door Maxime Hugonin en Stéphane Fruel, MiXscience, Frankrijk

Alomtegenwoordige antimicrobiële activiteit van een nieuw voeradditief tegen verschillende pathogenen in aquacultuurteeltsystemen

Als potentiële eiwitbron van morgen, voor een bevolking die altijd groeit, de aquacultuursector staat voor verschillende uitdagingen. Om aan de vraag te voldoen, de opbrengstproductie moet worden gemaximaliseerd. Op deze manier, boeren verhogen altijd hun veebezetting, gaande van intensieve cultuur naar superintensieve, wat leidt tot het verschijnen en verspreiden van nieuwe pathogenen met een vermenigvuldiging van ziekte-uitbraken.

De eerste mensen die door deze problemen worden getroffen, zijn de boeren. Deze pathogene druk heeft een aanzienlijke invloed op de economie van de landbouw. De belangrijkste oplossing voor dit probleem blijft het gebruik van antibiotica, dankzij hun gemakkelijke gebruik in curatieve behandelingen en hun zichtbare en snelle effecten. Helaas, het gebruik en misbruik van chemicaliën leidt tot bezorgdheid over de volksgezondheid, vanwege antibioticaresistentie, en nadelige effecten op het milieu. Vervolgens, deze remedie draagt ​​bij aan het slechte imago van de aquacultuurproductie en veroorzaakt verschuivingen in de publieke opinie.

Actieve onderzoeken zijn aan de gang in hun harde werk om alternatieven te verkennen. Dit artikel doet verslag van het gebruik van een natuurlijk fytogeen, op basis van speciaal geselecteerde plantenextracten, om een ​​breed spectrum van pathogenen in aquacultuursystemen te beheersen. Het verhaal van het product begon vanuit een laboratorium, geassocieerd met RID-onderzoeken, en eindigde in het veld op grotere en commerciële schaal. Dus, de antimicrobiële effecten van dit fytogeen zijn zowel in vitro als in vivo onderzocht, die een robuuste en pragmatische feedback geeft over de voordelen ervan.

Werkingsmechanismen

Het brede spectrum van de antimicrobiële activiteit van dit toevoegingsmiddel is gebaseerd op bepaalde werkingsmechanismen met gemeenschappelijke doelen onder pathogenen:de eiwitten. De antimicrobiële eigenschappen van deze fytogene stof worden geleverd door Sulphur Organic Compounds (SOC's) uit Alliaceae-extracten. De Alliaceae-familie omvat 13 geslachten en 600 soorten. Belangrijkste vertegenwoordigers zijn ui, knoflook, prei, sjalotten en bieslook.

Sommige onderzoeken brengen de mogelijkheid naar voren dat, in biologische systemen, SOC's kunnen zeer snel doordringen in verschillende compartimenten van de cellen waar ze hun biologische effecten uitoefenen. Afhankelijk van de ziekteverwekker, er zijn verschillende manieren waarop SOC's cellen kunnen binnendringen (zie figuur 1)

Door hun lage molecuulgewicht, SOC's kunnen door verschillende processen gemakkelijk diffunderen in het interne volume van blaasjes, in het cytoplasma van bacteriën, (Gram – of Gram +), of in virussen. Dat is het geval in Gram – waar de peptidoglycaanlaag klein is.

SOC's geven de fytogene antibacteriële eigenschappen, door verschillende interacties met celverbindingen. Eenmaal in de cel, SOC's combineren met bepaalde eiwitten om fixatie te veranderen en thiolfuncties te ontwrichten, bevat in disulfidebruggen die betrokken zijn bij de structuur van eiwitten en enzymen. Zonder hun 3D-conformatie, de gedenatureerde eiwitten zijn niet meer functioneel, (zie figuur 2).

Onder de gewijzigde functies, genexpressie, energetisch metabolisme en eiwitsynthese zijn enkele bijbehorende functies, waarvan de wijziging leidt tot een globale storing van de cel, tot zijn uiteindelijke apoptose en dan de dood van de ziekteverwekker, (zie figuur 3).

Voor bacteriën, SOC's lijken zich te richten op meerdere routes, waaronder de modulatie van enzymactiviteiten (bijv. glutathion-S-transferase, betrokken bij verschillende vitale paden), de remming van DNA-enzymen (gyrase, polymerase), de aandoening van de intrinsieke route voor apoptotische celdood en celcyclusmachines. SOC's kunnen ook de synthese van polyaminen blokkeren, evenals cellulaire microtubuli verstoren (die het cytoskelet en de mitotische spoel in cellen vormen), gevraagd voor celdeling.

