В лекции д-ра Тома Виклунда, заведующего лабораторией водной патобиологии, доцента кафедры патологии рыб Академии Або, Финляндия разбираются понятия патогена, болезни и вирулентности. Также эксперт углубленно рассматривает бактериальное заболевание вибриоз.
Содержание
Введение
В первой части я буду рассуждать о том, что такое болезнь, патогены и вирулентность, а после этого мы перейдем прямо к различным разновидностям болезней лососевых. Также в этой лекции мы поговорим о вибриозе. В дальнейшем продолжится разговор о фурункулезе, бактериальной почечной болезни и псевдомонозе. И далее будет рассказано о бактериальной холодноводной болезни, столбиковой болезни, иерсиниозе, Edwardsiella piscicida, гастроэнтерите радужной форели и риккетсиозе.
Большинство болезней вызваны бактериями и у них есть свое нарицательное название болезни. Например, сейчас продолжается эпидемия Covid. Болезнь называется «Covid — 19» (международное обозначение). Патоген, вызывающий Covid-19, называется SARS-CoV-2. То же и с бактериальными болезнями: есть название болезни и патоген, провоцирующий данную болезнь.
Кто такие лососевые рыбы? Всех лососевых, да и вообще рыб и животных, можно поделить на группы. Например, есть более 40.000 видов рыб: около 100 видов в Финляндии и около 1000 в РФ. И только 60-70 из них являются лососевыми. Лососевые принадлежат к семейству Salmonidae. И в семействе Salmonidae представлены разные виды. Например, атлантический лосось и форель принадлежат к роду Salmo и особь из этого рода — атлантический лосось Salmo salar. Есть род Oncorhynchus и особи тихоокеанский лосось и тихоокеанская форель. Радужная форель принадлежит к этому роду и ее научное название Oncorhynchus mykiss. Так же есть сиговые рыбы рода Coregonus, особь — обыкновенный сиг; научное название — Coregonus lavaretus. Эти три особи принадлежат к группе лососевых, и в основном, выращиваются в разных странах. В Финляндии выращиваются: радужная форель и обыкновенный сиг. А, например, в Норвегии, чаще всего, выращивается атлантический лосось и радужная форель, а не сиг обыкновенный.
Так же есть род Salvelinus, особями являются гольцы, которые даже выращиваются в Финляндии, но не так распространенно. И род Thymallus, особями являются хариусы (тоже выращиваются в Финляндии на некоторых фермах).
Болезнь
Определение болезни
Ну что ж, перейдем к болезням. Как мы определяем болезнь? Все мы знаем, когда мы болеем, то чувствуем себя не очень хорошо. Но с научной точки зрения мы должны определить понятие болезни более точным образом.
Если Вы хотите дать определение чему-либо очень точно, то чаще всего это очень длинное и развернутое понятие и обычному человеку сложно понять, что именно имеется ввиду. Но, тем не менее, болезнь — это совокупность аномальных явлений, демонстрируемых группой живых организмов (что-то неправильное) в связи с наличием у них указанной общей характеристикой или набора характеристик (одна или несколько), отличающих их от обыкновенных особей биологически невыгодным положением. Это значит, что они не могут конкурировать с обыкновенным животным, с рыбой.
Перейдем к инфекционным болезням. Инфекционная болезнь означает присутствие патогена в окружающей среде.
Когда мы говорим о вспышке инфекционного заболевания у популяции/конкретной особи, то она зависит от ряда факторов (которые служат причиной вспышки): статус хозяина (иммунологический, общий статус хозяина), вирулентность патогена и условия окружающей среды. Если все эти три фактора негативно воздействуют друг на друга, то в хозяине развивается болезнь. Много лет назад, ученый по имени Кох, назвал несколько постулатов. Один из них — это утверждение, которое заключается в том, что одна болезнь вызвана одним патогеном. В наши дни в некоторых болезнях обнаруживаются несколько патогенов. Например, сначала действует один патоген, а спустя время организм поражает еще один патоген.
