DOI: https://doi.org/10.3389/fmars.2024.1455905
تاريخ النشر: 2024-09-26
المؤلف: Silvana Rahayu وآخرون
الموضوع الرئيسي: إدارة الأمراض في تربية الأحياء المائية والميكروبيوتا
نظرة عامة
تقدم الزيادة في الطلب على إنتاج الاستزراع المائي العديد من التحديات، بما في ذلك إدارة الأمراض، وتحسين السلالات، والتحكم في جودة المياه. لقد ظهرت البروبيوتيك كبديل واعد للمضادات الحيوية وغيرها من العلاجات الكيميائية، حيث تقدم فوائد مثل تعزيز مقاومة الأمراض، وتحسين الهضم، ونمو أفضل وتكاثر في الحيوانات المائية. لقد أظهر استخدام البروبيوتيك غير الغازية وغير المسببة للأمراض، خاصةً بالاشتراك مع مواد غذائية بديلة، إمكانات كبيرة لتحسين صحة واستدامة الاستزراع المائي، خاصة في الصين. تشمل سلالات البروبيوتيك الملحوظة التي تم تحديدها في الصين البكتيريا التركيبية الضوئية، والبكتيريا المضادة، وبكتيريا حمض اللبنيك، التي تساهم في توفير العناصر الغذائية وتعزيز جودة المياه.
على الرغم من الطبيعة التجريبية للبحث الحالي حول البروبيوتيك في الاستزراع المائي، هناك حاجة ملحة لدراسات منهجية لفهم آليات عملها وآثارها السلبية المحتملة. هذا الفهم ضروري للاختيار الفعال وتطبيق البروبيوتيك لمكافحة الأمراض، مثل تلك التي تسببها *Vibrio alginolyticus*، والتي تؤثر بشكل كبير على إنتاجية الاستزراع المائي. من المتوقع أن تستكشف الأبحاث المستقبلية في الصين سلالات بروبيوتيك متنوعة وتطبيقاتها عبر مختلف القطاعات، بما في ذلك صحة الإنسان والزراعة، مع معالجة القضايا الصحية المحددة داخل السكان الصينيين. يتماشى دمج البروبيوتيك في ممارسات الاستزراع المائي مع الجهود العالمية للاستدامة، مما يبرز أهمية البحث الابتكاري لتعظيم فوائد البروبيوتيك في تعزيز صحة وإنتاجية الحيوانات المائية.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على النمو الكبير في الاستزراع المائي للأسماك على مستوى العالم، الذي ارتفع إلى 82 مليون طن بقيمة 250 مليار دولار أمريكي في عام 2018، مما يمثل زيادة كبيرة من أقل من مليون طن في أوائل الخمسينيات. ارتفعت حصة الاستزراع المائي من الإنتاج العالمي للأسماك من 25.7% في عام 2000 إلى 46% في عام 2018، مما يعكس معدل استهلاك يتجاوز نمو السكان العالمي. لمعالجة الطلب المتزايد على الأسماك، تعتبر التقدمات في ممارسات الاستزراع المائي، خاصة من خلال تطبيق البروبيوتيك، ضرورية. البروبيوتيك، التي تُعرف بأنها ميكروبات مفيدة تعزز صحة المضيف، قد أظهرت تحسينًا في التغذية، وكفاءة العلف، ومقاومة الأمراض في الأنواع المائية.
تناقش الورقة أيضًا التحديات التي تواجه قطاع الاستزراع المائي، بما في ذلك تفشي الأمراض، التي تتفاقم بسبب الاستخدام الواسع للمضادات الحيوية—المتوقع أن يرتفع من 99,502 طن في عام 2020 إلى 107,472 طن بحلول عام 2030. لقد أدى الاعتماد على المضادات الحيوية إلى زيادة مقاومة الميكروبات، مما يشكل مخاطر كبيرة على كل من الاستزراع المائي والصحة العامة. بالمقابل، تقدم البروبيوتيك نهجًا متعدد الأبعاد لتعزيز صحة الأسماك والتخفيف من الأمراض دون المساهمة في المقاومة. توضح المقدمة طرقًا مختلفة لإدارة البروبيوتيك في الاستزراع المائي وتؤكد على إمكاناتها في تعزيز الممارسات المستدامة وتحسين الصحة العامة للكائنات المائية، مما يدعم استدامة الصناعة في المستقبل.
نقاش
تؤكد قسم النقاش في ورقة البحث على الدور الحاسم لكل من التقييمات في المختبر وفي الكائن الحي في اختيار وفعالية البروبيوتيك للاستزراع المائي. تُستخدم اختبارات التثبيط في المختبر عادةً لتحديد سلالات البروبيوتيك المحتملة، مثل أنواع مختلفة من بكتيريا Bacillus، التي أظهرت وعدًا في تثبيط مسببات الأمراض. ومع ذلك، يحذر المؤلفون من أن نتائج المختبر لا تتنبأ دائمًا بالفعالية في الكائن الحي، كما يتضح من التأثيرات المختلفة لبكتيريا Pseudomonas fluorescens في أنواع الأسماك المختلفة. تشمل العوامل الرئيسية للبروبيوتيك الفعالة أصل السلالة، والسلامة، والبقاء في الجهاز الهضمي، والقدرة على الالتصاق بخلايا الأمعاء، والتي تساهم مجتمعة في تثبيط مسببات الأمراض وتعزيز استجابة المناعة لدى المضيف.
