DOI: https://doi.org/10.1007/s00248-025-02531-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40310547
تاريخ النشر: 2025-05-01
المؤلف: Matteo Calcagnile وآخرون
الموضوع الرئيسي: إدارة الأمراض في تربية الأحياء المائية والميكروبيوتا
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في إمكانيات سلالة البروبيوتيك باكترس فيليزينس MT9 لتعزيز الميكروبيوم المعوي لسمك البلطي النيلي (أوريكروميس نيلوتيكوس) عند إضافتها إلى نظامهم الغذائي. تستخدم الدراسة طرق قائمة على الثقافة و16S rRNA جين ميتاباركودينغ لتحليل التغيرات في المجتمع الميكروبي، مما يكشف أن B. فيليزينس MT9 يقلل بشكل كبير من مسببات الأمراض الجرثومية السالبة الجرام من شعبة البروتيوبكتيريا بينما يزيد من البكتيريا المفيدة من شعبتي فيرمكوتيس وأكتينوبكتيريا. ومن الجدير بالذكر أن هناك زيادة في الوفرة النسبية لجنس رومبوتسيا، المعروف بخصائصه البروبيوتيكية، وانخفاض في الأجناس الضارة مثل أيروموناس وفيربريو.
تشير النتائج إلى أن البروبيوتيك مثل B. فيليزينس MT9 يمكن أن يحقق تأثيرات مفيدة بشكل فعال في تربية الأحياء المائية، خاصة في البيئات الخاضعة للرقابة. تشير التحليلات الجينومية المقارنة إلى أن B. فيليزينس تشترك في خصائص استقلابية مع أنواع باكترس الأخرى، مما قد يفسر فعاليتها في تعديل الميكروبيوم المعوي. بينما تلبي الدراسة العديد من المتطلبات التنظيمية للبروبيوتيك، بما في ذلك غياب السموم ومقاومة المضادات الحيوية، فإن المزيد من البحث ضروري لتأكيد سلامة وفعالية B. فيليزينس MT9 في بيئات تربية الأحياء المائية، بما في ذلك تقييمات الاستقرار على المدى الطويل والأثر البيئي.
مقدمة
تستعرض مقدمة هذه الورقة البحثية التحدي الملح المتمثل في إطعام عدد سكان عالمي متوقع يبلغ 9.7 مليار بحلول عام 2050، مع زيادة متوقعة بنسبة 88% في الطلب على البروتينات الحيوانية. يتم تسليط الضوء على تربية الأحياء المائية كصناعة تنمو بسرعة، ومن المتوقع أن تتضاعف بحلول عام 2050، وتعتبر حلاً مستدامًا لتلبية احتياجات الغذاء مع تحسين الجودة البيئية وسبل عيش المزارعين. يتم تحديد سمك البلطي النيلي (أوريكروميس نيلوتيكوس) كنوع رئيسي في تربية الأحياء المائية بسبب قيمته الاقتصادية، وقدرته على التكيف مع بيئات مختلفة، ونموه السريع. ومع ذلك، فإن التكلفة العالية للأعلاف، التي تشكل أكثر من 50% من نفقات تشغيل تربية الأحياء المائية، تتطلب تطوير ممارسات تغذية مستدامة.
تركز الدراسة على إمكانيات سلالة البروبيوتيك باكترس فيليزينس MT9 لتعزيز الميكروبيوم المعوي لسمك البلطي النيلي عند إضافتها إلى علف غني بالميكروبات الحية. تُعترف البروبيوتيك بفوائدها في تعزيز النمو، وتحسين الصحة، وتعديل الميكروبيوم المعوي، مما يجعلها بديلاً قابلاً للتطبيق للمضادات الحيوية في تربية الأحياء المائية. تهدف الدراسة إلى وصف B. فيليزينس MT9 على المستوى الجينومي وتقييم قدرتها على التأثير الإيجابي على ميكروبيوم البلطي بينما تعارض الكائنات الدقيقة المسببة للأمراض. تعتبر هذه التحقيقات ضرورية لتحديد ملاءمة السلالة كبروبيوتيك جديد، مما يسهم في الصحة العامة واستدامة تربية البلطي.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم الحصول على 150 سمكة بلطي نيلي طبيعية من منطقة أبوليا (أوريكروميس نيلوتيكوس) من شركة أزندا إتيكا أغيريكا ريزيدنس سان نازاريو SRLS في إيطاليا. تم تكييف الأسماك، بمتوسط وزن جسم يبلغ 41.5 ± 8.3 غرام، في ظروف مختبرية خاضعة للرقابة (درجة حرارة الماء: 24 ± 1 درجة مئوية؛ فترة الإضاءة: 12 ساعة ضوء/ظلام) لمدة أسبوعين قبل توزيعها في حوضين زجاجيين للتجربة. بعد فترة صيام لمدة 48 ساعة لتقليل البكتيريا الموجودة مسبقًا، تم إطعام الأسماك بنظامين غذائيين مختلفين: علف تحكم وعلف معالجة يحتوي على سلالة البكتيريا باكترس فيليزينس MT9.
