DOI: https://doi.org/10.24272/j.issn.2095-8137.2024.364
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40091533
تاريخ النشر: 2025-01-01
المؤلف: Zhenyun Du وآخرون
الموضوع الرئيسي: تغذية ونمو الأحياء المائية
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في تأثير مكملات البروبيوتيك على ميكروبيوتا الأمعاء لـ *Litopenaeus vannamei*، مع التركيز بشكل خاص على عائلة Rhodobacteraceae، التي تلعب دورًا حاسمًا في صحة ورفاهية الروبيان. تُظهر الدراسة أن البروبيوتيك يحسن بشكل كبير كفاءة تحويل العلف، ونشاط إنزيمات الهضم، والاستجابات المناعية، مما يؤدي إلى تعزيز نمو الروبيان. ومن الجدير بالذكر أن العلاج بالبروبيوتيك أدى إلى زيادة وفرة Rhodobacteraceae، وتقليل تباين المجتمع الميكروبي، ووجود ميكروبيوم أمعاء أكثر استقرارًا. أظهرت تحليل الشبكة أن إزالة عقد Rhodobacteraceae عطلت الاتصال الميكروبي أكثر من إزالة عقد غير Rhodobacteraceae، مما يبرز دورها الحاسم في الحفاظ على استقرار شبكة الأمعاء.
علاوة على ذلك، تكشف الدراسة أن مكملات البروبيوتيك تسهل هجرة Rhodobacteraceae من البيئة المائية إلى أمعاء الروبيان، مما يعزز الاختيار الحتمي في تجميع الميكروبيوتا. تشير التحليلات النسخية إلى أن تنظيم مسارات استقلاب الأحماض الأمينية وإشارات NF-κB يرتبط إيجابيًا مع وفرة Rhodobacteraceae. بشكل عام، توضح هذه النتائج الآليات البيئية والجزيئية التي من خلالها تعزز البروبيوتيك من لياقة الروبيان، مما يبرز أهمية Rhodobacteraceae في تنظيم ديناميات الميكروبات المعوية والاستجابات الفسيولوجية. توفر هذه الدراسة رؤى قيمة لتحسين التدخلات المعتمدة على الميكروبيوتا في تربية الأحياء المائية.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث التحديات التي تواجه الأنواع السائدة عالميًا من الروبيان، *Litopenaeus vannamei*، في تربية الأحياء المائية، لا سيما بسبب زيادة انتشار الأمراض والخسائر الاقتصادية. يثير الاعتماد على المضادات الحيوية لإدارة الأمراض مخاوف بشأن مقاومة المضادات الحيوية، مما يدفع لاستكشاف استراتيجيات بديلة مثل البروبيوتيك. يتم تسليط الضوء على البروبيوتيك كنهج مستدام يمكن أن يعدل ميكروبيوتا الأمعاء، التي تلعب دورًا حاسمًا في صحة الروبيان ونموه ووظائفه المناعية. تم تحديد عائلة Rhodobacteraceae كعنصر رئيسي في ميكروبيوم أمعاء الروبيان، مما يساهم في الصحة من خلال إنتاج المركبات المضادة للبكتيريا والفيتامينات، ويظهر ارتباطات إيجابية مع نمو الروبيان وبقائه.
تهدف الورقة إلى التحقيق في الآليات التي تؤثر من خلالها مكملات البروبيوتيك على مجتمع Rhodobacteraceae داخل أمعاء الروبيان، بما في ذلك العمليات التي تحكم هجرة هذه البكتيريا المفيدة من البيئة المحيطة إلى المضيف. تؤكد الحاجة إلى فهم أعمق للتفاعلات بين البروبيوتيك، وميكروبيوتا الأمعاء، وتعبير الجينات في المضيف، بالإضافة إلى الديناميات البيئية التي تؤثر على هذه العلاقات. تسعى الدراسة إلى توضيح كيف تساهم هذه العوامل في تحسين صحة وأداء الروبيان، وبالتالي تحسين تطبيقات البروبيوتيك في تربية الأحياء المائية.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم الحصول على 600 يرقة صحية من *Litopenaeus vannamei*، بمتوسط وزن 0.62 جرام، من مزرعة تجارية في تشجيانغ، الصين. تم تخصيص اليرقات عشوائيًا إلى 12 حوضًا، يحتوي كل منها على 50 فردًا، وتم إخضاعها لعلاجين غذائيين على مدار 14 يومًا بعد فترة تأقلم لمدة 7 أيام على علف أساسي. تلقت مجموعة التحكم (CK) النظام الغذائي الأساسي، بينما تم تغذية مجموعة البروبيوتيك (PA) بنفس النظام الغذائي المضاف إليه البروبيوتيك. تم التغذية مرتين يوميًا بمعدل 3.0% من وزن الجسم، مع صيانة منتظمة لجودة المياه. تم جمع عينات من الروبيان ومياه التربية في بداية ونهاية التجربة لتحليل ميكروبيوتا الأمعاء ونشاط الإنزيمات لاحقًا.
