Важность и перспектива применения пробиотиков в аквакультуре

Размещено на http://www.allbest.ru/

111

111

Санкт-Петербургская Государственная Академия Ветеринарной Медицины

Важность и перспектива применения пробиотиков в аквакультуре

УДК 639.3

Яворская Т.А., Серова Е.С.

Россия, Санкт-Петербург

Аннотации

Использование дорогостоящих химиопрепаратов для борьбы с болезнями рыб подвергается широкой критике за их негативные последствия, такие как развитие лекарственной устойчивости и снижение предпочтений потребителей рыбной продукции, обработанной антибиотиками. Использование пробиотиков является одним из альтернативных методов для поддержания микробной среды в системах аквакультуры, который приобретает важное значение для борьбы с потенциальными патогенами.

Ключевые слова: пробиотики, аквакультура, рыбы, заболевания.

Importance and perspective of probiotics in aquaculture

Yavorskaya T.A., Serova E.S.

The use of such expensive chemotherapeutic drugs for disease control is widely criticized for their negative consequences, development of drug resistance, and reduced consumer preferences for antibiotictreated water products. The use of probiotics is one of the alternative methods for maintaining a microbial environment in aquaculture systems, which is important for controlling potential pathogens.

Keywords: Probiotics, aquaculture, fish, disease.

Гидробионты, выращиваемые на предприятиях во многих странах, постоянно подвергаются стрессовым условиям. Часто возникают проблемы, связанные с заболеваниями рыб и ухудшением состояния окружающей среды, которые в свою очередь приводят к серьезным экономическим потерям. Профилактика и борьба с заболеваниями в последние десятилетия привели к существенному увеличению использования ветеринарных лекарств. Однако вопрос о полезности противомикробных препаратов в качестве профилактической меры был поставлен под сомнение, учитывая обширную документацию по эволюции антимикробной резистентности среди патогенных бактерий [1]. В глобальном масштабе тонны антибиотиков были распределены в биосфере в течение последних 60 лет. В Соединенных Штатах из 18 000 т антибиотиков, ежегодно выпускаемых в медицинских и сельскохозяйственных целях, 12 600 т используются для нетерапевтического лечения скота [2]. Эти количества антибиотиков оказали очень сильное давление отбора на резистентность между бактериями, которые были адаптированы к этой ситуации, главным образом горизонтальным и беспорядочным потоком генов устойчивости [2].

Механизмы резистентности могут возникать одним из двух способов: хромосомной мутацией или приобретением плазмид. Хромосомные мутации не могут переноситься на другие бактерии, но плазмиды могут быстро переносить резистентность [1].

В настоящее время растет интерес к отрасли в области контроля или ликвидации использования противомикробных препаратов. Поэтому для поддержания здоровой микробной среды в системах аквакультуры необходимо разработать альтернативные методы. Одним из таких методов, который приобретает все большее значение в отрасли, является использование пробиотических бактерий для борьбы с потенциальными патогенами.

Что такое пробиотик?

Пробиотик включает в себя умножение нескольких положительных / полезных микробов, чтобы конкурировать с вредными, тем самым подавляя их рост. К ним относятся некоторые бактерии и дрожжи, которые не являются вредными для длительного использования в течение длительного времени [3]. Администрация благих организмов для животных началась в 1920-х годах, а название «пробиотики» было введено Паркером [3], когда производство бактериальных кормовых добавок началось в промышленном масштабе. Широко признанный прием от Фуллера [4], который считал, что пробиотик является культивированным продуктом или живой микробной кормовой добавкой, которая благотворно влияет на хозяина и улучшает баланс кишечника. химиопрепарат микробный аквакультура

Конечно, пробиотики не должны быть вредными для хозяина [7], и они должны быть эффективными в диапазоне экстремальных температур и вариаций солености [4]. Здесь может возникнуть вопрос. Какое различие между пробиотиком, применяемым при инъекции или погружением, и вакциной? Любая путаница может иметь юридические последствия для регистрации пробиотиков в некоторых странах. В частности, при лицензировании / регистрации пробиотиков для использования в культуре рыб следует рассматривать организмы в качестве кормовых добавок (пробиотик stricto sensu) или ветеринарных продуктов (вакцин)? Несмотря на это, важно определить, является ли бенефит пробиотика действительным или воспринимаемым, т.е. может ли пробиотик быть только плацебо? Следует подчеркнуть, что, по словам Фуллера [4], пробиотик должен обеспечить реальную пользу хозяину, быть способным выжить в пищеварительном тракте, быть способным к коммерциализации. т. е. выращенных в промышленном масштабе, и должны быть стабильными и жизнеспособными при длительных условиях хранения и в поле.