Патоген
Что же такое патоген? Патогеном может быть бактерия, вирус, грибок или паразит. Именно они вызывают болезнь в хозяине. Мы называем патоген представителем, так как например вирусы не рассматриваются как животные.
Патоген может быть первичным, когда заражению подвергается здоровый хозяин, или вторичным, когда заражению подвергается особь с ослабленным иммунитетом, иммунная система которой не работает должным образом.
Патоген или микроб может вызывать болезнь или осложнение у хозяина. Патоген может наносить вред напрямую (патоген вырабатывает особые токсины и ферменты) или же косвенно — иммунной системой хозяина в ответ на внедрение паразита. Чаще всего в конце болезни хозяин умирает, так как многое зависит от иммунной системы, которая отреагировала на патоген слишком сильно.
Поговорим о вирулентности. Что такое вирулентность? Это относительная способность патогена наносить вред или вызывать инфекцию у хозяина. Высоковирулентный патоген наносит серьезный вред хозяину, а низковирулентный — незначительный урон, возможно повышение температуры тела, но не более того. Патогену нужно вырабатывать определённые компоненты, способствующие закреплению инфекции в организме хозяина.
Патоген вырабатывает:
- адгезин (связывает патоген с тканью хозяина, чтобы вызвать болезнь. Большинство патогенов прикрепляются к хозяину, но есть патогены, например у людей, Vibrio cholerae, который наносит вред кишечнику, но не прикреплен к хозяину, а просто там живет.
- инвазин (помогает патогену проникать в ткани и клетки хозяина. Патогену нужно прикрепиться и полностью попасть в хозяина, чтобы вызвать болезнь. Если он находится просто на поверхности, как на коже человека, например, то он не сможет вызвать болезнь).
- импедин (помогает патогену избежать защитных механизмов хозяина, так как иммунная система всегда пытается напасть на патоген, воспрепятствовать его проникновению в хозяина. Поэтому патоген вырабатывает эти вещества, помогающие ему проникать внутрь и вызывать болезнь).
- агрессин (наносит прямой вред хозяину, вырабатывая экзотоксины и ферменты)
- модулин (наносит косвенный вред хозяину).
Нам всегда нужно помнить, сравнивая человека и рыбу, что поверхность кожи человека является омертвевшей тканью и патогенам непросто проникнуть внутрь человеческого организма. А чешуя рыбы — это «живая» поверхность, на ней присутствуют живые клетки и если патоген прикрепляется и начинает вырабатывать токсины, то убивает клетки и легко проникает внутрь. Мы можем сравнить «живую поверхность» рыбы с человеческой ротовой полостью или с поверхностью кишечника.
Патогенные бактерии
Перейдем к бактериальным патогенам рыб. Здесь нам дано прогрессивное увеличение числа бактериальных токсинов, новых бактериальных видов в рыбных болезнях, распространённых по всему миру.
На сегодняшний день насчитывается около 150 различных видов бактерий, провоцирующих болезни у рыб, в мировом масштабе. Безусловно я не могу описать все различные виды этих бактерий, но я выбрал именно те виды бактерий, которые, в основном, вызывают болезни и встречаются в финских рыбных хозяйствах. Но, так же, возможно, и в российских рыбных хозяйствах. Есть определённые особенности, скажем так, которые видны во всех 150 видах патогенов бактерий и всего лишь несколько других анаэробных видов бактерий, характерных для рыбных болезней.
Почему всего лишь несколько видов анаэробных бактерий? Обычно, первая причина заключается в том, что мы не можем выделить анаэробную бактерию из рыбы, это непросто. Для это может потребоваться определённый инструмент. А вторая причина, что анаэробная бактерия не имеет возможности инфицировать рыбу в той же степени, в какой анаэробные бактерии инфицируют человека и других позвоночных. И следующий вопрос: есть ли рыбные болезни, вызванные более чем одним бактериальным патогеном, которые заражают рыбу спонтанно или последовательно.
