DOI: https://doi.org/10.1111/raq.12906
تاريخ النشر: 2024-04-30
المؤلف: Caroline Montagnani وآخرون
الموضوع الرئيسي: الاستجابات المناعية والتطعيمات
نظرة عامة
تتناول المراجعة المفهوم الناشئ للمناعة المدربة داخل الجهاز المناعي الفطري للرخويات البحرية، مع تسليط الضوء على إمكانيته في تعزيز البقاء ضد العدوى المتكررة. تشير الدراسات الحديثة إلى أن التعرض للميكروبات البيئية والجراثيم يمكن أن يهيئ الاستجابة المناعية، مما يؤدي إلى تحسين الحماية في اللقاءات اللاحقة. تقوم المراجعة بتجميع النتائج حول الآليات، والخصوصية، ومدة هذه الاستجابات المناعية، مشيرة إلى التأثيرات على البلعمة، وتعداد الخلايا الدموية، والبرمجة المسبقة، والإجهاد التأكسدي، وتعبير الجينات المناعية.
على الرغم من التقدم الكبير في فهم المناعة المدربة في الرخويات البحرية، يؤكد المؤلفون على الحاجة إلى مزيد من البحث لاستكشاف اكتساب الذاكرة المناعية، وانتقالها عبر الأجيال، وآثارها على لياقة الحيوانات وعلم الأوبئة للأمراض. يقترحون أن المناعة المدربة يمكن أن تكون استراتيجية مكملة للاختيار الجيني في تربية الأحياء المائية، خاصة في ضوء الأمراض الوبائية المتزايدة. تدعو المراجعة إلى دراسات شاملة لتوضيح العوامل التي تؤثر على الذاكرة المناعية الفطرية وتقترح أن الرؤى المكتسبة يمكن أن تؤدي إلى تدابير وقائية مبتكرة لإدارة الأمراض المستدامة في تربية الأحياء المائية للرخويات البحرية.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على الدور المهم للرخويات البحرية في تربية الأحياء المائية، التي تمثل 20% من إنتاج الحيوانات المائية من حيث الوزن. على مدى العقود الثلاثة الماضية، زاد إنتاج تربية الأحياء المائية للرخويات عالميًا بمقدار 70 مليون طن، مما يبرز أهميتها كمصدر للبروتين الحيواني. ومع ذلك، يواجه القطاع تحديات من الأمراض المعدية التي تهدد الإنتاج، والتي تفاقمت بسبب التغيرات العالمية والأنشطة البشرية. تركز الأبحاث بشكل متزايد على فهم الأساس الجزيئي لمناعة الرخويات، كاشفة أن هذه الكائنات تمتلك نظامًا مناعيًّا فطريًّا محفوظًا بشكل كبير، يتمثل بشكل أساسي في الخلايا الدموية ومجموعة متنوعة من مستقبلات التعرف التي تكشف الجراثيم.
تشير النتائج الحديثة إلى أن الرخويات تظهر أشكالًا من الذاكرة المناعية، تُسمى “تهيئة المناعة” أو “المناعة المدربة”، مما يسمح لها بالاستجابة بشكل أقوى للجراثيم التي تم مواجهتها سابقًا. يمكن أن تعزز هذه الذاكرة المناعية الفطرية البقاء ضد العدوى، مما يقدم استراتيجية محتملة لتحسين مقاومة الأمراض في تربية الأحياء المائية. قد لا تعالج ممارسات إدارة الأمراض الحالية، بما في ذلك العلاجات الوقائية المحدودة والاختيار الجيني، التحديات التي تطرحها الأمراض البحرية بشكل كافٍ. تدعو الورقة إلى مزيد من الاستكشاف للمناعة المدربة في الرخويات كنهج واعد لتعزيز صحتها ومرونتها، مما يسهم في النهاية في ممارسات تربية الأحياء المائية المستدامة.