Преимущества пробиотиков в аквакультуре

1. Производство ингибирующих соединений: пробиотические бактерии выделяют различные химические соединения, которые ингибируют как грамположительные, так и грамотрицательные бактерии.

2. Конкуренция на сайтах адгезии: пробиотические организмы конкурируют с патогенами для мест адгезии и пищи на эпителиальной поверхности кишечника и окончательно предотвращают их колонизацию. Адгезионная способность и рост на или в кишечной или внешней слизистой была продемонстрирована in vitro для патогенных микроорганизмов, таких как Vibrio anguillarum и Aeromonas hydrophila.

3. Конкуренция за питательные вещества: Пробиотики используют питательные вещества, которые в противном случае потребляются патогенными микробами. Конкуренция питательных веществ может играть важную роль в составе микробиоты кишечного тракта или окружающей среды культивируемых водных организмов [5]. Следовательно, успешное применение принципа конкуренции в естественной ситуации непросто, и это остается важной задачей для микробных экологов.

4. Источник питательных веществ и энзиматический вклад в пищеварение. Некоторые исследования показали, что пробиотические микроорганизмы оказывают благотворное влияние на пищеварительные процессы у гидробионтов. Некоторые микроорганизмы, такие как Agrobacterium sp., Pseudomonas sp., Brevibacterium sp., Microbacterium sp. И Staphylococcus sp. могут способствовать питательным процессам в организме арктического гольца (Salvelinus alpinus L.) [6]. Кроме того, некоторые бактерии могут участвовать в процессах пищеварения двустворчатых моллюсков, производя внеклеточные ферменты, такие как протеазы, липазы, а также обеспечивая необходимые факторы роста [2].

5. Усиление иммунного ответа: неспецифическая иммунная система может стимулироваться пробиотиками. было продемонстрировано, что пероральное введение бактерий Clostridium butyricum в радужную форель повышает устойчивость к вибрации, увеличивая фагоцитарную активность лейкоцитов [10]. Rengpipat и др. [11] сообщили, что использование Bacillus sp. (штамм 511) обеспечил защиту от болезней путем активации как клеточной, так и гуморальной иммунной защиты у тигровых креветок (Penaeus monodon). Balcazar [13] продемонстрировал, что введение смеси бактериальных штаммов Bacillus и Vibrio sp.) Положительно повлияло на рост и выживание молоди белых креветок и обеспечило защитный эффект против возбудителей Vibrio harveyi и вируса синдрома белого пятна. Эта защита была обусловлена стимуляцией иммунной системы, увеличением фагоцитоза и антибактериальной активности.

6. Влияние на качество воды. Пробиотики также помогают улучшить качество воды в аквакультурных прудах [4]. Это связано с тем, что пробиотические бактерии могут участвовать в обороте органических питательных веществ в прудах. Тем не менее, существует несколько научно подтвержденных случаев, когда бактерии помогали в биоаугментации, за исключением заметного исключения баланса NH3 / NO2 / NO3, в котором для удаления токсичных NH3 (и NO2) используются нитрифицирующие бактерии. Рыба изгоняет азотные отходы в виде NH3 или NH4, что приводит к быстрому накоплению соединений аммиака, которые являются высокотоксичными для промысла [12]. Нитрат, напротив, значительно менее токсичен, переносится в концентрации нескольких тысяч мг на литр. Несколько бактерий, например. Нитрозомонады, превращают аммиак в нитрит и другие бактерии, например. Nitrobacter, далее минерализует нитрит до нитрата. Нитрифицирующие бактерии выделяют полимеры [12], позволяя им связываться с поверхностями и формировать биофиты. Редуцирующие серу бактерии окисляют органический углерод, используя серу в качестве источника молекулярного кислорода. Ион водорода, высвобождаемый при окислении органических углеродных фрагментов, объединяется с сульфатом с образованием сульфида, который менее токсичен для водных животных. Метан-восстанавливающие бактерии используют углекислый газ в качестве источника молекулярного кислорода. Метан диффундирует в воздух и тем самым улучшает качество воды.