De antiproliferatieve en antimicrobiële effecten van SOC-verbindingen lijken verband te houden met de inductie van celapoptose, als gevolg van de wijziging van pathogene cellen.

Voor virussen, SOC's zullen het eiwit van hun capside veranderen. Zonder de genoombescherming die door deze eiwitomhulling wordt geboden, de virussen zullen op hetzelfde model sterven als apoptose van microbiële cellen.

Productpotentieel:een evaluatie met drie schalen

In vitro, de werkzaamheid van het product is geëvalueerd door middel van tests met minimale remmende concentratie (MIC) en minimale bacteriedodende concentratie (MBC).

Met behulp van microverdunningsmethoden, het groeiremmende effect van het fytogene middel tegen een breed scala aan pathogenen, uit zeewater- en zoetwateraquacultuursystemen, is vergeleken met MIC van natuurlijke extracten waarvan bekend is dat ze een hoog antimicrobieel potentieel hebben, zoals carvacrol, van oregano- en tijmolie, citral, geïsoleerd uit citrusolie en eugenol, van kruidnagelolie.

Bovendien, om het werkelijke potentieel van dit product als alternatief voor antibiotica te evalueren, MIC en MBC werden vergeleken met gangbare antibiotica die in de aquacultuur worden gebruikt (oxytetracycline, erytromycine en enrofloxacine).

In vitro-resultaten gaven aan dat dit toevoegingsmiddel een brede bacteriedodende werking vertoonde, omdat het een hoge efficiëntie vertoonde tegen zowel grampositieve als gramnegatieve bacteriën. In aanvulling, het vertoonde de sterkste antimicrobiële activiteit, in vergelijking met producten in natura. De experimentele fytogene stof vertoonde de laagste MIC van 16 tot 125 ppm versus 32 tot 250 ppm voor carvacrol, 64 tegen 1, 000 ppm voor citral en 64 tot 2000 ppm voor eugenol (zie tabel 1).

Het vertoonde ook een minimale remmende en bacteriedodende concentratie in dezelfde orde van grootte (minder dan één logeenheid verschil) dan geteste antibiotica (tabel 2).

Op basis van deze veelbelovende onderzoeken het product werd vervolgens toegepast in challenge-proeven.

De in vivo laboratoriumproeven zijn uitgevoerd op verschillende soorten:zoetwatervissen (zeebaars), warmwatervissen (Tilapia) en zeegarnalen (White Leg Shrimp) die zijn uitgedaagd voor verschillende pathogenen in een preventief gebruiksprotocol van het product.

Om te beginnen met, dieren zijn geacclimatiseerd in de experimentele toestand (van één tot vier weken), alvorens continu met het experimentele voer te worden gevoerd, die de fytogene, bij een concentratie van 1-2 kg/ton voer (zie figuur 4).

Na een periode van drie of vier weken, volgens de soort, de vissen en de garnalen zijn uitgedaagd met de geselecteerde ziekteverwekker en gevoed met het product gedurende ten minste twee weken na de uitdaging. Vervolgens werd overleving waargenomen (zie figuur 5).

De resultaten weergegeven in figuur 5 laten duidelijk een significante verbetering van de overleving zien (ANOVA p<0,05), ongeacht gekweekte soorten en bijbehorende pathogenen (bacteriën of virussen). Het gebruik van het fytogene middel verhoogde de overlevingskans van garnalen met 54 procent tegen Vibrio Parahaemolyticus, en 52 procent tegen het witte vlek syndroom, de twee belangrijkste ziekten waarmee de industrie wordt geconfronteerd.

bij vissen, zelfs als de resultaten iets minder indrukwekkend zijn (vanwege het bestaande immuunsysteem voor vissen en een lager sterftecijfer voor bestrijding), ze zijn nog steeds belangrijk, en de sterftevermindering kan ook een betrouwbare economische winst betekenen met een overlevingstoename van 18 procent voor zeebaars tegen Pasteurella en 19 tot 12 procent voor tilapia tegen Streptococcus en Francissella, respectievelijk.