مناقشة
تسلط المناقشة حول المناعة المدربة في اللافقاريات الضوء على ظاهرة الاستجابات المناعية المعززة ضد مجموعة متنوعة من الجراثيم، التي لوحظت عبر عدة شُعب من اللافقاريات، وخاصة ضمن مجموعة الإكديزو. يمكن أن تتجلى هذه المناعة كتهيئة مناعية عبر الأجيال (TGIP)، حيث يظهر النسل تحسينًا في البقاء ضد العدوى بسبب التعرض السابق لوالديهم. تظل الآليات الكامنة وراء المناعة المدربة غير مستكشفة إلى حد كبير، على الرغم من أن الأدلة تشير إلى استجابة ثنائية الطور تشبه الذاكرة المناعية للفقرات، تتميز بتنشيط مناعي أولي يتبعه استجابة ثانوية قد تكون أقوى أو أسرع. من الجدير بالذكر أن اللافقاريات تظهر استجابات مناعية متنوعة، بما في ذلك التحولات المناعية والاستجابات المستدامة، والتي قد تشمل تعديلات وراثية وإعادة برمجة أيضية للخلايا المناعية.
تشير الأبحاث حول الرخويات، وخاصة المحار والقواقع مثل الأبالون، إلى أنه يمكن تحفيز التدريب المناعي من خلال التعرض للجراثيم أو البروبيوتيك، مما يؤدي إلى تحسين معدلات البقاء وتغيير تعبير الجينات المناعية. على سبيل المثال، تظهر الدراسات على أنواع هاليطيس زيادة كبيرة في تنظيم الجينات المرتبطة بالمناعة بعد التعرض للجراثيم، مما يشير إلى نمط استجابة استدعاء. بالمثل، تظهر المحار والأصداف أدلة على التدريب المناعي، مع استجابات قد تختلف في الخصوصية والمدة. تؤكد النتائج على تعقيد الاستجابات المناعية في اللافقاريات وإمكانية الحماية المتبادلة ضد الجراثيم المتنوعة، مما يبرز الحاجة إلى مزيد من التحقيق في الآليات الجزيئية والخلوية التي تحكم هذه الاستجابات عبر أنواع مختلفة.
القيود
تناقش قسم القيود في الورقة البحثية عدة تحديات حاسمة مرتبطة بتنفيذ المناعة المدربة كاستراتيجية للسيطرة على الأمراض في تربية الأحياء المائية للرخويات البحرية. بينما يمكن أن تعزز المناعة المدربة الاستجابات المناعية وتوفر ميزة للبقاء ضد الجراثيم، قد تؤدي تنشيطها على المدى الطويل إلى آثار غير تكيفية وتبادلات مع سمات فسيولوجية أخرى. على سبيل المثال، قد تؤثر الفوائد التي لوحظت خلال مرحلة تطوير واحدة سلبًا على المراحل اللاحقة، خاصة في الرخويات ذات الأشكال التنموية المتنوعة والتكيفات البيئية. بالإضافة إلى ذلك، هناك أدلة تشير إلى أن التدريب المناعي قد يفرض تكاليف على سمات اللياقة، مثل التكاثر وتطوير اليرقات، كما هو موضح في الدراسات التي تشمل المحار.
علاوة على ذلك، يبرز القسم تأثير العوامل البيئية على تحفيز المناعة المدربة، مما يثير تساؤلات حول كيفية تأثير البيئات الميكروبية المتنوعة على فعالية استراتيجيات الحماية في بيئات تربية الأحياء المائية. كما يتم التأكيد على التفاعل بين المسارات المناعية والآثار البيئية والوبائية المحتملة للمناعة المدربة، حيث يمكن أن تؤثر هذه العوامل على ديناميات المضيف والجرثوم وانتشار الأمراض. للاستفادة بشكل فعال من المناعة المدربة في تربية الأحياء المائية، يدعو المؤلفون إلى تطوير نماذج وبائية مدفوعة بالبيانات تأخذ في الاعتبار حالة التدريب للسكان، مما يضمن أن تنفيذ مثل هذه الاستراتيجيات لا يؤدي عن غير قصد إلى تفاقم ديناميات الأمراض.
DOI: https://doi.org/10.1111/raq.12906
Publication Date: 2024-04-30
Author(s): Caroline Montagnani et al.
