DOI: https://doi.org/10.1007/s11259-025-11017-y
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41563604
تاريخ النشر: 2026-01-21
المؤلف: Walaa El-Houseiny وآخرون
الموضوع الرئيسي: إدارة الأمراض في تربية الأحياء المائية والميكروبيوتا
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة تأثير نانوإيمولسيون سبيرولينا-مساعد الإنزيم Q10 (SCN) على صحة سمك البلطي النيلي (Oreochromis niloticus) المعرض لضغط الحرارة عند 32 درجة مئوية على مدى 60 يومًا. باستخدام تصميم عشوائي بالكامل، تم تقسيم 225 سمكة إلى خمس مجموعات، مع وجود مجموعتين ضابطتين maintained عند 25 درجة مئوية و32 درجة مئوية، بينما تلقت المجموعات المتبقية حميات مكملة بـ SCN بتركيزات 10 ملغ/كغ، 20 ملغ/كغ، و40 ملغ/كغ. أظهرت النتائج أن مكملات SCN، خاصة عند 20 و40 ملغ/كغ، خففت بشكل كبير من الآثار السلبية لضغط الحرارة على سلوك السمك، والمعايير الدموية، ومؤشرات الكيمياء الحيوية المتعلقة بالتوتر (P < 0.05). ومن الجدير بالذكر أن SCN خفض مستويات الكوليسترول، والدهون الثلاثية، والجلوكوز، والكورتيزول، بينما حسّن المؤشرات الدموية مثل كريات الدم الحمراء (RBCs)، وكريات الدم البيضاء (WBCs)، والهيموغلوبين (Hb)، والهيماتوكريت (HCT%). علاوة على ذلك، خففت مكملات SCN التغيرات العصبية المرضية في أدمغة الأسماك المعرضة للحرارة، بما في ذلك الاحتقان الوعائي والانكماش العصبي، وعادت التعبير عن الجينات المتعلقة بالتوتر مثل hsp70، tgf-β، p53، Chop، وBip إلى وضعها الطبيعي. تشير النتائج إلى أن SCN بتركيز 20 ملغ/كغ هو تدخل غذائي فعال لتعزيز المرونة الفسيولوجية والسلوكية لسمك البلطي النيلي تحت ظروف درجات الحرارة المرتفعة، مما يعزز التعافي من ضغط الحرارة ويحسن الصحة العامة للأسماك.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على الدور الحاسم لزراعة الأحياء المائية، وخاصة سمك البلطي النيلي (Oreochromis niloticus)، في معالجة الأمن الغذائي العالمي في ظل تزايد السكان وسوء التغذية. باعتبارها ثالث أكثر أنواع الأسماك زراعة، يظهر سمك البلطي النيلي قدرة كبيرة على التكيف مع الضغوط البيئية، ولكنه يواجه تحديات من ضغط الحرارة الذي تفاقمه التغيرات المناخية. يحدث النمو الأمثل عند درجات حرارة تتراوح بين 25 و28 درجة مئوية، مع آثار ضارة ملحوظة عند 32 درجة مئوية، بما في ذلك تقزم النمو، وكبت المناعة، وتغير الاستجابات الفسيولوجية. الدماغ، كونه حساسًا للحرارة وحاسمًا لتنظيم درجة الحرارة، معرض بشكل خاص للإجهاد التأكسدي، مما يؤدي إلى اختلالات أيضية محتملة.
تناقش الورقة أيضًا دمج المكملات الطبيعية، مثل سبيرولينا بلاتنسيس ومساعد الإنزيم Q10، في حميات البلطي للتخفيف من ضغط الحرارة. سبيرولينا غنية بمضادات الأكسدة والمواد الغذائية الأساسية، بينما يعمل مساعد الإنزيم Q10 كعامل قوي لإزالة الجذور الحرة وحامي عصبي. يقترح المؤلفون أن الجمع بين هذه المركبات قد يعزز مرونة سمك البلطي النيلي تجاه ضغط الحرارة، وهي فرضية لا تزال غير مستكشفة. تهدف الدراسة إلى تقييم آثار ضغط الحرارة على سمك البلطي النيلي من خلال الملاحظات السلوكية، والقياسات الفسيولوجية، وتحليل التعبير الجيني، وعلم الأنسجة الدماغية، مما يساهم في فهم استجابات الضغط والتدخلات الغذائية المحتملة في زراعة الأحياء المائية.
الطرق
تحدد قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، معدات، وعينات بيولوجية، مما يضمن إمكانية تكرار التجارب. تشمل المنهجية البروتوكولات المتبعة لجمع البيانات، بما في ذلك أي تحليلات إحصائية تم تطبيقها لتفسير النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم الظروف التجريبية، مثل درجة الحرارة، والمدة، وأي ضوابط تم تنفيذها للتحقق من النتائج. بشكل عام، يخدم هذا القسم لتوفير إطار شامل لفهم كيفية إجراء البحث، مما يسمح بالتقييم النقدي وإمكانية التكرار من قبل باحثين آخرين في هذا المجال.
