудшение состояния окружающей среды часто происходят и приводят к серьезным экономическим потерям [1]. В течение последних десятилетий антибиотики использовались в качестве традиционной стратегии борьбы с рыбными болезнями, а также для улучшения роста и эффективности конверсии кормов. Тем не менее, разработка и распространение антимикробных резистентных патогенов были хорошо документированы [2]. Существует риск, связанный с передачей устойчивых бактерий из аквакультурных сред людям, и риск, связанный с введением в среду человека непатогенных бактерий, содержащих противомикробные резистентных генов и последующей передачи таких генов в патогены человека [5]. Учитывая эти факторы, были усилены исследования в разработке новых стратегий диетических добавок, в которых различные соединения для укрепления здоровья и роста в качестве пробиотиков, пребиотиков, синбиотиков, фитобиотиков и других функциональных диетических дополнения были оценены [6]. В этом контексте микробное вмешательство может сыграть жизненно важную роль в производстве аквакультуры, а эффективное пробиотическое лечение может обеспечить широкий спектр и большую неспецифическую защиту болезней [7]. В этом обзоре обобщаются и оцениваются более широкие знания пробиотиков, выбор пробников, co т. е. применяемый пробиотический организм, их способ действия и регулирование безопасности пробиотиков в аквакультуре.

1. Определение пробиотиков

Слово «пробиотик» было введено Паркером, 1974 [8]. Согласно его первоначальному определению, пробиотики являются «организмами и веществами, которые вносят вклад в микробный баланс кишечника». Фуллер, 198910, пересмотрел определение как «живую микробную добавку для корма, которая благотворно влияет на животное-хозяина, улучшая его микробный баланс кишечника» [3]. Поэтому для описания пробиотиков обычно используются несколько терминов, таких как «дружественные», «полезные» или «здоровые» бактерии. Хотя применение пробиотиков в аквакультуре представляется относительно недавним, интерес к таким благоприятным для окружающей среды методам лечения быстро растет. Все большее число исследований открыто посвящено пробиотикам, и теперь можно исследовать его состояние, от эмпирического использования до научного подхода [10].

2. Выбор пробиотиков

Выбор пробиотических бактерий обычно был эмпирическим процессом, основанным на ограниченных научных данных. Многие из неудач в пробиотических исследованиях можно отнести к выбору несоответствующих микроорганизмов [4]. Были определены этапы выбора, но они должны быть адаптированы к различным видам и средам. Необходимо понимать механизмы пробиотического действия и определять критерии отбора потенциальных пробиотиков. Общие критерии отбора в основном определяются соображениями биологической безопасности: a. Методы производства и переработки. б. Способ введения пробиотика и c. Место в организме, в котором ожидается, что микроорганизмы будут активными [11]. Три общих режима действия пробиотиков были классифицированы и представлены следующим образом: (1) Пробиотики могли бы модулировать защиту кишечника хозяина, включая врожденной, а также приобретенная иммунная система, и этот способ действия, скорее всего, важен для профилактики и лечения инфекционных заболеваний, но также для лечения воспаления пищеварительного тракта или его частей. (2) Пробиотики также могут оказывать прямое воздействие на другие организмы, комменсальные и / или патогенные, и этот принцип во многих случаях имеет большое значение для профилактики, лечения и восстановления микробного равновесия в кишечнике. (3) Наконец, пробиотические эффекты могут основываться на действиях, воздействующих на микробные продукты, продуктыхозяева и пищевые ингредиенты, и такие действия могут привести к инактивации токсинов и детоксикации компонентов хозяина и пищи в кишечнике. Согласно вышеприведенному сводке, все три способа действия пробиотиков, по всей вероятности, связаны с кишечником или кишечным микробиотом. Поэтому становится очевидным, что мы фактически имеем дело с другим «органом», так называемым «микробиотическим каналом» с повышенным знание специфической активности микробиоты кишечника [12].