تم إعداد الأنظمة الغذائية التجريبية عن طريق خلط علف تجاري كامل (Veronesi CFW 4) مع إما ماء معقم أو تعليق بكتيري، لتحقيق تركيز نهائي قدره 10^6 CFU/g في علف المعالجة. تم صياغة كلا النظامين الغذائيين ليكونا متساويين في البروتين (35% بروتين خام)، ومتساويين في الدهون (10% دهون خام)، ومتساويين في الطاقة، مما يضمن ملفات غذائية قابلة للمقارنة. تم تصنيف علف التحكم على أنه CTL، بينما تم تعيين علف المعالجة الذي يحتوي على B. فيليزينس MT9 على أنه BV-MT9. تم مراقبة بقاء البكتيريا في العلف من خلال تخفيفات متسلسلة وزرعها على وسط GYM الصلب، مع إعداد كلا النظامين الغذائيين أسبوعيًا وتخزينهما تحت التبريد حتى الاستخدام.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” في الورقة البحثية النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. يوضح النتائج الناتجة عن اختبارات مختلفة، مع تسليط الضوء على الاتجاهات والأنماط المهمة التي لوحظت في البيانات. غالبًا ما تكون النتائج مصحوبة بتحليلات إحصائية، والتي قد تشمل قيم p، وفترات الثقة، أو أحجام التأثير، لدعم صحة النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يتضمن القسم تمثيلات بصرية مثل الرسوم البيانية أو الجداول التي توضح العلاقات بين المتغيرات أو تأثير التدخلات. تساعد هذه المساعدات البصرية في تعزيز فهم النتائج وتسهيل المقارنات عبر ظروف أو مجموعات مختلفة. بشكل عام، تسهم النتائج في الآثار الأوسع للبحث، مما قد يُعلم الدراسات المستقبلية أو التطبيقات العملية في المجال المعني.
المناقشة
تستعرض قسم المناقشة في الورقة البحثية النتائج من تجربة علف السمك التي أجريت لتقييم تأثيرات علف جديد غني بباكترس فيليزينس MT9 (BV-MT9) مقارنة بعلف التحكم (CTL) على سمك البلطي النيلي. تضمنت التجربة، التي أجريت على مدى 90 يومًا، مراقبة مقاييس النمو مثل معدل البقاء، وزيادة الكتلة الحيوية، ومعدل النمو المحدد (SGR)، وعامل الحالة (K). أظهرت كلا المجموعتين معدل بقاء 100%، لكن مجموعة CTL أظهرت زيادة أكبر في الكتلة الحيوية (81.47 غرام) وSGR (0.83%) مقارنة بمجموعة BV-MT9 (74.27 غرام و0.78%، على التوالي). ومع ذلك، كان عامل الحالة أعلى بشكل ملحوظ في مجموعة BV-MT9 (2.39) مقارنة بمجموعة CTL (2.10).
كشفت التحليلات الميكروبيولوجية عن اختلافات كبيرة في تجمعات البكتيريا بين المجموعتين. كانت عينات الماء من الأحواض التي تغذت على BV-MT9 تحتوي على تركيزات أقل من الكوليفورم الكلي (260.3 MPN/100 مل) مقارنة بالتحكم (2419.6 MPN/100 مل)، مع ظهور مستويات ضئيلة من E. coli وغياب السالمونيلا وغيرها من مسببات الأمراض في كلا المجموعتين. في الأمعاء، كانت كثافات الكوليفورم الكلي وE. coli منخفضة بشكل كبير في مجموعة BV-MT9 (70 MPN/100 غرام و30 MPN/100 غرام، على التوالي) مقارنة بمجموعة CTL (930 MPN/100 غرام و220 MPN/100 غرام). أشار تحليل الميكروبيوم المعوي إلى أن إضافة BV-MT9 عدلت الميكروبيوم المعوي، مما قلل من مسببات الأمراض الانتهازية مثل أيروموناس وفيربريو بينما زاد من البكتيريا المفيدة من شعبتي فيرمكوتيس وأكتينوبكتيريا. بشكل عام، تشير الدراسة إلى أن الإضافة الغذائية لـ B. فيليزينس MT9 يمكن أن تعزز صحة السمك من خلال إعادة تشكيل الميكروبيوم المعوي وتقليل البكتيريا المسببة للأمراض.
DOI: https://doi.org/10.1007/s00248-025-02531-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40310547
Publication Date: 2025-05-01
Author(s): Matteo Calcagnile et al.
Primary Topic: Aquaculture disease management and microbiota
Overview
This research investigates the potential of the probiotic strain Bacillus velezensis MT9 to enhance the intestinal microbiota of Nile tilapia (Oreochromis niloticus) when included in their diet. The study employs culture-based methods and 16S rRNA gene metabarcoding to analyze microbial community changes, revealing that B. velezensis MT9 significantly reduces opportunistic Gram-negative pathogens from the phylum Proteobacterium while increasing beneficial bacteria from the phyla Firmicutes and Actinobacteria. Notably, there is an increase in the relative abundance of the genus Romboutsia, known for its probiotic properties, and a decrease in harmful genera such as Aeromonas and Vibrio.