7. Взаимодействие с фитопланктоном: пробиотические бактерии оказывают значительное альгицидное действие на многие виды микроводорослей, особенно планшета красного прилива [8]. Бактерии, антагонистические по отношению к водорослям, будут нежелательны в технике выращивания личинок в зеленой воде в инкубатории, где выращиваются и добавляются одноклеточные водоросли, но было бы полезно, если бы в культуральном водоеме были созданы нежелательные виды водорослей.

8. Противовирусная активность: некоторые бактерии, используемые в качестве кандидатовпробиотиков, имеют противовирусную активность. Хотя точный механизм, с помощью которого эти бактерии делают это, неизвестно, лабораторные исследования 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., Vibrios sp., Aeromonas sp. и группы коринеформ, выделенных из инкубаторов лососевых, показали противовирусную активность против вируса инфекционного гемопоэтического некроза (lHNV) с более чем 50% снижением бляшек.

Будущие перспективы.

Хотя в нескольких исследованиях показано, что концепция пробиотика имеет потенциал в секторе аквакультуры, по-прежнему требуется проделать большую работу. Некоторые из наиболее перспективных данных связаны с полевыми испытаниями, в которых добавление пробиотиков в воду на регулярной основе увеличивало выживание рыб и ракообразных. Многие вопросы остаются без ответа относительно использования пробиотиков в аквакультуре. пока неясно, эффективны ли они, и если да, то как они влияют. Они действуют как пища или конкурируют с потенциально вредными бактериями? Как пробиотики будут действовать, когда возникает стрессовая ситуация, а личинки ослаблены? становятся патогенными, поскольку, например, V. alginolyticus был предложен в качестве пробника, но другие штаммы этой бактерии были связаны с вибриозом у креветок? Как пробиотический штамм можно отличить от потенциально патогенного? Многие из этих вопросов все еще остаются не отвечают не только на пробиотики, но и на бактерии, связанные с водными организмами в условиях культуры. Крайне важно, чтобы механизмы, связанные с пробиотическим эффектом in vivo. Некоторые утверждают, что «без особых причинно-следственных связей, которые могут быть обоснованно обоснованы, использование пробиотиков остается спорным и не должно быть одобрено научным сообществом». Даже с чуть менее строгим отношением, механизмы понимания являются требованием для любого долгосрочного коммерческого использования, поскольку это необходимо для определения любых возможных побочных эффектов на окружающую среду, например, добавление пробиотиков изменяет микробное сообщество в постоянных масштабах, и это впоследствии повлияет на оборот органических и неорганические соединения в конкретной среде. Таким образом, антимикробный эффект некоторых видов Bacillus и Pseudomonas обусловлен выработкой антибиотиков, и это, очевидно, не является жизнеспособным путем при попытке найти неантибиотические заменители для борьбы с болезнями. Понимание механизмов in vivo также обеспечило бы гораздо более эффективный и разумный выбор потенциальных пробиотиков.

На сегодняшний день ни одно исследование серьезно не сравнило антагонизм in vitro и in vivo. Поэтому неизвестно, имеет ли значение скрининг тысяч изолятов для антагонистической активности в анализе in vitro для их эффекта in vivo. Определение механизмов активности - непростая задача, однако существуют некоторые варианты. Сравнение фенотипических характеристик и способностей подавления болезней (против фитопатогенных грибов) флюоресцентных псевдомонад показал, что для некоторых штаммов важное значение имеет производство цианида [9]. Мутантные штаммы, например, построенный случайным транспозоновым мутагенезом, может позволить идентифицировать клоны без профилактического эффекта болезни.

