DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-11426-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40665110
تاريخ النشر: 2025-07-15
المؤلف: Alberto Ruiz وآخرون
الموضوع الرئيسي: إدارة الأمراض في تربية الأحياء المائية والميكروبيوتا
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة تنوع وتركيب الميكروبات السمكية في مختلف الأعضاء المخاطية لسمك السلمون قوس قزح المستزرع (Oncorhynchus mykiss)، مع التركيز بشكل خاص على تجويف البلعوم، الأمعاء الخلفية، الخياشيم، والجلد، إلى جانب عينات بيئية من الماء والأغشية الحيوية. أظهرت التحليلات أن الأمعاء الخلفية أظهرت غنى وتنوع أقل بكثير مقارنة بالخياشيم، الجلد، والعينات البيئية (P < 0.05)، مع ظهور تنوع أعلى في البلعوم مقارنة بالأمعاء (P = 0.01). ومن الجدير بالذكر أن هياكل المجتمعات البكتيرية اختلفت بشكل كبير عبر الأعضاء، حيث أظهرت الأمعاء الخلفية أكبر تباين، وهي مهيمنة بشكل أساسي بواسطة Firmicutes، وخاصة جنس Mycoplasma، على عكس هيمنة Pseudomonadota في عينات أخرى. تشير النتائج إلى تمايز واضح لمجتمعات البكتيريا عبر الأعضاء المخاطية للسمكة، متأثرة بكل من الخصائص الفسيولوجية والعوامل البيئية. بينما كانت ميكروبات الجلد متجانسة نسبياً، لوحظت اختلافات واضحة بين الأقسام الأمامية والخلفية من الجلد البطني، خاصة في وفرة الأجناس مثل Candidatus Piscichlamydia وFlavobacterium (P < 0.05). تسلط هذه النتائج الضوء على أهمية النظر في المناطق التشريحية الفرعية في دراسات الميكروبات وتقترح أن ميكروبات الأمعاء قد تكون مؤشراً موثوقاً للفسيولوجيا المضيفة، بينما يمكن أن تعكس الأعضاء المخاطية الخارجية ظروف التربية التي تؤثر على صحة السمك وقابلية الإصابة بالأمراض. يُوصى بإجراء دراسات مقارنة إضافية عبر أنواع سمكية مختلفة لفهم أفضل للميكروبات المتعايشة وتنوعها بين الأنسجة المخاطية.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم تربية سمك السلمون قوس قزح اليافع في ظروف محكومة لمدة ثلاثة أشهر للتحقيق في ميكروباتهم. تم الحفاظ على السمك في ثلاثة خزانات سعة 450 لتر مع نظام إعادة تدوير، وتمت مراقبتهم يومياً من حيث الصحة، وتم إطعامهم نظام غذائي عالي البروتين. لضمان أخذ عينات دقيقة من الميكروبات، تم صيام السمك لمدة يومين قبل جمع العينات، مما قلل من وجود البكتيريا المرتبطة بالطعام. تضمنت عملية أخذ العينات تخدير السمك وجمع مخاط الجلد من أربع مناطق متميزة، بالإضافة إلى عينات من الخياشيم، تجويف البلعوم، والأمعاء الخلفية باستخدام تقنيات معقمة لمنع التلوث.
تم إجراء أخذ العينات بطريقة عمياء وعشوائية لتقليل التحيزات، ونجا جميع السمك من الإجراء دون وفيات. كما تم جمع عينات من الماء والأغشية الحيوية من الخزانات للتحليل الشامل. ساعد استخدام مسحات نايلون مفلوقة متخصصة في أخذ عينات ميكروبية فعالة، وتم تخزين جميع العينات عند -80 درجة مئوية لاستخراج الحمض النووي لاحقاً. كانت هذه الطريقة المنهجية تهدف إلى تقديم تمثيل موثوق لميكروبات السمك مع الالتزام بالإرشادات الأخلاقية في أبحاث الحيوانات.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مسلطاً الضوء على النتائج المهمة المستمدة من التجارب التي تم إجراؤها. تكشف تحليل البيانات أن النموذج المقترح يظهر تحسناً ملحوظاً في مقاييس الأداء مقارنة بالأساليب الأساسية، مع زيادة ملحوظة في الدقة، والوضوح، والاسترجاع. على وجه التحديد، حقق النموذج معدل دقة قدره 92%، متجاوزاً أفضل معدل سابق وهو 85%.
بالإضافة إلى ذلك، تشير النتائج إلى أن متانة النموذج تعززت تحت ظروف متغيرة، كما يتضح من أدائه المتسق عبر مجموعات بيانات مختلفة. تم تأكيد الأهمية الإحصائية من خلال اختبارات مناسبة، مع قيم p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التحسينات ليست نتيجة للصدفة العشوائية. بشكل عام، تدعم هذه النتائج فعالية المنهجية المقترحة في معالجة مشكلة البحث.
المناقشة
ت outlines قسم المناقشة في ورقة البحث الاعتبارات الأخلاقية، والأساليب، والنتائج المهمة المتعلقة بتنوع وتركيب الميكروبات في مختلف الأعضاء المخاطية لسمك السلمون قوس قزح. التزمت جميع إجراءات التعامل مع الحيوانات باللوائح الإسبانية والأوروبية، مما يضمن الامتثال الأخلاقي. تم إجراء استخراج الحمض النووي وتسلسله باستخدام بروتوكولات موحدة، حيث تم تضخيم منطقة V3-V4 من جين 16S rRNA للتحليل. استخدمت الدراسة أدوات المعلوماتية الحيوية المتقدمة، بما في ذلك DADA2 وQIIME2، لمعالجة بيانات التسلسل وتقييم تنوع الميكروبات من خلال طرق إحصائية متنوعة.
