DOI: https://doi.org/10.1186/s12866-025-04232-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40908496
تاريخ النشر: 2025-09-05
المؤلف: Lamiaa A. Okasha وآخرون
الموضوع الرئيسي: إدارة الأمراض في تربية الأحياء المائية والميكروبيوتا
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في تأثير الزراعة المتعددة الأنواع من سمك السلور المخطط (Pangasianodon hypothalamus) والبلطي النيلي على معدلات الإصابة بـ Edwardsiella tarda، وفاعلية المضادات الحيوية، وبقايا المضادات الحيوية. وجدت الدراسة أن سمك السلور المخطط أظهر قابلية أكبر للإصابة بـ E. tarda مقارنة بالبلطي النيلي، خاصة في البيئات متعددة الأنواع، حيث حدثت العدوى المشتركة حصريًا في سمك السلور المخطط. أظهرت العزلات من سمك السلور المخطط جرعة قاتلة (LD50) أقل بكثير من تلك الموجودة في البلطي النيلي، مما يشير إلى شدة أكبر. بالإضافة إلى ذلك، كانت جميع العزلات حساسة للسيبروفلوكساسين والفلورفينيكول لكنها أظهرت مستويات عالية من مقاومة متعددة للأدوية (MDR)، مع مؤشرات تتجاوز 0.2 لمعظم السلالات.
كشف تحليل جودة المياه عن مستويات مرتفعة من مركبات الأمونيا في مزرعة سمك السلور المخطط الأحادية، والتي ارتبطت بمعدلات إصابة أعلى. أظهرت التجارب التجريبية أن كلا النوعين من الأسماك عانا من زيادة في معدلات الوفيات وإعادة العزل لـ E. tarda عند درجات حرارة مياه أعلى (33 درجة مئوية) مقارنة بالدرجات المنخفضة (25 درجة مئوية). ومن الجدير بالذكر أنه على الرغم من زيادة معدلات الإصابة عند درجات الحرارة المرتفعة، كانت بقايا السيبروفلوكساسين في الأنسجة الكبدية منخفضة عبر كلا النوعين. تؤكد النتائج على الضعف المتزايد لسمك السلور المخطط تجاه E. tarda في أنظمة الزراعة المتعددة الأنواع وتأثير درجة حرارة المياه على ديناميات الإصابة وبقايا المضادات الحيوية.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على الدور الهام لزراعة الأحياء المائية في إنتاج الأسماك العالمي، حيث تعتبر مصر من المساهمين الرئيسيين، خاصة من خلال زراعة البلطي النيلي. في عام 2021، أنتجت مصر حوالي 1.57 مليون طن من منتجات الأحياء المائية، حيث تمثل محافظة كفر الشيخ حوالي نصف الإنتاج الوطني. تشمل الأنواع الرئيسية المزروعة البلطي النيلي (Oreochromis niloticus)، الذي يشكل 67% من الحصاد، بشكل أساسي في أنظمة شبه مكثفة. ومع ذلك، أدت زيادة ممارسات الأحياء المائية إلى مخاوف بيئية، بما في ذلك تراكم المنتجات النفايات وظهور الأمراض المعدية، وخاصة الإدواردسيلا الناتجة عن البكتيريا Edwardsiella tarda.
تهدف الدراسة إلى التحقيق في تداعيات إدخال سمك السلور المخطط (Pangasianodon hypothalamus) إلى أنظمة الأحياء المائية القائمة، خاصة قدرته على تفاقم إصابات E. tarda بين البلطي النيلي. كما تتناول البحث الاستخدام الواسع للمضادات الحيوية في الأحياء المائية، مما ساهم في تطوير بكتيريا مقاومة للمضادات الحيوية، مما يشكل مخاطر على صحة الأسماك وسلامة الإنسان. يتضمن التصميم التجريبي تقييم تأثيرات درجات حرارة المياه المختلفة (25 درجة مئوية و33 درجة مئوية) على معدلات إصابة E. tarda وفاعلية علاج السيبروفلوكساسين، إلى جانب مراقبة بقايا المضادات الحيوية في أنسجة الكبد لكلا النوعين من الأسماك. يبرز هذا العمل الحاجة إلى استراتيجيات فعالة لإدارة الأمراض وأهمية فهم التأثيرات البيئية لإدخال الأنواع في بيئات الأحياء المائية.