Есть определенные признаки, указывающие на последовательно заражение. Первое: сначала у нас есть один патоген, одна болезнь (например вирус), а после, спустя некоторое время, появляется и проникает второй патоген. Что мы видим? Неужели появляется все больше и больше бактерий, которые являются некультивированными (памятка: НФ-некультивированная форма микроорганизмов, которая в ответ на действие неблагоприятных факторов прекращают рост на питательных средах, но сохраняют жизнеспособность и ждут улучшений условий)? Это значит, что мы не можем извлечь эту бактерию из искусственной среды, я рассказывал об этом в предыдущей лекции. В этой лекции я расскажу Вам о бактерии, которую нельзя вырастить в искусственной среде.
Бактериальный инфекционный процесс у рыб
Если рассуждать о бактериальном процессе в рыбе, то до конца неизвестно, каким образом бактерия заражает рыбу. Представим, что у нас есть рыба и есть бактерия, присутствующая в окружающей среде.
Итак, чтобы инфицировать рыбу, бактерия должна прикрепится к «кожным покровам» рыбы, к ее слизистой (бокаловидным клеткам) и к эпителию (к жабрам). И внизу справа у нас есть картинка рыбных «кожных покровов» где красным обозначены бокаловидные клетки, которые выделяют слизь.
Все мы знаем, что на ощупь рыба очень скользкая. Это из-за наличия слизи на ее поверхности. Слизь содержит в себе часть иммунной системы, различные ее параметры (иммунной системы). Так же она перехватывает вирусы и бактерии, которые после отслаиваются с поверхности. Слизистая является важным фактором, позволяющим избавиться от бактерии. Повторим, бактерии нужно прикрепиться к слизистой, а после проникнуть внутрь и прикрепиться к эпителию и окончательно закрепиться на кожных покровах, на жабрах и в кишечнике. Найти «очаг инфекции» в рыбе. Некоторые бактерии могут проходить сквозь бокаловидные клетки сразу во внутренности рыбы. Это позволяет преодолеть механизмы иммунной системы и спровоцировать системную инфекцию во внутренних органах. Впоследствии рыба может умереть.
Происхождение и передача патогенов
В чем заключается происхождение и передача патогенов? В этом случае мы можем сказать, что все бактериальные патогены, вызывающие заболевания выращиваемой в хозяйствах рыбы, изначально происходят из окружающей среды. Когда рыба заражена и проникает в хозяйство, происходит определённая эволюция, которая постоянно меняется.
Происходят мутации, влияющие на патогены или изменяющие геном патогена. Патоген адаптируется к хозяину-рыбе и к выращиваемой рыбе. Большинство патогенов которых мы изолируем из выращиваемой рыбы, могут быть изолированы и из дикой рыбы. Мы можем найти тот же патоген, но чаще всего, в дикой рыбе он немного отличается, например, разные серотипы. Некоторые отличия могут быть несущественными, а некоторые — значительными, когда мы говорим о сравнении выращиваемых и диких рыб. Все зависит от патогена.
Бактериальные болезни лососевых
Перейдем к бактериальным болезнями лососевых. В предыдущей лекции мы разговаривали о грамположительных и грамотрицательных бактериях. Сначала я расскажу о грамотрицательных бактериях.
Есть различные семейства бактерий. Вибрионы (Vibrionaceae) с патогеном Vibrio anguillarum или так же называющийся Listonella anguillarum. Аэромонады (Aeromonaaceae) и патогены Aeromonas salmonicida и aeromonas hydrophila. В лекции, я расскажу Вам только об Aeromonas salmonicida. Также Псевдомонозы и патоген Pseudomonas anguilliseptica. Энтеробактерии (Enterobacteriaceae) с патогенами Yersenia ruckeri и Edwardsiella piscicida. Помимо этого, имеется Cytophaga-Flavobacterium-Flexibacter grupp (я расскажу Вам о Flavobacterium psycrophilum и Flavobacterium columnare). И, конечно, Pisciricketsia. Хочу заметить, что Pisciricketsia это патоген, которого нет в Финляндии, но может быть в России.
