DOI: https://doi.org/10.1186/s42523-024-00372-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39806437
تاريخ النشر: 2025-01-13
المؤلف: Min Li وآخرون
الموضوع الرئيسي: إدارة الأمراض في تربية الأحياء المائية والميكروبيوتا
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة تأثيرات البروبيوتيك المحلي Bacillus subtilis HGCC-1 على أداء النمو، وعمليات الأيض الدهني، وصحة الكبد، والميكروبيوم المعوي لسمك البومبانو الذهبي (Trachinotus ovatus). تم تقسيم 160,000 سمكة إلى مجموعتين غذائيتين: مجموعة ضابطة ومجموعة تم تزويدها بـ 0.3 غرام/كغ من Bacillus subtilis HGCC-1. بعد ثلاثة أسابيع، أظهرت النتائج أن البروبيوتيك عزز بشكل كبير أداء النمو (P < 0.05) واستخدام العلف، وحسن صحة الكبد من خلال تخفيف الكبد الدهني والالتهاب، وعزز امتصاص الدهون المعوية. تشمل الآليات المحددة زيادة امتصاص الدهون الكبدية، والنقل، والأكسدة β للأحماض الدهنية، مما أدى إلى تقليل مستويات الدهون الثلاثية الكبدية (P < 0.05). علاوة على ذلك، غير Bacillus subtilis HGCC-1 بشكل كبير تركيب الميكروبيوم المعوي، مما زاد من الأنواع المفيدة مثل Bacillus (P < 0.0001) وزيادة نسبة "المجموعة الوظيفية 2/المجموعة الوظيفية 1" (P = 0.00092)، والتي كانت مرتبطة إيجابياً بخصائص النمو (Spearman, P < 0.05). كما أظهر وفرة Bacillus المعوية ارتباطًا مع الدهون الثلاثية في المصل (Spearman, R = 0.47, P = 0.00091). بشكل عام، تشير النتائج إلى أن التزويد الغذائي بـ Bacillus subtilis HGCC-1 لا يعزز فقط النمو والصحة في البومبانو الذهبي من خلال تحسين عمليات الأيض الدهني وتخفيف التهاب الكبد، بل يساهم أيضًا في توازن الميكروبيوم المعوي، مما يبرز إمكانيته كبروبيوتيك مفيد في تربية الأحياء المائية.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على أهمية تربية الأحياء المائية المستدامة في تعزيز الأمن الغذائي العالمي، مع التركيز على دور تكثيف تربية الأحياء المائية وممارسات الزراعة عالية الكثافة. تشير إلى أنه بينما يتم استخدام أنظمة غذائية عالية الطاقة وبروتين نباتي عالي لتحسين الكفاءة الاقتصادية، إلا أنها يمكن أن تؤدي إلى اضطرابات في الميكروبيوم المعوي، وضعف في عمليات الأيض الغذائي، وأمراض الكبد، مما يعيق التنمية المستدامة. يتم انتقاد استخدام المضادات الحيوية للوقاية من الأمراض وتعزيز النمو في تربية الأحياء المائية بسبب مساهمتها في مقاومة الميكروبات وعدم توازن الميكروبيوم المعوي، مما يدفع للبحث عن بدائل.
تُقدم البروبيوتيك، وخاصة Bacillus subtilis، كبدائل واعدة للمضادات الحيوية، مع وجود أدلة تدعم قدرتها على تعزيز النمو، وتنظيم وظيفة المناعة، وتعديل الميكروبيوم المعوي في أنواع مختلفة من الأسماك. تركز الدراسة على Bacillus subtilis HGCC-1، وهو سلالة محلية معزولة من أمعاء الأسماك، وتأثيراتها المحتملة على أداء النمو، والميكروبيوم المعوي، وعمليات الأيض الدهني، وصحة الكبد في البومبانو الذهبي (Trachinotus ovatus). تهدف الدراسة إلى توضيح العلاقة بين البروبيوتيك، والميكروبيوم المعوي، وصحة المضيف، خاصة في سياق صحة الكبد وأداء النمو في هذه الأنواع السمكية ذات الأهمية الاقتصادية.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم إجراء جميع التجارب الحيوانية وفقًا للإرشادات الأخلاقية المعتمدة من لجنة رعاية الحيوانات في معهد الأعلاف، الأكاديمية الصينية للعلوم الزراعية (رقم الضمان 2022-AF-FRI-CAAS-001)، مع التركيز على تقليل معاناة الحيوانات. تم تخمير البكتيريا Bacillus subtilis HGCC-1، المعزولة من أمعاء السمك والمحافظة عليها في معهد بحوث الأعلاف، باستخدام تقنيات التخمر الصلب. تم إنتاج الأنظمة الغذائية التجريبية للبومبانو الذهبي بواسطة مجموعة Guangdong Yuehai Feed Group Co., Ltd.، مع دمج منتج التخمر HGCC-1 بتركيز 0.3 غرام/كغ، مما حقق تركيزًا نهائيًا قدره \(10^8\) CFU/g، بناءً على أبحاث سابقة.
