DOI: https://doi.org/10.3389/fmars.2024.1495373
تاريخ النشر: 2025-01-10
المؤلف: Ingvill Tolås وآخرون
الموضوع الرئيسي: إدارة الأمراض في تربية الأحياء المائية والميكروبيوتا
نظرة عامة
تلعب الميكروبيوتا المعوية (GM) دورًا حاسمًا في صحة الأسماك وأمراضها، على الرغم من أن الأبحاث في هذا المجال أقل تطورًا مقارنة بالثدييات. لقد مكنت التقدمات الأخيرة في التقنيات الجزيئية، وخاصة تسلسل 16S rRNA، من تحقيق توصيف أكثر تفصيلاً لميكروبيوتا الأسماك، التي تتكون من بكتيريا سكانية مقيمة وأخرى عابرة. تتأثر تركيبة وتنوع هذه المجتمعات الميكروبية بشكل كبير بالعوامل الغذائية. يمكن أن تؤدي الأنظمة الغذائية الغنية بالبروتين، وخاصة تلك التي تتضمن مصادر بروتين بديلة مثل بروتينات النباتات والحشرات، إلى تغيير تركيبة الميكروبيوتا، مما يعزز البكتيريا المفيدة مثل *Cetobacterium*. بالإضافة إلى ذلك، يؤثر تناول الدهون على الأيض الميكروبي وإنتاج الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة (SCFA)، بينما قد تؤدي الكربوهيدرات الزائدة إلى تعطيل توازن الميكروبيوتا، مما يؤدي إلى حالات مثل التهاب الأمعاء.
لقد أظهرت الإضافات الغذائية، بما في ذلك البروبيوتيك، والبربيوتيك، والمضادات الحيوية، أنها قادرة على تعديل الميكروبيوتا بشكل فعال. يمكن أن تعزز البروبيوتيك وظيفة المناعة والنمو، بينما تعزز البربيوتيك تجمعات البكتيريا المفيدة. على النقيض من ذلك، يمكن أن تؤثر المضادات الحيوية، على الرغم من فعاليتها ضد مسببات الأمراض، سلبًا على تنوع الميكروبات وتساهم في مقاومة المضادات الحيوية. تلعب العوامل البيئية، مثل درجة الحرارة، والملوحة، والتلوث، أيضًا دورًا كبيرًا في تشكيل الميكروبيوتا، حيث تؤدي درجات الحرارة المرتفعة وتحولات الملوحة إلى تغيير التركيبة الميكروبية وتقديم الملوثات سمومًا ضارة. علاوة على ذلك، يمكن أن يؤدي الضغط والعدوى المسببة للأمراض إلى عدم استقرار الميكروبيوتا، مما يفضل غالبًا البكتيريا المسببة للأمراض. تتواصل الميكروبيوتا مع المضيف من خلال المستقلبات مثل SCFAs، وأحماض الصفراء، والناقلات العصبية، التي تنظم عمليات فسيولوجية متنوعة، بما في ذلك الشهية، وأيض الطاقة، والاستجابات المناعية. على الرغم من هذه الرؤى، هناك حاجة إلى مزيد من البحث لفهم الآليات النوعية المحددة لتفاعلات الميكروبيوتا-المضيف، والآثار البيئية لتنوع الميكروبيوتا، وتطبيقاتها المحتملة في تربية الأحياء المائية لتعزيز صحة الأسماك وأدائها.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على القدرة الكبيرة على التكيف والسمات التطورية لأنواع الأسماك، وخاصة الأسماك العظمية، التي تشكل ما يقرب من نصف جميع الفقاريات. يُعزى هذا التكيف جزئيًا إلى أحداث تكرار الجينات، لا سيما الثالث في الأسماك العظمية والرابع في السلمونيات، مما يسهل العمليات التطورية مثل التخصص الفرعي والتخصص الجديد للجينات. بالإضافة إلى ذلك، يبرز التفاعل بين الأسماك والميكروبات المرتبطة بها – البكتيريا، والخمائر، والفطريات، والفيروسات – أهمية فهم الميكروبيوتا فيما يتعلق بفسيولوجيا الأسماك.