تم تقييم نشاط الإنزيمات الهضمية والمناعية في الكبد والبنكرياس باستخدام مجموعات اختبار تجارية. بالنسبة للتحليل الميكروبي، تم تجميع أنسجة أمعاء الروبيان من ثلاثة أفراد لكل حوض، وتم تصفية عينات المياه لاستخراج الحمض النووي الجيني. تم تضخيم وتسلسل المناطق المتغيرة V3-V4 من جين 16S rRNA باستخدام منصة NovaSeq PE250. تم معالجة بيانات التسلسل باستخدام خط أنابيب QIIME 2، مع استخدام خوارزمية DADA2 للتحكم في الجودة وإزالة الضوضاء، مما أسفر عن 1,382,109 قراءة نظيفة عبر 30 عينة. تم إجراء تصنيف تصنيفي ضد قاعدة بيانات Silva-138-99، مع معايير صارمة لجودة القراءة والتصنيف لضمان موثوقية تحليل المجتمع الميكروبي.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” من ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. يوضح النتائج التي توصلت إليها الدراسة، مع تسليط الضوء على اتجاهات البيانات المهمة، والتحليلات الإحصائية، وأي علاقات ملحوظة بين المتغيرات. غالبًا ما تكون النتائج مصحوبة بأشكال وجداول ذات صلة توضح البيانات بصريًا، مما يسهل تفسير النتائج.
قد يناقش القسم أيضًا تداعيات النتائج فيما يتعلق بالفرضيات الأصلية أو أسئلة البحث المطروحة في الدراسة. من الضروري ملاحظة أي نتائج غير متوقعة أو شذوذ، حيث يمكن أن توفر رؤى حول الآليات الأساسية أو تقترح مجالات لمزيد من التحقيق. بشكل عام، تساهم النتائج في الفهم الأوسع للموضوع وقد توجه اتجاهات البحث المستقبلية.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم عزل أربعة سلالات بروبيوتيك—Ruegeria lacuscaerulensis، Nioella nitratireducens، Bacillus subtilis، وStreptomyces euryhalinus—من أمعاء الروبيان الصحي *Litopenaeus vannamei* وتم تشكيلها في اتحاد بروبيوتيك. عززت مكملات هذا الاتحاد بشكل كبير أداء نمو الروبيان، حيث تم إثبات زيادة بنسبة 13.1% في طول الجسم وزيادة بنسبة 16.2% في وزن الجسم، إلى جانب تحسين نسب تحويل العلف (FCR). كشفت التحليلات النسخية عن تحديد 62 جينًا معبرًا عنه بشكل مختلف (DEGs) بين مجموعتي التحكم (CK) والمعالجة بالبروبيوتيك (PA)، مع ارتباط الجينات المنظمة بإشارات النقل ووظائف المناعة، مما يشير إلى استجابة قوية لمكملات البروبيوتيك.
أظهرت الدراسة أيضًا أن مكملات البروبيوتيك أغنت ميكروبيوتا الأمعاء، مما زاد بشكل خاص من وفرة عائلة Rhodobacteraceae، التي تلعب دورًا حاسمًا في الحفاظ على استقرار الأمعاء وتعزيز صحة الروبيان. أدى العلاج بالبروبيوتيك إلى شبكة ميكروبية أكثر تنافسية، تتميز بزيادة التماسك السلبي وتقليل التماسك الإيجابي، مما يحسن استقرار شبكة الأمعاء بشكل عام. بالإضافة إلى ذلك، تشير النتائج إلى أن البروبيوتيك تسهل هجرة Rhodobacteraceae المفيدة من المياه المحيطة إلى أمعاء الروبيان، مما يعزز مرونة ووظائف ميكروبيوم الأمعاء. تؤكد هذه النتائج على إمكانية التدخلات المستهدفة بالبروبيوتيك في تربية الأحياء المائية لتحسين نمو وصحة الروبيان من خلال تعديل الميكروبيوتا.
DOI: https://doi.org/10.24272/j.issn.2095-8137.2024.364
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40091533
Publication Date: 2025-01-01
Author(s): Zhenyun Du et al.
Primary Topic: Aquaculture Nutrition and Growth
Overview
This research investigates the impact of probiotic supplementation on the gut microbiota of *Litopenaeus vannamei*, specifically focusing on the Rhodobacteraceae family, which plays a crucial role in shrimp health and fitness. The study demonstrates that probiotics significantly improve feed conversion efficiency, digestive enzyme activity, and immune responses, leading to enhanced shrimp growth. Notably, probiotic treatment resulted in increased abundance of Rhodobacteraceae, reduced microbial community variability, and a more stable gut microbiome. Network analysis indicated that the removal of Rhodobacteraceae nodes disrupted microbial connectivity more than the removal of non-Rhodobacteraceae nodes, underscoring their critical role in maintaining gut network stability.