3. Пробиотический организм

Сегодня пробиотики являются довольно обычным явлением для здоровья, способствующего «функциональным продуктам» для людей, а также терапевтическим, профилактическим и растительным добавкам для производства животных и здоровья человека [13]. Обычно широко используются молочнокислые бактерии (LAB) и исследованы для целей животных и животных животных, а также ЛАБ, как известно, присутствуют в кишечнике здоровой рыбы [14]. Интерес к ЛАБ проистекает из того факта, что они являются естественными жителями человеческого ЖКТ с способностью переносить кислотные и желчная среда кишечного тракта. LAB также функционирует для превращения лактозы в молочную кислоту, тем самым снижая рН в GIT и, естественно, предотвращая колонизацию многими бактериями [15].

Наиболее широко изученными и используемыми молочнокислыми бактериями являются лактобактерии и бифидобактерии. Другие широко изученные пробиотики включают спорообразование Bacillus sp. и дрожжи. Bacillus sp. как показано, обладают способностями адгезии, продуцируют бактериоцины (антимикробные пептиды) и обеспечивают иммуностимуляцию. Грамположительные облигатные или факультативные анаэробы доминируют в желудочнокишечной микробиоте человека и наземных сельскохозяйственных животных. Большинство пробиотиков принадлежат к доминирующим или субдоминантным родам среди этих микробиота, например, Bifidobacterium, Lactobacillus, Streptococcus. Грамотрицательные факультативные анаэробы преобладают в пищеварительном тракте рыб и моллюсков, хотя симбиотические анаэробы могут доминировать в заднем кишечнике некоторых травоядных тропических рыб. Вибрио и псевдомонад являются наиболее распространенными родами у ракообразных, морских рыб и двустворчатых моллюсков [16].

Aeromonas, Plesiomonas и Enterobacteriaceae доминируют в пресноводных рыб. Bacillus spp.

сохраняют интерес к пробиотикам, так как они могут храниться в форме споры и, следовательно, хранятся на неопределенный срок на полке [17]. Кроме того, другие пробиотики коммерциализируются на рынке, которые были уведомлены, но которые не фигурируют в последнем разрешенном списке кормовых добавок, опубликованных Комиссией.

4. Механизмы действия

Различные способы действия или свойства - это желание потенциального пробиотика, такого как антагонизм к патогенам. Cпособность клеток вырабатывать метаболиты (например, витамины) и ферменты, колонизацию или адгезионные свойства, усиливают иммунную систему [18].

Конкурентоспособное исключение патогенных бактерий. Конкурентное исключение является феноменом, при котором установленная микрофлора предотвращает или уменьшает колонизацию конкурирующей бактериальной задачи для того же места в кишечнике. Целью пробиотических продуктов, разработанных в условиях конкурентного исключения, является получение: стабильной, приемлемой и контролируемой микробиоты в культурах на основе следующего: конкуренция за места прикрепления на слизистой оболочке, конкуренция за питательные вещества и производство ингибирующих веществ микрофлорой, которая предотвращает репликацию или разрушает сложные бактерии и, следовательно, уменьшает колонизацию. Различные стратегии проявляются при адгезии микроорганизма к этим сайтам связывания в качестве пассивных сил, электростатические взаимодействия, гидрофобные, стерические силы, липотейхоевые кислоты, адгезии и специфические структуры адгезии. Адгезия и колонизация поверхностей слизистой оболочки являются возможными защитными механизмами против патогенов путем конкуренции за места связывания и питательные вещества [19].

Производство ингибирующих соединений Бактериальный антагонизм является обычным явлением в природе; поэтому микробные взаимодействия играют важную роль в равновесии между конкурирующими полезными и потенциально патогенными микроорганизмами. Антагонистические соединения определяются как химические вещества, производимые микроорганизмами (в данном случае бактериями), которые являются токсичными (бактерицидными) или ингибирующими (бактериостатическими) по отношению к другим микроорганизмам. Считается что присутствие бактерий, продуцирующих антибактериальные соединения в кишечнике хозяина, на его поверхности или в его культурной воде, предотвращает пролиферацию патогенных бактерий и даже устраняет их. Структура антибактериального соединения часто не выясняется, и их способ действия не сообщается. Кроме того, ни одно из этих сообщений не показывает, что антибактериальное соединение получают in vivo. Это будет иметь важное значение, если понимать образование этих соединений и способ их действия. Если производство антибактериального соединения является единственным моментом действия, возможно, что в конечном итоге патоген проявит устойчивость к соединению. Это приведет к неэффективному лечению. Для оценки устойчивости пробиотической бактерии необходимо оценить риск развития возбудителя для устойчивости к активному соединению.