الطرق
في هذه الدراسة، بحث المؤلفون في قدرة *Edwardsiella tarda* على التسبب في الأمراض في البلطي النيلي وسمك السلور المخطط من خلال عدوى تجريبية محكومة. تم تكييف ما مجموعه 280 سمكة (140 من كل نوع) في أحواض مائية عند درجتين مختلفتين من الحرارة (25 درجة مئوية و33 درجة مئوية). تم حقن ثلاثين سمكة من كل نوع داخل الصفاق بمحلول من *E. tarda* يحتوي على الجرعة القاتلة (LD50) لسلالات محددة، بينما تلقت مجموعة التحكم محلول ملحي عادي. تم مراقبة معدلات الوفيات على مدى 14 يومًا، حيث تم فحص الأسماك الميتة للكشف عن وجود *E. tarda* باستخدام طرق PCR.
بالنسبة لعلاج المضادات الحيوية، تم إعطاء الأسماك السيبروفلوكساسين بجرعة 10 ملغ/كغ من وزن الجسم يوميًا، مختلطًا مع كريات العلف. حافظت الظروف التجريبية على معايير مياه مستقرة، بما في ذلك الملوحة، والأكسجين المذاب، ودرجة الحموضة، بينما تم الحفاظ على مستويات الأمونيا أقل من 0.2 ملغ/لتر من خلال تغييرات المياه المنتظمة. تم قياس بقايا السيبروفلوكساسين في الأنسجة الكبدية باستخدام الكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء (HPLC)، بعد بروتوكول استخراج مفصل يتضمن الأسيتونيتريل والطرد المركزي. كانت هذه المنهجية تهدف إلى تقييم كل من فاعلية علاج المضادات الحيوية والمواد المتبقية في أنسجة الأسماك.
النتائج
في هذه الدراسة، تم التحقيق في شدة المرض ومقاومة المضادات الحيوية لأربع عزلات من *Edwardsiella tarda* من البلطي النيلي وسمك السلور المخطط. أظهرت العزلات أنماطًا مميزة من الجينات gyrB1 وجينات الشدة، حيث كانت السلالة LAMSH1 تفتقر إلى الجينات الثلاثة للشدة (cds1، pvsA، qseC) التي تم تحليلها. ومن الجدير بالذكر أن LAMAH3، المعزولة من البلطي النيلي، تحتوي على qseC وcds1، بينما كانت pvsA حصرية لـ LAMAH2 من سمك السلور المخطط. أشار التحليل الجيني إلى وجود صلة وراثية بين LAMAH2 وLAMAH3، بينما تم تجميع LAMSH1 وLAMAH4 معًا، حيث أظهرا شدة منخفضة وقيم LD50 منخفضة.
كشف اختبار حساسية المضادات الحيوية أن جميع السلالات كانت حساسة للسيبروفلوكساسين والفلورفينيكول، لكنها أظهرت مقاومة لعدة مضادات حيوية، مع مؤشرات مقاومة متعددة للأدوية (MDR) أكبر من 0.2 لـ LAMSH1 وLAMAH2 وLAMAH3. أظهرت التقييمات البيئية عدم وجود اختلافات كبيرة في المعايير الفيزيائية للمياه عبر المزارع، على الرغم من أن التحليلات الكيميائية أشارت إلى مستويات مرتفعة من الأمونيا في المزرعة 2. أظهرت الأسماك التي تعرضت للعزلات عند درجات حرارة متفاوتة (25 درجة مئوية و33 درجة مئوية) معدلات وفيات ونسب إعادة عزل مختلفة، مع ملاحظات أعلى عند 33 درجة مئوية. ومن الجدير بالذكر أن بقايا السيبروفلوكساسين كانت أقل في الأسماك المعرضة لدرجات حرارة أعلى، حيث أظهرت البلطي النيلي بقايا أعلى من سمك السلور المخطط، بغض النظر عن ظروف الحرارة.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تحديد أربع عزلات من *Edwardsiella tarda* من البلطي النيلي (*Oreochromis niloticus*) وسمك السلور المخطط (*Pangasianodon hypothalamus*) في ثلاث مزارع سمكية في شمال مصر، حيث تراوحت معدلات الوفيات من 10 إلى 50 حالة وفاة يوميًا. كانت معدلات العزل مرتفعة بشكل ملحوظ، حيث كانت 35 من أصل 60 بلطي نيلي وجميع 60 سمكة سلور مخطط إيجابية للمرض. يرتبط وجود *E. tarda* بالضغوط البيئية، مثل درجات حرارة المياه المرتفعة ومستويات المواد العضوية المرتفعة، مما يسهل العدوى من خلال طرق مختلفة، بما في ذلك الخياشيم والجلد. أكدت الدراسة أيضًا على شدة العزلات من خلال الكشف عن جينات محددة، بما في ذلك gyrB1 وcds1 وqseC وpvsA، مما يشير إلى وجود ملف جيني متنوع بين السلالات.