النتائج
كشفت التحليلات النسيجية المرضية لنسج الدماغ من سمك البلطي النيلي عبر مجموعات تجريبية مختلفة عن نتائج مميزة. لم تظهر المجموعة الضابطة (C25) أي تغييرات نسيجية مرضية. في المقابل، أظهرت البلطي التي تربى عند 32 درجة مئوية لمدة 60 يومًا (مجموعة SCN0) تغييرات دماغية طفيفة ولكنها ملحوظة، بما في ذلك الاحتقان الوعائي، الوذمة المحيطية الوعائية، الانكماش العصبي مع وجود فراغات محيطية، والميكروكافيتات في النسيج العصبي.
علاوة على ذلك، أدت مكملات النظام الغذائي بنانوإيمولسيون سبيرولينا في البلطي المعرض للحرارة إلى انخفاض ملحوظ في مؤشرات الخلايا المناعية، وخاصة كريات الدم البيضاء (WBCs)، ونسبة أحادية النواة، ونسبة اللمفاويات، ونسبة الهتروفيل (p < 0.05) في مجموعة SCN0. ومع ذلك، أظهرت مجموعتا SCN40 وSCN20 تحسينات ملحوظة، حيث لم تختلف مؤشراتهم بشكل كبير عن المجموعة الضابطة (C25) (p > 0.05). تشير هذه النتائج إلى أن التدخلات الغذائية قد تخفف من الآثار السلبية لضغط الحرارة على صحة البلطي.
المناقشة
تناقش البحث إعداد وتوصيف نانوإيمولسيون سبيرولينا-مساعد الإنزيم Q10 (SCN) بهدف تعزيز صحة ومرونة سمك البلطي النيلي تحت ظروف درجات الحرارة المرتفعة. تم تصنيع SCN باستخدام تقنية نانوإيمولسيون قائمة على الماء، تضم زيت الزيتون البكر، Tween 80، والماء الم purified بنسب حجم محددة. أكدت تقنيات التوصيف مثل المجهر الذري (AFM)، حيود الأشعة السينية (XRD)، المجهر الإلكتروني الناقل (TEM)، وتشتت الضوء الديناميكي (DLS) التكوين الناجح لقطرات نانوإيمولسيون كروية بحجم يتراوح بين 43-47 نانومتر. أظهر SCN جهد زتا عالي مطلق قدره -32 مللي فولت، مما يدل على استقرار كولودي جيد، وهو أمر حاسم للحفاظ على فعالية التركيبة في التطبيقات البيولوجية.
أشارت النتائج التجريبية إلى أن مكملات النظام الغذائي لـ SCN حسنت بشكل كبير مجموعة متنوعة من المعايير السلوكية والعلامات الدموية في سمك البلطي النيلي المعرض للحرارة. بشكل خاص، أظهرت الأسماك التي تغذت على SCN نشاطًا غذائيًا معززًا وملفات دموية أفضل مقارنة بتلك التي تتبع نظامًا غذائيًا ضابطًا عند درجات حرارة مرتفعة. بالإضافة إلى ذلك، وجدت الدراسة أن مكملات SCN أدت إلى تقليل كبير في التعبير عن الجينات المتعلقة بالتوتر وتحسين ملفات الدهون، مما يشير إلى تأثير حامي عصبي لمساعد الإنزيم Q10. تسلط النتائج الضوء على إمكانية SCN كاستراتيجية غذائية للتخفيف من الآثار السلبية لضغط الحرارة في زراعة الأحياء المائية، مما يبرز أهمية التعديلات الغذائية في تعزيز رفاهية الأسماك وإنتاجيتها في مواجهة التغير المناخي.
DOI: https://doi.org/10.1007/s11259-025-11017-y
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41563604
Publication Date: 2026-01-21
Author(s): Walaa El-Houseiny et al.