Усиление иммунного ответа против патогенных микроорганизмов. Иммунная система рыб и высших позвоночных животных схожа и обе имеют два составных компонента: 1) врожденная, естественная или неспецифическая система защиты, образованная рядом клеточных и гуморальных компонентов и 2) адаптивная, приобретенная или специфическая иммунная система, характеризующаяся гуморальным иммунным ответом посредством продуцирования антител и клеточного иммунного ответа, который опосредуется Тлимфоцитами, способными специфически реагировать с антигенами. Нормальная микробиота в экосистеме GI влияет на врожденную иммунную систему, которая имеет жизненно важное значение для устойчивости к болезням рыб и делится на физические барьеры, гуморальные и клеточные компоненты. Врожденные гуморальные параметры включают противомикробные пептиды, лизоцим, компоненты комплемента, перенос, пентаксины, лектины, антипротеазы и натуральные антитела, тогда как неспецифические цитотоксические клетки и фагоциты являются врожденными клеточными иммунными эффекторами. Цитокины являются неотъемлемым компонентом адаптивного и врожденного иммунного ответа, в частности IL-1b, интерферона, фактора некроза опухоли-a, трансформирующего фактора роста-b, а несколько чехокинов регулируют врожденный иммунитет [9]. Неспецифическая иммунная система может стимулироваться пробиотиками. Было продемонстрировано, что пероральное введение бактерий Clostridium butyricum в радужную форель повышает устойчивость рыбы к вибриозу, увеличивая фагоцитарную активность лейкоцитов. Введение смеси бактериальных штаммов (Bacillus и Vibrio sp.) положительно повлияло на рост и выживание молоди белых креветок и обеспечило защитный эффект против иммунной системы, увеличивая фагоцитоз и антибактериальную активность.

5. Противовирусные эффекты

Некоторые бактерии, используемые в качестве кандидатов-пробиотиков, обладают противовирусными эффектами. Хотя точный механизм, с помощью которого эти бактерии оказывают свои противовирусные эффекты, неизвестен, лабораторные анализы показывают, что инактивация вирусов может происходить с помощью химических и биологических веществ, таких как экстракты морских водорослей и внеклеточных агентов бактерий. Сообщалось, что штаммы Pseudomonas sp., Vibrio sp., Aeromonas sp. И групп коринеформ, выделенных из инкубаторов лососевых, показали противовирусную активность против вируса инфекционного гемопоэтического некроза (IHNV) с более чем 50% уменьшением бляшек [20]. Морская бактерия, предварительно классифицированная по роду Moraxella, проявила противовирусную активность против полиовируса. Выделено два штамма Vibrio spp. из черного инкубатория тигровых креветок. Эти изоляты проявляли противовирусную активность против вируса IHNV и Oncorhynchus masou (OMV) с процентным снижением количества бляшек между 62 и 99% соответственно.

6. Правила безопасности

Профиль безопасности потенциального пробиотического штамма имеет решающее значение в процессе отбора. Это испытание должно включать определение устойчивости к деформации для широкого круга общих классов антибиотиков, таких как тетрациклины, хинолоны и макролиды. противомикробный аквакультура пробиотик

В оценку также следует учитывать формулировку конечного продукта, поскольку это может вызвать побочные эффекты у некоторых субъектов или вообще отрицать положительные эффекты. Лучшее понимание потенциальных механизмов, при которых пробиотические организмы могут вызывать неблагоприятные эффекты, поможет разработать эффективные анализы, которые предсказывают, какие штаммы могут не подходить для использования в пробиотических продуктах. Кроме того, современные молекулярные методы должны применяться для обеспечения того, чтобы виды пробиотиков, используемых в аквакультуре, были правильно идентифицированы, для обеспечения качества, а также для безопасности.