Furthermore, the study reveals that probiotic supplementation facilitates the migration of Rhodobacteraceae from the aquatic environment into the shrimp gut, promoting deterministic selection in microbiota assembly. Transcriptomic analysis indicates that the up-regulation of amino acid metabolism and NF-κB signaling pathways correlates positively with Rhodobacteraceae abundance. Overall, these findings elucidate the ecological and molecular mechanisms by which probiotics enhance shrimp fitness, highlighting the importance of Rhodobacteraceae in regulating gut microbial dynamics and physiological responses. This research provides valuable insights for optimizing microbiota-based interventions in aquaculture.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the challenges faced by the globally dominant shrimp species, *Litopenaeus vannamei*, in aquaculture, particularly due to increasing disease prevalence and economic losses. The reliance on antibiotics for disease management raises concerns about antibiotic resistance, prompting the exploration of alternative strategies such as probiotics. Probiotics are highlighted as a sustainable approach that can modulate gut microbiota, which plays a crucial role in shrimp health, growth, and immune function. Specifically, the family Rhodobacteraceae is identified as a key component of the shrimp gut microbiome, contributing to health through the production of antibacterial compounds and vitamins, and showing positive associations with shrimp growth and survival.
The paper aims to investigate the mechanisms by which probiotic supplementation affects the Rhodobacteraceae community within the shrimp gut, including the processes governing the migration of these beneficial bacteria from the surrounding environment into the host. It emphasizes the need for a deeper understanding of the interactions between probiotics, gut microbiota, and host gene expression, as well as the ecological dynamics that influence these relationships. The study seeks to elucidate how these factors contribute to improved shrimp health and performance, thereby optimizing probiotic applications in aquaculture.
Methods
In this study, a total of 600 healthy *Litopenaeus vannamei* larvae, with an average weight of 0.62 g, were sourced from a commercial farm in Zhejiang, China. The larvae were randomly allocated into 12 aquaria, each containing 50 individuals, and subjected to two dietary treatments over a 14-day period following a 7-day acclimation on a basal feed. The control group (CK) received the basal diet, while the probiotics-added (PA) group was fed the same diet supplemented with probiotics. Feeding occurred twice daily at a rate of 3.0% of body weight, with regular maintenance of water quality. Samples of shrimp and rearing water were collected at the beginning and end of the experiment for subsequent analysis of gut microbiota and enzyme activity.
The digestive and immune enzyme activities were assessed in the hepatopancreas using commercial assay kits. For microbial analysis, shrimp gut tissues were pooled from three individuals per tank, and water samples were filtered to extract genomic DNA. The V3-V4 hypervariable regions of the 16S rRNA gene were amplified and sequenced using the NovaSeq PE250 platform. The sequencing data were processed with the QIIME 2 pipeline, employing the DADA2 algorithm for quality control and denoising, resulting in 1,382,109 clean reads across 30 samples. Taxonomic classification was performed against the Silva-138-99 database, with stringent criteria for read quality and classification to ensure the reliability of the microbial community analysis.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments or analyses. It details the outcomes of the study, highlighting significant data trends, statistical analyses, and any observed relationships between variables. The results are often accompanied by relevant figures and tables that illustrate the data visually, allowing for easier interpretation of the findings.
The section may also discuss the implications of the results in relation to the original hypotheses or research questions posed in the study. It is essential to note any unexpected outcomes or anomalies, as these can provide insights into the underlying mechanisms or suggest areas for further investigation. Overall, the results contribute to the broader understanding of the topic and may inform future research directions.
Discussion
In this study, four probiotic strains—Ruegeria lacuscaerulensis, Nioella nitratireducens, Bacillus subtilis, and Streptomyces euryhalinus—were isolated from the gut of healthy *Litopenaeus vannamei* shrimp and formulated into a probiotic consortium. The supplementation of this consortium significantly enhanced shrimp growth performance, evidenced by a 13.1% increase in body length and a 16.2% increase in body weight, alongside improved feed conversion ratios (FCR). Transcriptomic analysis revealed that 62 differentially expressed genes (DEGs) were identified between control (CK) and probiotic-treated (PA) groups, with up-regulated genes linked to signal transduction and immune functions, indicating a robust response to probiotic supplementation.
The study further demonstrated that probiotic supplementation enriched the gut microbiota, particularly increasing the abundance of the Rhodobacteraceae family, which plays a crucial role in maintaining gut stability and enhancing shrimp health. The probiotic treatment led to a more competitive microbial network, characterized by increased negative cohesion and reduced positive cohesion, thereby improving overall gut network stability. Additionally, the findings suggest that probiotics facilitate the migration of beneficial Rhodobacteraceae from the surrounding water into the shrimp gut, enhancing the resilience and functionality of the gut microbiome. These results underscore the potential of targeted probiotic interventions in aquaculture to optimize shrimp growth and health through microbiota modulation.