كشفت النتائج أن سمك السلور المخطط أظهر قابلية أكبر للإصابة بـ *E. tarda*، كما يتضح من الجرعات القاتلة (LD50) المنخفضة مقارنة بالبلطي النيلي. علاوة على ذلك، أظهرت العزلات مقاومة متعددة للأدوية (MDR) لعدة مضادات حيوية، على الرغم من أنها ظلت حساسة للسيبروفلوكساسين والفلورفينيكول. أشارت تقييمات جودة المياه إلى مستويات عالية من النيتروجين الكلي للأمونيا (TAN) والنيتريت والنيترات، خاصة في مزرعة سمك السلور المخطط الأحادية، مما قد يسهم في انتشار العدوى البكتيرية. تسلط الدراسة الضوء على التفاعل المعقد بين ممارسات الأحياء المائية والظروف البيئية وظهور بكتيريا مقاومة للمضادات الحيوية، مما يشير إلى أن الأبحاث المستقبلية يجب أن تستكشف تأثير الملوثات على شدة البكتيريا وصحة الأسماك.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12866-025-04232-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40908496
Publication Date: 2025-09-05
Author(s): Lamiaa A. Okasha et al.
Primary Topic: Aquaculture disease management and microbiota
Overview
This research investigates the impact of polyculture farming of striped catfish (Pangasianodon hypothalamus) and Nile tilapia on the infection rates of Edwardsiella tarda, antibiotic efficacy, and antibiotic residues. The study found that striped catfish exhibited a higher susceptibility to E. tarda compared to Nile tilapia, particularly in polyculture settings, with co-infection occurring exclusively in striped catfish. The isolates from striped catfish demonstrated a significantly lower lethal dose (LD50) than those from Nile tilapia, indicating a greater virulence. Additionally, all isolates were sensitive to ciprofloxacin and florfenicol but showed high levels of multi-drug resistance (MDR), with indices exceeding 0.2 for most strains.
Water quality analysis revealed elevated levels of ammonia compounds in the monoculture striped catfish farm, which correlated with higher infection rates. Experimental trials indicated that both fish species experienced increased mortality and re-isolation rates of E. tarda at higher water temperatures (33 °C) compared to lower temperatures (25 °C). Notably, despite the increased infection rates at elevated temperatures, ciprofloxacin residues in the hepatic tissues were low across both species. The findings underscore the heightened vulnerability of striped catfish to E. tarda in polyculture systems and the influence of water temperature on infection dynamics and antibiotic residues.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the significant role of aquaculture in global fish production, with Egypt being a major contributor, particularly through Nile tilapia farming. In 2021, Egypt produced approximately 1.57 million tons of aquaculture products, with Kafrelsheikh governorate accounting for about half of the national output. The predominant species cultivated include Nile tilapia (Oreochromis niloticus), which constitutes 67% of the harvest, primarily in semi-intensive systems. However, the intensification of aquaculture practices has led to environmental concerns, including the accumulation of waste products and the emergence of infectious diseases, notably Edwardsiellosis caused by the bacterium Edwardsiella tarda.