Tijdens onderzoeksproeven, de significante resultaten bevestigden het antimicrobiële effect van het fytogeen dat op laboratoriumschaal werd waargenomen. Om deze voordelen zeker te valideren, een laatste maar zeker niet minste stap is gezet:proeven onder reële landbouwomstandigheden.

Commerciële veldweegschaal

Het effect van het fytogeen werd getest onder commerciële landbouwomstandigheden voor twee soorten in Vietnam, (garnalen en tilapia), en in Turkije voor zeebrasem en zeebaars. Voor deze laatste vissen, er zijn vijf onderzoeken uitgevoerd om de effecten van het fytogene middel op de ziektebestrijding te evalueren, willekeurig ontmoet onder natuurlijke omstandigheden, en vergelijk ze met antibiotica". Vissen hebben te maken gehad met Vibriosis, Flexibacteriose of parasitaire infecties (zie tabel 3). interessant, het gebruik van het product bij 5 kg/ton voer, gedurende 20 dagen na het verschijnen van de eerste symptomen, leiden tot een volledige beheersing van de ziekte (minstens zo efficiënt als antibiotica) en een totaal herstel met een terugkeer naar de oorspronkelijke metabolische toestand van de dieren.

Voor tilapia in kooien, het fytogeen werd tijdelijk toegediend in een ziektebestrijdingsdosering van 4 kg/ton voer gedurende 14 dagen na het ontstaan ​​van een streptokokkeninfectie. Het werd toegepast op hetzelfde bedrag, voor een duur van 35 dagen, in garnalen gekweekt in buitenvijvers na het verschijnen van Vibriosis. Antimicrobieel effect van het fytogene middel werd bevestigd, onder landbouwomstandigheden, waar het de resistentie van tilapia en garnalen significant ondersteunde (ANOVA p <0,05) wanneer het werd uitgedaagd met Streptococcus spp. en Vibrio spp. respectievelijk (zie figuren 6 en 7).

We concludeerden dat dit nieuwe voeradditief een efficiënte bestrijding biedt tegen een verscheidenheid aan pathogenen en kan worden beschouwd als een holistische en natuurlijke benadering om het gebruik van antibiotica in aquacultuursystemen te verminderen. Proefgegevens toonden ook de werkzaamheid van het functionele additief om ziekte-uitbraken tegen te gaan en om betrouwbare groeiprestaties en bedrijfswinst te behouden.

Bovendien, dit nieuwe fytogeen kan in een breed scala van omstandigheden worden toegepast, ofwel continu als een profylactisch middel, of tijdens bepaalde kritieke perioden als curatief middel. De optimale toepassingsduur is ten minste 14 dagen vóór een bekende kritieke periode, of na het eerste optreden van ziektesymptomen.

Onlangs, de productefficiëntie werd uitgebreid naar nieuwe soorten tegen nieuwe pathogenen:Rickettsia (Salmonid RickettsialSepticaemia) in Chili. Grootschalig gebruik van het product heeft voordelen opgeleverd, in termen van overlevingspercentage, en dan economie rendement van de investering.

Er zijn ook nieuwe proeven uitgevoerd tegen het verwoestende en opkomende Tilapia-meervirus (TiLV) en positieve resultaten zijn bevestigd onder veldomstandigheden. In Vietnam, van 219 garnalenvijvers van 219 vijvers die de fytogene, 75 procent vertoonde geen sterfte en slechts 15 procent vertoonde sterfte als gevolg van EMS, 4 procent als gevolg van WSSD en slechts 2 procent witte ontlasting syndroom.

Het succesverhaal gaat door, we moeten de vaart erin houden!

Figuur 1:( Hieronder) Aard van mogelijke manieren om SOC's in de cel te penetreren

Figuur 2: (Rechtsboven) Denaturatie van microbiële eiwitten door fixatie van SOC's op disulfidebruggen

Figuur 3: (Rechtsonder) Functionele metabole veranderingen door SOC's in het fytogene

Figuur 4: Preventief producttoepassingsprotocol voor in vivo laboratoriumproeven voor drie geteste aquacultuursoorten

Figuur 5: Algehele effect van het fytogeen op de uiteindelijke overleving (controle vs preventieve dosering)

Figuur 6: Curatief effect van fytogeen op tilapia na challenge met streptokokken

Afbeelding 7: Curatief effect van fytogeen op garnalen na Vibriosis-uitdaging