Primary Topic: Immune responses and vaccinations
Overview
The review discusses the emerging concept of trained immunity within the innate immune system of marine molluscs, highlighting its potential to enhance survival against recurrent infections. Recent studies indicate that exposure to environmental microbiota and pathogens can prime the immune response, leading to improved protection in subsequent encounters. The review synthesizes findings on the mechanisms, specificity, and duration of these immune responses, noting effects on phagocytosis, haemocyte populations, apoptosis, oxidative stress, and immune gene expression.
Despite significant advancements in understanding trained immunity in marine molluscs, the authors emphasize the need for further research to explore the acquisition of immune memory, its generational transmission, and its implications for animal fitness and disease epidemiology. They propose that trained immunity could serve as a complementary strategy to genetic selection in aquaculture, particularly in light of rising epizootic diseases. The review calls for comprehensive studies to elucidate the factors influencing innate immune memory and suggests that insights gained could lead to innovative prophylactic measures for sustainable disease management in marine mollusc aquaculture.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the significant role of marine molluscs in aquaculture, which accounts for 20% of aquatic animal production by weight. Over the past three decades, global mollusc aquaculture production has surged by 70 million tonnes, underscoring its importance as a source of animal protein. However, the sector faces challenges from infectious diseases that threaten production, exacerbated by global changes and human activities. Research has increasingly focused on understanding the molecular basis of molluscan immunity, revealing that these organisms possess a highly conserved innate immune system, primarily mediated by haemocytes and various recognition receptors that detect pathogens.
Recent findings suggest that molluscs exhibit forms of immunological memory, termed “immune priming” or “trained immunity,” which allow them to mount more robust responses to previously encountered pathogens. This innate immune memory could enhance survival against infections, presenting a potential strategy for improving disease resistance in aquaculture. Current disease management practices, including limited prophylactic treatments and genetic selection, may not adequately address the challenges posed by marine diseases. The paper advocates for further exploration of trained immunity in molluscs as a promising approach to bolster their health and resilience, ultimately contributing to sustainable aquaculture practices.
Discussion
The discussion on trained immunity in invertebrates highlights the phenomenon of enhanced immune responses against various pathogens, observed across multiple invertebrate phyla, particularly within Ecdyzoa. This immunity can manifest as transgenerational immune priming (TGIP), where offspring exhibit improved survival against infections due to prior exposure of their parents. The mechanisms underlying trained immunity remain largely unexplored, although evidence suggests a biphasic response akin to vertebrate immune memory, characterized by an initial immune activation followed by a secondary response that may be stronger or more rapid. Notably, invertebrates exhibit diverse immune responses, including immune shifts and sustained responses, which may involve epigenetic modifications and metabolic reprogramming of immune cells.
Research on molluscs, particularly bivalves and gastropods like abalones, indicates that immune training can be induced through exposure to pathogens or probiotics, resulting in improved survival rates and altered immune gene expression. For instance, studies on Haliotis species demonstrate significant upregulation of immune-related genes following pathogen exposure, suggesting a recall response pattern. Similarly, mussels and oysters show evidence of immune training, with responses that may vary in specificity and duration. The findings underscore the complexity of immune responses in invertebrates and the potential for cross-protection against diverse pathogens, emphasizing the need for further investigation into the molecular and cellular mechanisms that govern these responses across different species.
Limitations
The section on limitations in the research paper discusses several critical challenges associated with implementing trained immunity as a disease control strategy in marine mollusc aquaculture. While trained immunity can enhance immune responses and provide a survival advantage against pathogens, its long-term activation may lead to maladaptive effects and trade-offs with other physiological traits. For instance, the benefits observed during one developmental stage may negatively impact subsequent stages, particularly in molluscs with diverse developmental forms and environmental adaptations. Additionally, there is evidence suggesting that immune training may impose costs on fitness traits, such as reproduction and larval development, as seen in studies involving oysters.
Furthermore, the section highlights the influence of environmental factors on the induction of trained immunity, raising questions about how varying microbial environments could affect the efficacy of protection strategies in aquaculture settings. The interplay between immune pathways and the potential ecological and epidemiological impacts of trained immunity are also emphasized, as these factors could alter host-pathogen dynamics and disease prevalence. To effectively harness trained immunity in aquaculture, the authors advocate for the development of data-driven epidemiological models that account for the trained status of populations, ensuring that the implementation of such strategies does not inadvertently exacerbate disease dynamics.