تم توحيد التركيب الغذائي للأعلاف ليكون متساوي النيتروجين ومتساوي الطاقة، حيث يحتوي على 51% بروتين خام و12% دهون خام. تم تقييم معايير غذائية مختلفة باستخدام طرق AOAC المعتمدة، بما في ذلك محتوى الرطوبة (AOAC 2001.12)، البروتين الخام (AOAC 2001.11)، الدهون الخام (AOAC 920.39)، ومحتوى الرماد (AOAC 942.05). بالإضافة إلى ذلك، تم تحليل محتوى الأحماض الأمينية باستخدام جهاز تحليل الأحماض الأمينية الآلي (HITACHI L-8900). تم تحلل العينات باستخدام حمض الهيدروكلوريك، وتم تصفيتها، وتحضيرها للتحليل، مما يضمن الكمية الدقيقة للأحماض الأمينية في الأنظمة الغذائية التجريبية.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب والتحليلات التي تم إجراؤها. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات المدروسة، حيث أسفرت الاختبارات الإحصائية عن قيم p أقل من العتبة التقليدية 0.05، مما يشير إلى وجود دليل قوي ضد الفرضية الصفرية. بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن التدخل المطبق أدى إلى تحسين قابل للقياس في النتائج، تم قياسه من خلال زيادة في المتوسط من $M_1$ إلى $M_2$، مع فترة ثقة [CI_lower, CI_upper].
علاوة على ذلك، توضح التمثيلات البيانية، مثل الرسوم البيانية الشريطية والمخططات النقطية، الاتجاهات الملحوظة في البيانات، مما يعزز الاستنتاجات المستخلصة من التحليلات الإحصائية. تساهم النتائج في الجسم المعرفي القائم من خلال تقديم دعم تجريبي للفرضية المقترحة، مما يبرز الآثار المترتبة على الأبحاث المستقبلية والتطبيقات العملية في المجال المعني.
المناقشة
في هذه الدراسة، أظهر التزويد الغذائي بـ Bacillus subtilis HGCC-1 أنه يعزز بشكل كبير أداء النمو للبومبانو الذهبي، كما يتضح من زيادة الوزن النهائي للجسم، ومعدل زيادة الوزن، ومعدل النمو المحدد. كما حسن التزويد كفاءة تحويل العلف ووزن الذبيحة، مما يشير إلى فوائد اقتصادية محتملة لتربية الأحياء المائية. كشفت تحليل الميكروبيوم المعوي أن HGCC-1 غير التركيب الميكروبي، مما زاد من الوفرة النسبية للبكتيريا المفيدة من نوع Firmicutes بينما قلل من Proteobacteria المحتملة الضارة. كان هذا التحول في الميكروبيوم المعوي مرتبطًا بتحسين صحة الأمعاء وعمليات الأيض الغذائي، كما يتضح من الزيادة الكبيرة في متغيرات تسلسل الأمبليكون (ASVs) وغنى المجتمع.
علاوة على ذلك، وُجد أن Bacillus subtilis HGCC-1 يعدل عمليات الأيض الدهني من خلال تعزيز امتصاص الدهون المعوية وتعزيز أكسدة الأحماض الدهنية الكبدية β، مما يقلل من تراكم الدهون الثلاثية (TG) في الكبد والالتهاب. أظهرت الدراسة أن HGCC-1 قلل بشكل كبير من مستويات ALT وAST في المصل، مما يشير إلى تحسين صحة الكبد. تم تقليل تعبير علامات الالتهاب مثل nf-kb وil-1β، بينما تم زيادة تعبير السيتوكينات المضادة للالتهاب مثل tgf-β وil-10. تشير النتائج إلى أن التأثيرات المفيدة لـ Bacillus subtilis HGCC-1 على أداء النمو وصحة الكبد في البومبانو الذهبي تتم من خلال تعديل الميكروبيوم المعوي وتحسين عمليات الأيض الدهني، مما يبرز إمكانيته كبديل مستدام للمضادات الحيوية في تربية الأحياء المائية.
DOI: https://doi.org/10.1186/s42523-024-00372-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39806437
Publication Date: 2025-01-13
Author(s): Min Li et al.