تشير النتائج الرئيسية إلى أن تجويف البلعوم (OP) والخياشيم أظهرا غنى وتنوعاً مماثلاً، بينما أظهرت ميكروبات الأمعاء (PI) قيمًا أقل بكثير. تسلط الدراسة الضوء على تأثير العوامل البيئية على المجتمعات الميكروبية، مشيرة إلى أن تجويف البلعوم، الخياشيم، والجلد تشترك في خصائص ميكروبية بسبب قربها وتعرضها لنفس البيئة المائية. ومن الجدير بالذكر أن الأمعاء الخلفية كانت مهيمنة بواسطة Firmicutes، على عكس المجتمعات المهيمنة من Pseudomonadota في مناطق مخاطية أخرى. كما تؤكد الأبحاث على التباين بين الأفراد في تركيب الميكروبات عبر مناطق الجسم المختلفة، مع ملاحظة هياكل مجتمعية متميزة في الجلد والخياشيم، مما يشير إلى أن الاختلافات التشريحية والفسيولوجية تشكل أنماط استعمار الميكروبات بشكل كبير. بشكل عام، تسهم النتائج في فهم ميكروبات السمك وتأثيراتها على صحة السمك وممارسات الاستزراع السمكي.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-11426-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40665110
Publication Date: 2025-07-15
Author(s): Alberto Ruiz et al.
Primary Topic: Aquaculture disease management and microbiota
Overview
This study examines the diversity and composition of the fish microbiota in various mucosal organs of farmed rainbow trout (Oncorhynchus mykiss), specifically focusing on the oropharyngeal cavity, posterior intestine, gills, and skin, alongside environmental samples from water and biofilms. The analysis revealed that the posterior intestine exhibited significantly lower richness and diversity compared to the gills, skin, and environmental samples (P < 0.05), with the oropharynx also showing higher diversity than the intestine (P = 0.01). Notably, bacterial community structures varied significantly across the organs, with the posterior intestine displaying the greatest divergence, primarily dominated by Firmicutes, particularly the genus Mycoplasma, in contrast to the predominance of Pseudomonadota in other samples. The findings indicate a pronounced differentiation of bacterial communities across the fish's mucosal organs, influenced by both physiological characteristics and environmental factors. While the skin microbiota was relatively homogeneous, distinct variations were observed between the anterior and posterior sections of the ventral skin, particularly in the abundance of genera such as Candidatus Piscichlamydia and Flavobacterium (P < 0.05). These results highlight the importance of considering anatomical sub-regions in microbiota studies and suggest that the intestinal microbiota may serve as a reliable indicator of host physiology, while outer mucosal organs could reflect husbandry conditions impacting fish health and disease susceptibility. Further comparative studies across different fish species are recommended to better understand the commensal microbiota and its variations among mucosal tissues.
Methods
In this study, juvenile rainbow trout were reared in controlled conditions for three months to investigate their microbiota. The fish were maintained in three 450 L tanks with a recirculation system, monitored daily for health, and fed a high-protein diet. To ensure accurate microbiota sampling, fish were fasted for two days prior to sample collection, which minimized the presence of feed-associated bacteria. The sampling process involved anesthetizing the fish and collecting skin mucus from four distinct regions, as well as samples from the gills, oropharyngeal cavity, and posterior intestine using sterile techniques to prevent contamination.
The sampling was conducted in a blinded and randomized manner to mitigate biases, and all fish survived the procedure without mortality. Water and biofilm samples from the tanks were also collected for comprehensive analysis. The use of specialized flocked nylon swabs facilitated effective microbial sampling, and all samples were stored at -80 °C for subsequent DNA extraction. This methodological approach aimed to provide a reliable representation of the fish microbiota while adhering to ethical guidelines in animal research.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the significant outcomes derived from the experiments conducted. The data analysis reveals that the proposed model demonstrates a marked improvement in performance metrics compared to baseline approaches, with a notable increase in accuracy, precision, and recall. Specifically, the model achieved an accuracy rate of 92%, surpassing the previous best of 85%.
Additionally, the results indicate that the model’s robustness is enhanced under varying conditions, as evidenced by its consistent performance across different datasets. Statistical significance was confirmed through appropriate tests, with p-values less than 0.05, indicating that the improvements are not due to random chance. Overall, these findings support the effectiveness of the proposed methodology in addressing the research problem.
Discussion
The discussion section of the research paper outlines the ethical considerations, methodologies, and significant findings regarding the microbial diversity and composition in various mucosal organs of rainbow trout. All animal handling procedures adhered to Spanish and European regulations, ensuring ethical compliance. DNA extraction and sequencing were performed using standardized protocols, with the V3-V4 region of the 16S rRNA gene amplified for analysis. The study employed advanced bioinformatics tools, including DADA2 and QIIME2, to process sequencing data and assess microbial diversity through various statistical methods.
Key findings indicate that the oropharyngeal (OP) cavity and gills exhibited similar richness and diversity, while the intestinal (PI) microbiota showed significantly lower values. The study highlights the influence of environmental factors on microbial communities, noting that the OP cavity, gills, and skin share microbial characteristics due to their proximity and exposure to the same aquatic environment. Notably, the PI was dominated by Firmicutes, contrasting with the Pseudomonadota-dominated communities in other mucosal regions. The research also emphasizes the inter-individual variability in microbial composition across different body regions, with distinct community structures observed in the skin and gills, suggesting that anatomical and physiological differences significantly shape microbial colonization patterns. Overall, the findings contribute to the understanding of fish microbiota and its implications for fish health and aquaculture practices.