تعتبر الميكروبيوتا المعوية (GM) للأسماك العظمية، التي تقيم بشكل أساسي في الجهاز الهضمي، ضرورية للعديد من الوظائف الفسيولوجية، بما في ذلك المناعة، والهضم، والعمليات الأيضية. على الرغم من وجود دراسات أقل عن الميكروبيوتا في الأسماك مقارنة بالثدييات، فإن نمو صناعة تربية الأحياء المائية والتقدم في أبحاث الميكروبيوم قد أثار اهتمامًا متجددًا في هذا المجال. يُظهر تنظيم الميكروبيوتا أنه يؤثر بشكل كبير على رفاهية المضيف، والنمو، ومقاومة الأمراض، مما يجعله موضوعًا حيويًا لتحسين ممارسات تربية الأحياء المائية. تهدف هذه المراجعة إلى استكشاف كيفية تأثير عوامل مثل النظام الغذائي، والضغط، والظروف البيئية على الميكروبيوتا، بالإضافة إلى آثار الإشارات الميكروبية على فسيولوجيا المضيف.
مناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على تقسيم الميكروبيوتا المعوية (GM) في الأسماك، مع التركيز على أدوار البكتيريا المقيمة والعابرة. تلعب الميكروبيوتا المقيمة، التي هي بكتيريا مقيمة، دورًا حاسمًا في تطوير المضيف والمناعة، وغالبًا ما تتأسس خلال الحياة المبكرة وتزداد تنوعًا مع نضوج الأسماك. على النقيض من ذلك، تكون البكتيريا العابرة عابرة وعادة لا تستعمر الأمعاء في الظروف العادية. يتم توضيح استقرار الميكروبيوتا المقيمة من خلال النتائج في سمكة الدنيس، حيث أثرت التغيرات الغذائية على التجمعات العابرة ولكن ليس على التجمعات المقيمة. تتأثر تركيبة الميكروبيوتا بعدة عوامل، بما في ذلك درجة الحموضة، وإنزيمات المضيف، وتوافر المغذيات، مما يجعل من الصعب تحديد التأثيرات الفردية لهذه المتغيرات.
تؤثر مكونات النظام الغذائي بشكل كبير على الميكروبيوتا، حيث تؤثر البروتينات، والدهون، والكربوهيدرات كل منها بشكل مميز. على سبيل المثال، يؤدي استبدال وجبة السمك بمصادر بروتين بديلة، مثل البروتينات النباتية أو وجبات الحشرات، إلى تغيير تنوع الميكروبات وتركيبتها، مما يفضل غالبًا البكتيريا المفيدة بينما يثبط السلالات المسببة للأمراض. تلعب الدهون أيضًا دورًا، حيث تؤثر الأنواع المختلفة على نمو الميكروبات وأيضها بشكل متنوع. يمكن أن تعزز الكربوهيدرات، وخاصة الألياف، تنوع الميكروبيوتا ولكن قد تؤدي أيضًا إلى نتائج سلبية عند تضمينها بكميات زائدة. تناقش الورقة أيضًا إمكانية استخدام البروبيوتيك والبربيوتيك لتعديل الميكروبيوتا بشكل إيجابي، مما يعزز صحة الأسماك وأيض المغذيات. بشكل عام، تؤكد النتائج على العلاقة المعقدة بين النظام الغذائي، والميكروبيوتا المعوية، وصحة الأسماك، مما يبرز الحاجة إلى استراتيجيات غذائية مخصصة في تربية الأحياء المائية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmars.2024.1495373
Publication Date: 2025-01-10
Author(s): Ingvill Tolås et al.