تعتبر التقييمات في الكائن الحي ضرورية لتقييم الفوائد الفعلية للبروبيوتيك داخل بيئة المضيف، حيث يمكن أن تعزز النمو، وتعزز وظيفة المناعة، وتحسن الهضم. آليات عمل البروبيوتيك متعددة الأبعاد، وتشمل الاستبعاد التنافسي لمسببات الأمراض، وإنتاج المركبات المضادة للميكروبات، وتعديل نظام المناعة لدى المضيف. كما تسلط الورقة الضوء على أهمية اختيار البروبيوتيك المستمدة من البيئات المائية الطبيعية أو الكائنات المضيفة لضمان التوافق والفعالية. بشكل عام، تؤكد النتائج على إمكانات البروبيوتيك لتحسين صحة وإنتاجية الأنواع المائية، مع الإشارة أيضًا إلى الحاجة إلى مزيد من البحث لتوضيح الآليات المحددة وتحسين تطبيقها في الاستزراع المائي.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmars.2024.1455905
Publication Date: 2024-09-26
Author(s): Silvana Rahayu et al.
Primary Topic: Aquaculture disease management and microbiota
Overview
The increasing demand for aquaculture production presents several challenges, including disease management, broodstock improvement, and water quality control. Probiotics have emerged as a promising alternative to antibiotics and other chemotherapeutics, offering benefits such as enhanced disease resistance, improved digestion, and better growth and reproduction in aquatic animals. The use of non-invasive and non-pathogenic probiotics, particularly in conjunction with alternative dietary materials, has shown significant potential for improving the health and sustainability of aquaculture, especially in China. Notable probiotic strains identified in China include photosynthetic bacteria, antagonistic bacteria, and lactic acid bacteria, which contribute to nutrient provision and water quality enhancement.
Despite the empirical nature of current research on probiotics in aquaculture, there is a pressing need for systematic studies to understand their mechanisms of action and potential adverse effects. This understanding is crucial for the effective selection and application of probiotics to combat diseases, such as those caused by *Vibrio alginolyticus*, which significantly impact aquaculture productivity. Future research in China is poised to explore diverse probiotic strains and their applications across various sectors, including human health and agriculture, while also addressing specific health concerns within the Chinese population. The integration of probiotics into aquaculture practices aligns with global sustainability efforts, emphasizing the importance of innovative research to maximize the benefits of probiotics in enhancing aquatic animal health and productivity.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significant growth of global fish aquaculture, which surged to 82 million tons valued at USD 250 billion in 2018, marking a substantial increase from less than 1 million tons in the early 1950s. Aquaculture’s share of global fish production rose from 25.7% in 2000 to 46% in 2018, reflecting a consumption rate that outpaces global population growth. To address the escalating demand for fish, advancements in aquaculture practices, particularly through the application of probiotics, are deemed essential. Probiotics, defined as beneficial microorganisms that enhance host health, have been shown to improve nutrition, feed efficiency, and disease resistance in aquatic species.
The paper also discusses the challenges faced by the aquaculture sector, including disease outbreaks, which are exacerbated by the extensive use of antibiotics—projected to rise from 99,502 tons in 2020 to 107,472 tons by 2030. This reliance on antibiotics has led to increased antimicrobial resistance, posing significant risks to both aquaculture and public health. In contrast, probiotics offer a multifaceted approach to enhancing fish health and mitigating disease without contributing to resistance. The introduction outlines various methods for administering probiotics in aquaculture and emphasizes their potential in promoting sustainable practices and improving the overall health of aquatic organisms, thereby supporting the industry’s future viability.
Discussion
The discussion section of the research paper emphasizes the critical role of both in vitro and in vivo evaluations in the selection and effectiveness of probiotics for aquaculture. In vitro antagonism tests are commonly employed to identify potential probiotic strains, such as various Bacillus species, which have shown promise in inhibiting pathogens. However, the authors caution that in vitro results do not always predict in vivo efficacy, as demonstrated by the differing effects of Pseudomonas fluorescens in various fish species. Key factors for effective probiotics include strain origin, safety, gastrointestinal survival, and the ability to adhere to intestinal cells, which collectively contribute to pathogen inhibition and enhanced host immune responses.
In vivo evaluations are essential for assessing the actual benefits of probiotics within the host environment, where they can promote growth, enhance immune function, and improve digestion. The mechanisms of action for probiotics are multifaceted, involving competitive exclusion of pathogens, production of antimicrobial compounds, and modulation of the host’s immune system. The paper also highlights the importance of selecting probiotics derived from natural aquatic environments or host organisms to ensure compatibility and effectiveness. Overall, the findings underscore the potential of probiotics to improve the health and productivity of aquatic species, while also noting the need for further research to clarify the specific mechanisms and optimize their application in aquaculture.