The study aims to investigate the implications of introducing striped catfish (Pangasianodon hypothalamus) into existing aquaculture systems, particularly its potential to exacerbate E. tarda infections among Nile tilapia. The research also addresses the widespread use of antibiotics in aquaculture, which has contributed to the development of antibiotic-resistant bacteria, posing risks to both fish health and human safety. The experimental design involves assessing the effects of different water temperatures (25 °C and 33 °C) on E. tarda infection rates and the efficacy of ciprofloxacin treatment, alongside monitoring antibiotic residues in the liver tissues of both fish species. This work underscores the need for effective disease management strategies and the importance of understanding the ecological impacts of species introduction in aquaculture settings.
Methods
In this study, the authors investigated the pathogenicity of *Edwardsiella tarda* in Nile tilapia and striped catfish through a controlled experimental infection. A total of 280 fish (140 of each species) were acclimated in aquaria at two different temperatures (25°C and 33°C). Thirty fish from each species were intraperitoneally injected with a solution of *E. tarda* containing the lethal dose (LD50) of specific strains, while a control group received normal saline. Mortality rates were monitored over 14 days, with dead fish being examined for the presence of *E. tarda* using PCR methods.
For antibiotic treatment, fish were administered ciprofloxacin at a dosage of 10 mg/kg body weight per day, mixed with feed pellets. The experimental conditions maintained stable water parameters, including salinity, dissolved oxygen, and pH, while ammonia levels were kept below 0.2 mg/L through regular water changes. Residual ciprofloxacin in hepatic tissues was quantified using high-performance liquid chromatography (HPLC), following a detailed extraction protocol involving acetonitrile and centrifugation. This methodology aimed to assess both the efficacy of the antibiotic treatment and the potential residues in fish tissues.
Results
In this study, the virulence and antibiotic resistance of four *Edwardsiella tarda* isolates from Nile tilapia and striped catfish were investigated. The isolates exhibited distinct patterns of gyrB1 and virulence genes, with strain LAMSH1 lacking the three virulence genes (cds1, pvsA, qseC) analyzed. Notably, LAMAH3, isolated from Nile tilapia, contained qseC and cds1, while pvsA was exclusive to LAMAH2 from striped catfish. Phylogenetic analysis indicated genetic relatedness between LAMAH2 and LAMAH3, while LAMSH1 and LAMAH4 were grouped together, both displaying low virulence and low LD50 values.
Antibiotic sensitivity testing revealed that all strains were susceptible to ciprofloxacin and florfenicol, yet exhibited resistance to multiple antibiotics, with multidrug resistance (MDR) indices greater than 0.2 for LAMSH1, LAMAH2, and LAMAH3. Environmental assessments showed no significant differences in physical water parameters across farms, although chemical analyses indicated elevated ammonia levels in Farm 2. Fish challenged with the isolates at varying temperatures (25 °C and 33 °C) demonstrated differing mortality rates and re-isolation percentages, with higher rates observed at 33 °C. Notably, ciprofloxacin residues were lower in fish exposed to higher temperatures, with Nile tilapia exhibiting higher residues than striped catfish, regardless of temperature conditions.
Discussion
In this study, four isolates of *Edwardsiella tarda* were identified from Nile tilapia (*Oreochromis niloticus*) and striped catfish (*Pangasianodon hypothalamus*) in three fish farms in northern Egypt, where mortality rates ranged from 10 to 50 deaths per day. The isolation rates were notably high, with 35 out of 60 Nile tilapia and all 60 striped catfish testing positive for the pathogen. The presence of *E. tarda* is linked to environmental stressors, such as high water temperatures and elevated organic matter levels, which facilitate infections through various routes, including gills and skin. The study also confirmed the virulence of the isolates through the detection of specific genes, including gyrB1, cds1, qseC, and pvsA, indicating a diverse genetic profile among the strains.
The findings revealed that striped catfish exhibited greater susceptibility to *E. tarda*, evidenced by lower lethal doses (LD50) compared to Nile tilapia. Furthermore, the isolates demonstrated multi-drug resistance (MDR) to several antibiotics, although they remained sensitive to ciprofloxacin and florfenicol. Water quality assessments indicated high levels of total ammonia nitrogen (TAN), nitrite, and nitrate, particularly in the monoculture farm of striped catfish, which may contribute to the prevalence of bacterial infections. The study highlights the complex interplay between aquaculture practices, environmental conditions, and the emergence of antibiotic-resistant bacteria, suggesting that future research should explore the impacts of pollutants on bacterial virulence and fish health.