Primary Topic: Aquaculture disease management and microbiota
Overview
The gastrointestinal microbiota (GM) plays a crucial role in the health and disease of fish, although research in this area is less developed compared to mammals. Recent advancements in molecular techniques, particularly 16S rRNA sequencing, have enabled a more detailed characterization of fish GM, which consists of both resident autochthonous and transient allochthonous bacteria. The composition and diversity of these microbial communities are significantly influenced by dietary factors. High-protein diets, especially those incorporating alternative protein sources like plant and insect proteins, can alter GM composition, enhancing beneficial bacteria such as *Cetobacterium*. Additionally, lipid intake affects microbial metabolism and short-chain fatty acid (SCFA) production, while excessive carbohydrates may disrupt GM balance, leading to conditions like enteritis.
Dietary additives, including probiotics, prebiotics, and antibiotics, have been shown to modulate GM effectively. Probiotics can enhance immune function and growth, while prebiotics promote beneficial bacterial populations. Conversely, antibiotics, while effective against pathogens, can negatively impact microbial diversity and contribute to antibiotic resistance. Environmental factors, such as temperature, salinity, and pollution, also play a significant role in shaping GM, with elevated temperatures and salinity shifts altering microbial composition and pollutants introducing harmful toxins. Furthermore, stress and pathogen infections can destabilize GM, often favoring pathogenic bacteria. The GM communicates with the host through metabolites like SCFAs, bile acids, and neurotransmitters, which regulate various physiological processes, including appetite, energy metabolism, and immune responses. Despite these insights, further research is necessary to understand the species-specific mechanisms of GM-host interactions, the ecological implications of GM diversity, and its potential applications in aquaculture to enhance fish health and performance.
Introduction
The introduction highlights the significant adaptability and evolutionary traits of fish species, particularly teleosts, which constitute nearly half of all vertebrates. This adaptability is partially attributed to gene duplication events, notably the third in teleosts and the fourth in salmonids, which facilitate evolutionary processes such as sub-functionalization and neo-functionalization of genes. Additionally, the interplay between fish and their associated microorganisms—bacteria, yeast, fungi, and viruses—underscores the importance of understanding the microbiota in relation to fish physiology.
The gut microbiota (GM) of teleost fish, residing primarily in the gastrointestinal tract, is crucial for various physiological functions, including immunity, digestion, and metabolic processes. Despite fewer studies on fish GM compared to mammals, the growth of the aquaculture industry and advancements in microbiome research have sparked renewed interest in this area. The regulation of GM is shown to significantly influence host welfare, growth, and disease resistance, making it a vital topic for optimizing aquaculture practices. This review aims to explore how factors such as diet, stress, and environmental conditions impact the GM, as well as the implications of microbial signaling on host physiology.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the compartmentalization of gut microbiota (GM) in fish, emphasizing the roles of autochthonous and allochthonous bacteria. Autochthonous microbiota, which are resident bacteria, play a critical role in host development and immunity, often establishing during early life and increasing in diversity as the fish mature. In contrast, allochthonous bacteria are transient and typically do not colonize the gut under normal conditions. The stability of the autochthonous microbiota is illustrated by findings in gilthead seabream, where dietary changes impacted allochthonous but not autochthonous populations. The composition of the GM is influenced by various factors, including pH, host enzymes, and nutrient availability, making it complex to ascertain the individual effects of these variables.
Dietary components significantly affect the GM, with proteins, lipids, and carbohydrates each exerting distinct influences. For instance, the replacement of fishmeal with alternative protein sources, such as plant-based proteins or insect meals, alters microbial diversity and composition, often favoring beneficial bacteria while suppressing pathogenic strains. Lipids also play a role, with different types affecting microbial growth and metabolism variably. Carbohydrates, particularly fibers, can enhance GM diversity but may also lead to negative outcomes when included in excess. The paper also discusses the potential of probiotics and prebiotics to modulate the GM positively, enhancing fish health and nutrient metabolism. Overall, the findings underscore the intricate relationship between diet, gut microbiota, and fish health, highlighting the need for tailored dietary strategies in aquaculture.