The findings suggest that probiotics like B. velezensis MT9 can effectively standardize beneficial effects in aquaculture, particularly in controlled environments. Comparative genomic analysis indicates that B. velezensis shares metabolic traits with other Bacillus species, potentially explaining its efficacy in modulating the intestinal microbiota. While the study meets several regulatory requirements for probiotics, including the absence of toxins and antibiotic resistance, further research is necessary to confirm the safety and efficacy of B. velezensis MT9 in aquaculture settings, including long-term stability and environmental impact assessments.
Introduction
The introduction of this research paper outlines the pressing challenge of feeding a projected global population of 9.7 billion by 2050, with an anticipated 88% increase in demand for animal proteins. Aquaculture is highlighted as a rapidly growing industry, expected to double by 2050, and is seen as a sustainable solution to meet food needs while improving environmental quality and the livelihoods of farmers. The Nile tilapia (Oreochromis niloticus) is identified as a key species in aquaculture due to its economic value, adaptability to various environments, and rapid growth. However, the high cost of feed, which constitutes over 50% of aquaculture operating expenses, necessitates the development of sustainable feeding practices.
The study focuses on the potential of the probiotic strain Bacillus velezensis MT9 to enhance the intestinal microbiota of Nile tilapia when included in live microorganism-enriched feed. Probiotics are recognized for their benefits in promoting growth, improving health, and modulating gut microbiota, thereby serving as a viable alternative to antibiotics in aquaculture. The research aims to characterize B. velezensis MT9 at the genomic level and assess its ability to positively influence tilapia microbiota while antagonizing pathogenic microorganisms. This investigation is crucial for establishing the strain’s suitability as a novel probiotic, contributing to the overall health and sustainability of tilapia aquaculture.
Methods
In this study, 150 Apulian naturalized Nile tilapia (Oreochromis niloticus) were sourced from Azienda Ittica Agricola Residence San Nazario srls in Italy. The fish, with a mean body weight of 41.5 ± 8.3 g, were acclimatized in controlled laboratory conditions (water temperature: 24 ± 1 °C; photoperiod: 12-h light/dark) for two weeks before being distributed into two glass tanks for the experiment. Following a 48-hour fasting period to reduce pre-existing bacteria, the fish were fed two different diets: a control feed and a treatment feed containing the bacterial strain Bacillus velezensis MT9.
The experimental diets were prepared by mixing a complete commercial feed (Veronesi CFW 4) with either sterile water or a bacterial suspension, achieving a final concentration of 10^6 CFU/g in the treatment diet. Both diets were formulated to be isoproteic (35% crude protein), isolipidic (10% crude fat), and isoenergetic, ensuring comparable nutritional profiles. The control diet was labeled as CTL, while the treatment diet containing B. velezensis MT9 was designated as BV-MT9. Bacterial survival in the feed was monitored through serial dilutions and plating on solid GYM medium, with both diets prepared weekly and stored under refrigeration until use.
Results
The “Results” section of the research paper presents key findings derived from the conducted experiments or analyses. It details the outcomes of various tests, highlighting significant trends and patterns observed in the data. The results are often accompanied by statistical analyses, which may include p-values, confidence intervals, or effect sizes, to substantiate the validity of the findings.
Additionally, the section may include visual representations such as graphs or tables that illustrate the relationships between variables or the impact of interventions. These visual aids serve to enhance the understanding of the results and facilitate comparisons across different conditions or groups. Overall, the findings contribute to the broader implications of the research, potentially informing future studies or practical applications in the relevant field.
Discussion
The discussion section of the research paper outlines the findings from a fish feed trial conducted to evaluate the effects of a new feed enriched with Bacillus velezensis MT9 (BV-MT9) compared to a control feed (CTL) on Nile tilapia. The trial, conducted over 90 days, involved monitoring growth metrics such as survival rate, biomass gain, specific growth rate (SGR), and condition factor (K). Both groups exhibited a 100% survival rate, but the CTL group showed a higher biomass gain (81.47 g) and SGR (0.83%) compared to the BV-MT9 group (74.27 g and 0.78%, respectively). However, the condition factor was significantly higher in the BV-MT9 group (2.39) than in the CTL group (2.10).
Microbiological analyses revealed significant differences in bacterial populations between the two groups. Water samples from tanks with BV-MT9-fed fish had lower concentrations of total coliforms (260.3 MPN/100 mL) compared to the control (2419.6 MPN/100 mL), with both groups showing negligible levels of E. coli and absence of Salmonella and other pathogens. In the intestines, total coliforms and E. coli densities were significantly reduced in the BV-MT9 group (70 MPN/100 g and 30 MPN/100 g, respectively) compared to the CTL group (930 MPN/100 g and 220 MPN/100 g). The gut microbiota analysis indicated that BV-MT9 supplementation modulated the intestinal microbiota, decreasing opportunistic pathogens like Aeromonas and Vibrio while increasing beneficial bacteria from the Firmicutes and Actinobacteria phyla. Overall, the study suggests that dietary supplementation with B. velezensis MT9 can enhance fish health by reshaping the gut microbiota and reducing pathogenic bacteria.