Особый аспект касается тестирования пробиотических культур. Использование экспериментальных испытаний в реальных условиях, очевидно, является окончательным испытанием. Тем не менее, часто необходим промежуточный этап в отношении систем модели заражения с использованием живых хостов. Из-за очень высокой присущей (биологической) вариации в таких системах моделирование инфекционных исследований должно проводиться с достаточным количеством повторов, чтобы обеспечить надлежащее статистическое лечение. Необходимо использовать анализ, обычно используемый для описания и сравнения данных о выживаемости. Даже при более уместном статистическом анализе развитие пробиотического принципа будет сильно зависеть от более стабильных моделей заражения. Следует также признать, что конкретный пробник, который может работать в одной системе, может быть совершенно неэффективным в другой системе хозяин-патоген [8]. Поэтому более подробное знание патогенных агентов, их факторов вирулентности и их взаимодействий с хозяином было бы очень важно. Для введения пропионата в систему были использованы разные подходы. Организм может находиться в живом состоянии или в состоянии, зависящем от вымораживания, его можно добавлять непосредственно в воду или вводить в корм, либо гранулировать или живой корм. Ничего не известно о том, как каждое из этих методов лечения повлияет на жизнеспособность организмов или пробиотический эффект. Знание мест размножения и инвазии возбудителя поможет определить, является ли водоприемное или пищевое транспортное средство наиболее подходящим. Такое понимание требуется для дальнейших технологических разработок.

Применение пробиотической технологии, вероятно, приведет к увеличению затрат, а значит следует подчеркнуть, что при их успешном использовании могут быть огромная выгода из-за более стабильного и, следовательно, более высокого производства. Кроме того, поскольку некоторые виды антибиотиков могут быть запрещены для лечения заболеваний, использование пробиотиков может вызвать больший интерес.

Список литературы

1. Левин К. Механизмы развития сопротивления в водных микроорганизмов. // Химиотерапия в аквакультуре: от теории к реальности. -1992- c. 288-301.

2. Никоглас Д., Вигнеллли M. Взаимодействие между двустворчатыми моллюсками и бактериями в морская среда. // Океанография и морская биология - 1990- с. 227-352

3. Паркер Р.Б. Пробиотики. // Питание и здоровье животных 29: -1974- c. 4-8

4. Фюллер. Р. Пробиотики для человека и животных. -1987- c. 365-378

5. Ринго Е., Гейтсуп Ф. Молочнокислые бактерии. // Аквакультура -1998- с.177-203

6. Ринго E., Стром E. Кишечные бактерии лососевых рыб. // Аквакультура -1995- с.773-789

7. Сальминин С., Бенно Ю., Ли Ю. Пробиотики: как их определить? // Тенденции Food Sci Технология 10: -1999- с. 107-110

8. Фуками К., Нисиджима Т., Ишида У. Стимулирующее и ингибирующее действие бактерий на рост микроводорослей. // Гидробиология -1997- с. 185-191

9. Эллис Р., Тиммс-Вильсон Т., Бэйли М. Идентификация сохраняющихся черт в флуоресцентных псевдомонадах . // Экологическая микробиология -2000- c. 274-284

10. Sakai M., Yoshida T., Astuta S., Kobayashi M. Повышение устойчивости к вибрации в радужной форели, Oncorhynchus mykiss (Walbaum) путем перорального введения Clostridium butyricum. // Журнал болезней рыб -1995- с. 187-190

11. Rengpipat S, Rukpratanporn S, Piyatiratitivorakul S и Menasaveta P Усиление иммунитета у черной тигровой креветки (Penaeus monodon) с помощью пробной бактерии (Bacillus S11). // Аквакультура -2000- с. 271-288

12. Hagopian D. and Riley J. Более пристальный взгляд на бактериологию нитрификации. // Аквакультура -1998- с. 223-244

13. Balcazar J. Оценка пробиотических бактериальных штаммов в Litopenaeus vannamei. // Заключительный отчет национального центра Исследования аквакультуры -2003- 212 (1-4), с. 31-47.

Размещено на Allbest.ru