Primary Topic: Aquaculture disease management and microbiota
Overview
The study investigates the impact of dietary Spirulina-co-enzyme Q10 nanoemulsion (SCN) on the health of Nile tilapia (Oreochromis niloticus) subjected to heat stress at 32 °C over a 60-day period. Utilizing a completely randomized design, 225 fish were divided into five groups, with two control groups maintained at 25 °C and 32 °C, respectively, while the remaining groups received diets supplemented with SCN at concentrations of 10 mg/kg, 20 mg/kg, and 40 mg/kg. Results demonstrated that SCN supplementation, particularly at 20 and 40 mg/kg, significantly mitigated the adverse effects of heat stress on fish behavior, hematological parameters, and stress-related biochemical indicators (P < 0.05). Notably, SCN reduced levels of cholesterol, triglycerides, glucose, and cortisol, while improving hematological indices such as red blood cells (RBCs), white blood cells (WBCs), hemoglobin (Hb), and hematocrit (HCT%). Furthermore, SCN supplementation alleviated neuro-pathological changes in the brains of heat-stressed fish, including vascular congestion and neuronal pyknosis, and normalized the expression of stress-related genes such as hsp70, tgf-β, p53, Chop, and Bip. The findings suggest that SCN at a concentration of 20 mg/kg is an effective dietary intervention to enhance the physiological and behavioral resilience of Nile tilapia under elevated temperature conditions, promoting recovery from heat-induced stress and improving overall fish health.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the critical role of aquaculture, particularly the Nile tilapia (Oreochromis niloticus), in addressing global food security amidst rising population and undernourishment. As the third most cultivated fish species, Nile tilapia exhibits significant adaptability to environmental stressors, yet faces challenges from heat stress exacerbated by climate change. Optimal growth occurs at temperatures between 25 and 28 °C, with detrimental effects observed at 32 °C, including growth stunting, immunosuppression, and altered physiological responses. The brain, being thermosensitive and crucial for temperature regulation, is particularly vulnerable to oxidative stress, leading to potential metabolic dysfunctions.
The paper also discusses the integration of natural supplements, such as Spirulina platensis and Coenzyme Q10, into tilapia diets to mitigate heat stress. Spirulina is rich in antioxidants and essential nutrients, while Coenzyme Q10 serves as a potent free radical scavenger and neuroprotectant. The authors propose that the combination of these compounds may enhance the resilience of Nile tilapia to heat stress, a hypothesis that remains unexplored. The study aims to assess the effects of heat stress on Nile tilapia through behavioral observations, physiological measurements, gene expression analysis, and brain histology, thereby contributing to the understanding of stress responses and potential dietary interventions in aquaculture.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, equipment, and biological samples, ensuring reproducibility of the experiments. The methodology encompasses the protocols followed for data collection, including any statistical analyses applied to interpret the results.
Additionally, the section may describe the experimental conditions, such as temperature, duration, and any controls implemented to validate the findings. Overall, this section serves to provide a comprehensive framework for understanding how the research was conducted, allowing for critical evaluation and potential replication by other researchers in the field.
Results
The histopathological analysis of brain tissue from Nile tilapia across various experimental groups revealed distinct findings. The control group (C25) exhibited no histopathological changes. In contrast, tilapia reared at 32 °C for 60 days (SCN0 group) displayed minor yet significant encephalopathic alterations, including vascular congestion, perivascular edema, neuronal pyknosis with associated perineuronal vacuolation, and neuropil microcavitation.
Furthermore, dietary supplementation with a nano-emulsion of spirulina in heat-stressed tilapia resulted in a notable decrease in immune cell indices, specifically white blood cells (WBCs), monocyte percentage, lymphocyte percentage, and heterophil percentage (p < 0.05) in the SCN0 group. However, the SCN40 and SCN20 groups showed significant improvements, with their indices not differing significantly from the control group (C25) (p > 0.05). These findings suggest that dietary interventions may mitigate the adverse effects of heat stress on tilapia health.
Discussion
The research discusses the preparation and characterization of a Spirulina-Coenzyme Q10 nanoemulsion (SCN) aimed at enhancing the health and stress resilience of Nile tilapia under elevated temperature conditions. The SCN was synthesized using an aqueous-based nanoemulsion technique, incorporating extra virgin olive oil, Tween 80, and purified water in a specific volume ratio. Characterization techniques such as Atomic Force Microscopy (AFM), X-ray Diffraction (XRD), Transmission Electron Microscopy (TEM), and Dynamic Light Scattering (DLS) confirmed the successful formation of spherical nanoemulsion droplets with a size range of approximately 43-47 nm. The SCN demonstrated a high absolute zeta potential of -32 mV, indicating good colloidal stability, which is crucial for maintaining the efficacy of the formulation in biological applications.
The experimental results indicated that dietary supplementation of SCN significantly improved various behavioral parameters and hematological markers in heat-stressed Nile tilapia. Specifically, fish fed with SCN exhibited enhanced feeding activity and better blood profiles compared to those on a control diet at elevated temperatures. Additionally, the study found that SCN supplementation led to a significant downregulation of stress-related genes and improved lipid profiles, suggesting a neuroprotective effect of Coenzyme Q10. The findings highlight the potential of SCN as a nutritional strategy to mitigate the adverse effects of heat stress in aquaculture, emphasizing the importance of dietary modifications in enhancing fish welfare and productivity in the face of climate change.