Заключение

Применение пробиотиков в аквакультуре показывает перспективу, но требует значительных усилий исследований. Необходимо понять механизмы действия, чтобы определить критерии отбора потенциальных пробиотиков. Поэтому для лучшего понимания состава и функций местной микробиоты, а также микробных культур «пробиотиков» по-прежнему необходима дополнительная информация о взаимодействиях хозяина микроорганизма in vivo и разработке инструментов мониторинга (например, молекулярной биологии)». Использование пробиотиков является важным инструментом управления, но его эффективность зависит от понимания характера конкуренции между видами или штаммами.

Список литературы

1. Bondad-Reantaso MG, Subasinghe RP, Arthur JR, et al. Disease and health management in Asian aquaculture. Vet Parasitol. 2005;132:249e272.

2. Cabello FC. Heavy use of prophylactic antibiotics in aquaculture: a growing problem for human and animal health and for the environment. Environ Microbiol. 2006;8:1137e1144.

3. Горковенко, Л.Г. Эффективность использования пробиотиков «Бацелл» и «Моноспорин» в рационах коров и телят / Л.Г. Горковенко, А.Е. Чиков, Н.А. Омельченко, Н.А. Пышманцева // Зоотехния. - 2011. - № 3. - С. 13-14.

4. Кононенко, С.И. Способ повышения продуктивного действия рациона / С.И. Кононенко // Зоотехния. - № 4. - С. 14-15.

5. FAO. In: Serrano PH, ed. Responsible Use of Antibiotics in Aquaculture. Rome: FAO; 2005:98. FAO Fisheries Technical Paper 469.

6. Кулаков, Г.В. Субтилис - натуральный концентрированный пробиотик / Г.В. Кулаков. - М.: ООО Типография «Визави», 2003. - 48 с

7. Paningrahi A, Azad IS. Microbial intervention for better fish health in aquaculture: the Indian scenario. Fish Physiol Biochem. 2007;33:429e440.

8. Parker RB. Probiotics, the other half of the antibiotics story. Anim Nutr Health. 1974;29:4e8.

9. Пышманцева, Н. Эффективность пробиотиков «Пролам» и «Бацелл» / Н. Пышманцева, Н. Ковехова, И. Лебедева // Птицеводство. - 2010. - № 3. - С. 29-30.

10. Wang YB, Xu ZR. Effect of probiotics for common carp (Cyprinus carpio) based on growth performance and digestive enzyme activities. Anim Feed Sci Technol. 2006;127:283e292.

11. Huis in't Veld JHJ, Havenaar R, Marteau PH. Establishing a scientific basis for probiotic R&D. Tibtech. 1994;12:6e8.

12. Wolf G. Gut microbiota: a factor in energy regulation. Nutr Rev. 2006;64:47e50.

13. Ouwehand AC, Salminen S, Isolauri E. Probiotics: an overview of beneficial effects. Antonie Van Leewenhoek. 2002;82:279e289.

14. Ringo E, Gatesoupe FJ. Lactic acid bacteria in fish: a review. Aquaculture. 1998;160:177e203.

15. Klewicki R, Klewicka E. Antagonistic activity of lactic acid bacteria as probiotics against selected bacteria of the Enterobaceriacae family in the presence of polyols and their galactosyl derivatives. Biotechnol Lett. 2004;26:317e320.

16. Sakata T. Microflora in the digestive tract of fish and shell- fish. In: Lesel R, ed. Microbiology in Poecilotherms. Amsterdam: Elsevier; 1990:171e176.

17. Hong HA, Duc LH, Cutting SM. The use of bacterial spore formers as probiotics. FEMS Microbiol Rev. 2005;29:813e835.

18. Olsson JC, Westerdahk A, Conway PL, Kjelleberg S. Intestinal colonization potential of turbot (Scophthalmus maximus) and dab (Limanda limanda) associated bacteria with inhibitory effects against Vibrio anguillarum. Appl Environ Microbiol. 1992;58:551e556.

19. Westerdahl A, Olsson J, Kjelleberg S, Conway P. Isolation and characterization of turbot (Schophthalmus maximus) associated bacteria with inhibitory effects against Vibrio anguillarum. Appl Environ Microbiol. 1991;57:2223e2228.

20. Kamei Y, Yoshimizu M, Ezura Y, Kimura T. Screening of bacteria with antiviral activity from fresh water salmonid hatcheries. Microbiol Immunol. 1988; 32:67e73.

Размещено на Allbest.ru