Теперь к грамположительным бактериям. Это коринебактерии (патоген Renibacterium salmoninarum), а также стафилококки и стрептококки, которые вызывают болезни в рыбных хозяйствах Южной Европы, как пример. Но в рыбных хозяйствах Финляндии нет этих болезней.
Взглянем на диаграмму болезней финских рыбных хозяйств с 1989 года по 2005 год. Внизу, в начале строки, Вы сможете увидеть две основные болезни, которые сопровождались мощными вспышками. На оси Y у нас число эпидемических вспышек, а на оси X — годы. Разными цветами обозначены различные болезни: вибриоз, фурункулез, Flavobacterium psycrophilum, Flavobacterium columnare, бактериальные болезни почек и два вируса: VHS — вирусная геморрагическая септицемия и IPN — инфекционный панкреонекроз.
Как Вы видите, из бактериальных инфекций преимущественно вибриоз и фурункулез. И довольно частые вспышки, 20/30/40 до 60 эпидемических вспышек в год. И внезапно в 90-х годах, количество вспышек этих двух бактериальный инфекций начало снижаться. Что же случилось в середине 90-х? Мы провели вакцинацию. Рыбу начали вакцинировать против инфекционных болезней вибриоза и фурункулеза. Благодаря вакцинации, количество болезней резко сократилось.
Если мы взглянем на табличку ниже, 2000–2008 год, то все болезни + еще добавленная Yersenia B2 (второго типа), в частности вибриоз и фурункулез практически исчезли. Уже нет таких больших проблем, которые провоцировали эти болезни ранее. Вместо этого приходит инфекции Flavobacterium. Мы можем увидеть количество растущих вспышек, вызванных Flavobacterium psycrophilum и Flavobacterium columnare.
На диаграмме 2015–2019 годов можно увидеть, что Flavobacterium psycrophilum и Flavobacterium columnare являются основными болезнями эпидемических вспышек. И если Вы повнимательнее посмотрите на слайд, то увидите такие болезни как BKD (бактериальная почечная болезнь), RTGE (гастроэнтерит радужной форели). Вибриоз происходит, в некоторых случаях, от 1 до 5 раз в год. Так же появляются Yersenia rucckeri B1 и Yersenia ruckeri B2, Pseudomonas anguilliseptica. И вирусная болезнь: IPN (инфекционный панкреонекроз), так же проблематичная для нас, около 20-40 эпидемических вспышек в году.
Вибриоз
Перейдем непосредственно к болезням. Начнем с вибриоза. Вибриоз обуславливается бактерией из рода Vibrio, Vibrio sp. Вибриоз, в основном, считается системной бактериальной инфекцией и есть разные патогены, провоцирующие болезнь. Бактерии вида Vibrio, Aliivibrio и Photobacterium. Чаще всего встречается у морских и выращиваемых морских видов рыбы. Первые записи об эпидемических вспышках, зафиксированных у рыб, датируются 1700–1800 годами.
Эта болезнь уже давно занимает прочное место в нашем мире. Патоген Vibrio anguillarum получил свое название благодаря шведскому ученому Бергману в 1909 году. Сам патоген был выделен из угря, в начале 1900-х годов. Впоследствии Vibrio был изолирован из диких угрей, трески, сайды и т. д. Вибриоз современных рыбных особей вызван несколькими видами бактерий.
Видов вибриозных бактерий насчитывается довольно-таки много: V. anguillarum, V. ordalii, V. vulnificus, V. salmonicida (которая сейчас называется Aliivibrio salmonicida), V. alginolyticus, V. harveyi, V. parahaemolyticus, V. ponticus. Также Photobacterium damselae подвид damseale и V. mimicus (представлен в пресных водах). Все остальные виды представлены морской окружающей среде: соленой воде, морской или солоноватой воде. И некоторые из этих видов бактерий являются вирулентными для человека, например V. parahaemolyticus. Иногда так же V. alginolyticus и V. vulnificus.
