DOI: https://doi.org/10.3390/microorganisms12030626
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38543677
تاريخ النشر: 2024-03-21
المؤلف: Edgar Torres-Maravilla وآخرون
الموضوع الرئيسي: إدارة الأمراض في تربية الأحياء المائية والميكروبيوتا
نظرة عامة
تناقش ورقة البحث التحديات التي تواجه صناعة تربية الأحياء المائية، لا سيما فيما يتعلق بصحة الحيوانات بسبب العدوى من مسببات الأمراض المختلفة، بما في ذلك الطفيليات والبكتيريا والفيروسات. على الرغم من تنفيذ التطعيمات والعلاجات المضادة للميكروبات، إلا أن هذه التدابير كانت غير كافية، مما أدى إلى زيادة التأثيرات البيئية الناتجة عن الاستخدام المفرط للمضادات الحيوية. استجابةً لذلك، ظهرت البروبيوتيك كبديل قابل للتطبيق لتعزيز الاستجابات المناعية في الأسماك ضد هذه المسببات. تسلط المراجعة الضوء بشكل خاص على إمكانيات البروبيوتيك المعدلة وراثيًا التي يمكن أن تعبر عن جزيئات تعديل المناعة، مما يوفر تأثيرات علاجية مستهدفة واستراتيجيات تطعيم محسّنة.
تؤكد الاستنتاجات على أن البروبيوتيك يمكن أن تخفف بشكل كبير من الآثار السلبية لتفشي المسببات في تربية الأحياء المائية للأسماك، مما يقلل من الخسائر الاقتصادية والاعتماد على المضادات الحيوية، مما يساهم في صناعة أكثر استدامة. ومع ذلك، فإن معظم البروبيوتيك المستخدمة حاليًا مشتقة من دراسات على البشر أو الثدييات، مما يشير إلى الحاجة إلى تطوير بروبيوتيك محددة للأسماك. يتطلب ذلك فهمًا أعمق للتفاعلات بين ميكروبات الأمعاء للأسماك ومضيفيها، بما في ذلك تحديد المستقلبات الميكروبية المفيدة. تدعو الورقة إلى استخدام الميتاجينوميات الكاملة لوصف هذه التفاعلات وإمكانيات البروبيوتيك المعاد تشكيلها عبر تقنيات مثل CRISPR-Cas لتعزيز خصائص التحفيز المناعي المحددة. علاوة على ذلك، تؤكد على أهمية فهم الاستجابات المناعية لمختلف أنواع الأسماك لتخصيص هذه البروبيوتيك بشكل فعال، جنبًا إلى جنب مع التقدم في التكنولوجيا لدمجها في علف الأسماك.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على القضية الملحة للأمن الغذائي في ضوء النمو السكاني العالمي المتوقع، حيث تقدر الأمم المتحدة أن العدد سيرتفع إلى 9.7 مليار بحلول عام 2050. تُعرض تربية الأحياء المائية كحل قابل للتطبيق لإنتاج الغذاء المستدام، مما يساهم بشكل كبير في الإنتاج العالمي للأسماك، الذي بلغ 179 مليون طن في عام 2020، حيث تمثل تربية الأحياء المائية 46% من هذا المجموع. لقد تنوع هذا القطاع بشكل كبير منذ عام 1950، حيث زاد من 73 إلى 415 نوعًا مزروعًا بحلول عام 2017. تشير التوقعات إلى أن حصة تربية الأحياء المائية من إجمالي إنتاج الأسماك قد ترتفع إلى 53% بحلول عام 2030، مع مساهمات كبيرة من دول مثل الصين والهند.
على الرغم من نموها، تواجه تربية الأحياء المائية تحديات، لا سيما من مسببات الأمراض التي تهدد صحة الأسماك. يتم التدقيق بشكل متزايد في الطرق التقليدية للسيطرة على الأمراض، والتي تعتمد بشكل أساسي على استخدام المضادات الحيوية، بسبب المخاوف المتعلقة بمقاومة المضادات الحيوية والتأثيرات البيئية. تكتسب البدائل مثل التطعيم والبروبيوتيك اهتمامًا متزايدًا. تُعرف البروبيوتيك من قبل منظمة الأغذية والزراعة ومنظمة الصحة العالمية بأنها ميكروبات حية مفيدة، يمكن أن تعزز صحة الأسماك من خلال تحسين مقاومة الأمراض والقدرة العامة. تؤكد المقدمة على إمكانيات سلالات البروبيوتيك المختلفة، بما في ذلك بكتيريا حمض اللاكتيك وبعض الميكروبات حقيقية النواة، لتكون بمثابة أدوية بيولوجية فعالة في تربية الأحياء المائية، مما يوفر طريقًا واعدًا لمعالجة قيود استخدام المضادات الحيوية.
مناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على الدور الحاسم للبروبيوتيك في تربية الأحياء المائية، لا سيما في تعزيز صحة الأسماك والإنتاج. مع زيادة الإنتاج العالمي لتربية الأحياء المائية بشكل كبير، تواجه الصناعة تحديات تتعلق بإدارة الأمراض ومقاومة المضادات الحيوية. لقد ظهرت البروبيوتيك، التي تُعرف بأنها ميكروبات حية تمنح فوائد صحية، كبدائل قابلة للتطبيق للمضادات الحيوية. يمكن أن تحسن أداء النمو، ونشاط إنزيمات الهضم، والاستجابات المناعية في الأسماك. على سبيل المثال، أظهرت سلالات بروبيوتيك معينة أنها تعزز من تطوير الهيكل العظمي ونشاط الليزوزيم، وهو أمر حاسم للمناعة الفطرية ضد المسببات.
بالإضافة إلى ذلك، تناقش الورقة أهمية المستقلبات الميكروبية التي تنتجها البروبيوتيك وميكروبات الأمعاء، مثل الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة (SCFAs)، التي تلعب دورًا كبيرًا في تعديل الاستجابات المناعية. يمكن أن تؤثر هذه المستقلبات على تعبير الجينات المتعلقة بالمناعة وتعزز من التأثيرات المضادة للالتهابات. كما يؤكد القسم على إمكانيات البروبيوتيك المعاد تشكيلها لتعبر عن عوامل تعديل المناعة المحددة، والتي يمكن أن توفر فوائد علاجية مستهدفة ضد مسببات الأمراض المختلفة. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن دمج البروبيوتيك ومستقلباتها في ممارسات تربية الأحياء المائية يمكن أن يؤدي إلى تحسين صحة الأسماك، وتعزيز الاستجابات المناعية، وطرق إنتاج مستدامة.
DOI: https://doi.org/10.3390/microorganisms12030626
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38543677
Publication Date: 2024-03-21
Author(s): Edgar Torres-Maravilla et al.
Primary Topic: Aquaculture disease management and microbiota
Overview
The research paper discusses the challenges faced by the aquaculture industry, particularly concerning animal health due to infections from various pathogens, including parasites, bacteria, and viruses. Despite the implementation of vaccination and antimicrobial treatments, these measures have been inadequate, leading to increased environmental impacts from excessive antimicrobial use. In response, probiotics have emerged as a viable alternative to enhance immune responses in fish against these pathogens. The review specifically highlights the potential of genetically modified probiotics that can express immunomodulatory molecules, offering targeted therapeutic effects and improved immunization strategies.
The conclusions emphasize that probiotics could significantly mitigate the adverse effects of pathogen outbreaks in fish aquaculture, thereby reducing economic losses and the reliance on antibiotics, contributing to a more sustainable industry. However, most probiotics currently utilized have been derived from studies in humans or mammals, indicating a need for the development of fish-specific probiotics. This necessitates a deeper understanding of the interactions between fish intestinal microbiota and their hosts, including the identification of beneficial microbial metabolites. The paper advocates for the use of whole metagenomics to characterize these interactions and the potential of recombinant probiotics engineered via techniques like CRISPR-Cas to enhance specific immunostimulant properties. Furthermore, it underscores the importance of understanding the immune responses of different fish species to tailor these probiotics effectively, alongside advancements in the technology for their incorporation into fish feed.
Introduction
The introduction highlights the pressing issue of food security in light of projected global population growth, with the United Nations estimating a rise to 9.7 billion by 2050. Aquaculture is presented as a viable solution for sustainable food production, contributing significantly to global fish production, which reached 179 million tons in 2020, with aquaculture accounting for 46% of this total. The sector has diversified considerably since 1950, increasing from 73 to 415 species cultivated by 2017. Projections indicate that aquaculture’s share of total fish production could rise to 53% by 2030, with major contributions from countries such as China and India.
Despite its growth, aquaculture faces challenges, particularly from pathogens that threaten fish health. Traditional methods of disease control, primarily the use of antibiotics, are increasingly scrutinized due to concerns over antibiotic resistance and environmental impacts. Alternatives such as vaccination and probiotics are gaining attention. Probiotics, defined by the FAO and WHO as beneficial live microorganisms, can enhance fish health by improving disease resistance and overall vigor. The introduction emphasizes the potential of various probiotic strains, including lactic acid bacteria and certain eukaryotic microorganisms, to serve as effective biopharmaceuticals in aquaculture, offering a promising avenue for addressing the limitations of antibiotic use.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the critical role of probiotics in aquaculture, particularly in enhancing fish health and production. With global aquaculture production significantly increasing, the industry faces challenges related to disease management and antibiotic resistance. Probiotics, defined as live microorganisms that confer health benefits, have emerged as viable alternatives to antibiotics. They can improve growth performance, digestive enzyme activity, and immune responses in fish. For instance, specific probiotic strains have been shown to enhance skeletal development and lysozyme activity, which is crucial for innate immunity against pathogens.
Additionally, the paper discusses the importance of microbial metabolites produced by probiotics and gut microbiota, such as short-chain fatty acids (SCFAs), which play a significant role in modulating immune responses. These metabolites can influence the expression of immune-related genes and promote anti-inflammatory effects. The section also emphasizes the potential of recombinant probiotics engineered to express specific immune-modulating factors, which could provide targeted therapeutic benefits against various pathogens. Overall, the findings suggest that integrating probiotics and their metabolites into aquaculture practices can lead to improved fish health, enhanced immune responses, and sustainable production methods.