Primary Topic: Aquaculture disease management and microbiota
Overview
This study investigates the effects of the indigenous probiotic Bacillus subtilis HGCC-1 on the growth performance, lipid metabolism, liver health, and gut microbiota of golden pompano (Trachinotus ovatus). A total of 160,000 fish were divided into two dietary groups: a control group and a group supplemented with 0.3 g/kg of Bacillus subtilis HGCC-1. After three weeks, results indicated that the probiotic significantly enhanced growth performance (P < 0.05) and feed utilization, improved liver health by alleviating hepatic steatosis and inflammation, and promoted intestinal lipid absorption. The mechanisms identified include enhanced hepatic lipid uptake, transport, and fatty acid β-oxidation, leading to reduced hepatic triglyceride levels (P < 0.05). Moreover, Bacillus subtilis HGCC-1 significantly altered the gut microbiota composition, enriching beneficial taxa such as Bacillus (P < 0.0001) and increasing the ratio of "Functional Group 2/Functional Group 1" (P = 0.00092), which was positively correlated with growth traits (Spearman, P < 0.05). The intestinal abundance of Bacillus also showed a correlation with serum triglycerides (Spearman, R = 0.47, P = 0.00091). Overall, the findings suggest that dietary supplementation with Bacillus subtilis HGCC-1 not only promotes growth and health in golden pompano by enhancing lipid metabolism and alleviating liver inflammation but also contributes to gut microbiota homeostasis, underscoring its potential as a beneficial probiotic in aquaculture.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significance of sustainable aquaculture in enhancing global food security, emphasizing the role of aquaculture intensification and high-density farming practices. It notes that while high-energy and high plant protein diets are employed to improve economic efficiency, they can lead to gut microbiota disorders, impaired nutrient metabolism, and liver diseases, which hinder sustainable development. The use of antibiotics for disease prevention and growth promotion in aquaculture is critiqued due to its contribution to microbial resistance and gut microbiome imbalances, prompting a search for alternatives.
Probiotics, particularly Bacillus subtilis, are presented as promising alternatives to antibiotics, with evidence supporting their ability to enhance growth, regulate immune function, and modulate gut microbiota in various fish species. The study focuses on Bacillus subtilis HGCC-1, an indigenous strain isolated from fish gut, and its potential effects on growth performance, gut microbiota, lipid metabolism, and liver health in Golden Pompano (Trachinotus ovatus). The research aims to elucidate the relationship between probiotics, gut microbiota, and host health, particularly in the context of liver health and growth performance in this economically important fish species.
Methods
In this study, all animal experiments were conducted in accordance with ethical guidelines approved by the Animal Care Committee of the Feed Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences (Guarantee No. 2022-AF-FRI-CAAS-001), with a focus on minimizing animal suffering. The bacterium Bacillus subtilis HGCC-1, isolated from tilapia intestines and preserved at the Institute of Feed Research, was fermented using solid fermentation techniques. The experimental diets for golden pompano were produced by Guangdong Yuehai Feed Group Co., Ltd., incorporating the HGCC-1 fermentation product at a concentration of 0.3 g/kg, achieving a final concentration of \(10^8\) CFU/g, based on prior research.
The nutrient composition of the feeds was standardized to be isonitrogenous and isoenergetic, containing 51% crude protein and 12% crude fat. Various nutritional parameters were assessed using established AOAC methods, including moisture content (AOAC 2001.12), crude protein (AOAC 2001.11), crude fat (AOAC 920.39), and ash content (AOAC 942.05). Additionally, amino acid content was analyzed using an automated amino acid analyzer (HITACHI L-8900). Samples were hydrolyzed with hydrochloric acid, filtered, and prepared for analysis, ensuring accurate quantification of amino acids in the experimental diets.
Results
The “Results” section of the research paper presents key findings derived from the conducted experiments and analyses. The data indicates a significant correlation between the variables studied, with statistical tests yielding p-values below the conventional threshold of 0.05, suggesting strong evidence against the null hypothesis. Additionally, the results demonstrate that the intervention applied led to a measurable improvement in the outcomes, quantified by an increase in the mean score from $M_1$ to $M_2$, with a confidence interval of [CI_lower, CI_upper].
Furthermore, graphical representations, such as bar charts and scatter plots, illustrate the trends observed in the data, reinforcing the conclusions drawn from the statistical analyses. The findings contribute to the existing body of knowledge by providing empirical support for the proposed hypothesis, highlighting the implications for future research and practical applications in the relevant field.
Discussion
In this study, dietary supplementation of Bacillus subtilis HGCC-1 was shown to significantly enhance the growth performance of golden pompano, as evidenced by increased final body weight, weight gain rate, and specific growth rate. The supplementation also improved feed conversion efficiency and carcass weight, indicating potential economic benefits for aquaculture. The gut microbiota analysis revealed that HGCC-1 altered the microbial composition, increasing the relative abundance of beneficial Firmicutes while decreasing potentially harmful Proteobacteria. This shift in gut microbiota was associated with improved gut health and nutrient metabolism, as indicated by the significant increase in observed amplicon sequence variants (ASVs) and community richness.
Furthermore, Bacillus subtilis HGCC-1 was found to modulate lipid metabolism by enhancing intestinal lipid absorption and promoting hepatic fatty acid β-oxidation, thereby reducing liver triglyceride (TG) accumulation and inflammation. The study demonstrated that HGCC-1 significantly decreased serum ALT and AST levels, suggesting improved liver health. The expression of inflammatory markers such as nf-kb and il-1β was down-regulated, while anti-inflammatory cytokines like tgf-β and il-10 were up-regulated. The findings suggest that the beneficial effects of Bacillus subtilis HGCC-1 on growth performance and liver health in golden pompano are mediated through gut microbiota modulation and improved lipid metabolism, highlighting its potential as a sustainable alternative to antibiotics in aquaculture.