И только V. anguillarum вызывает эпидемические вспышки в Финляндии, хотя периодически изолируются и другие виды. Большинство рыб из рыбных хозяйств, вакцинированы против V. anguillarum в Финляндии. Из графика на слайде Вы можете увидеть вспышки вибриоза, но они не значительны, от 1 до 5 в год. Иногда заводчики считают, что сейчас уже нет эпидимечиских вспышек, вызванных вибриозом. Может быть болезни уже нет, она исчезла (слова фермеров, которые не хотят тратится на вакцинацию). Я не беру в пример вакцинированных рыб, так как они всегда стоят дороже. Поэтому они заявляют: «Давайте попробуем не вакцинировать рыбу». Но чаще всего, почти сразу же возникает эпидемическая вспышка вибриоза, потому что бактерия вибриоза всегда присутствует в окружающей среде. Эти вспышки так же могут быть вызваны благодаря различным серотипами (V. anguillarum) или из-за других видов вибрионов.
Факторы риска вибриоза:
- химический стресс, рацион питания (диета), качество воды, загрязнение.
- физический стресс (соленость воды и температура). Соленость внезапно может становится выше или ниже, а изменения в температуре происходить довольно быстро.
- перенаселение (скученность) рыб, когда их становится слишком много в сети
- стресс во время транспортировки и обработки. Когда рыб очень много или идет ручная транспортировка (повтор), то происходит истирание эпидермиса. Когда есть истирание, а это повреждение на поверхности, то это место является легкодоступным для внутреннего проникновения бактерии и зарождения инфекции в рыбе.
Vibrio anguillarum поражает свыше 50 различных видов морских рыб в регионах с умеренным климатом. Некоторые штаммы вибриоза могут быть специфичными для определённых видов рыб: различных видов лососевых, я рассказывал также что вибриоз может заражат угрей, палтуса, аю (Япония), морского леща, морского окуня, атлантическую треску и атлантического палтуса.
Что же особенного в Vibrio anguillarum и в ее различных серотипах? Vibrio anguillarum короткая грамотрицательная подвижная палочка. На сегодняшний день известны 23 серотипа — О1, О2, О3 и так до О23. Но только 3 из них, О1, О2, О3 являются патогенами для выращиваемых рыб, остальные виды находят, преимущественно, в дикой рыбе.
О1 и О2 вирулентны для лососевых, а О3 инфицирует выращиваемых угрей, рыбу аю (Япония) и так же атлантического лосося, но только в Чили, что является необычным открытием для нас. Серотипы определяются, основываясь на ЛПС (липополисахаридах). Об этом я уже рассказывал в предыдущей лекции. Поверхность грамотрицательной бактерии имеет карбогидраты. И именно эти карбогидраты определяют, какого серотипа будет бактерия. Может быть, это будут карбогидраты серотипа О2, может карбогидраты серотипа О1. Когда вы вакцинируете рыбу, то она вырабатывает антитела против карбогидратов бактерии. Антитела против карбогидратов серотипа О1 не распознаются карбогидратами серотипа О2. Для того чтобы улучшить вакцину, в наши дни вакцина включает в себя серотипы О1 и О2.
Признаки заболевания
Посмотрим на признаки болезни инфицированной рыбы. Vibrio anguillarum как правило, поражает атлантического лосося и радужную форель в течение первого года обитания в море. Чем больше становиться рыба, тем более редко поражается Vibrio anguillarum.
Клинические симптомы вспышки заболевания рыбы зависят от острой, подострой или хронической формы. У острой формы мало клинических признаков. У подострой, которая вызывает классический вибриоз, имеет определённые признаки: признаки летаргии (рыба двигается очень медленно, вдоль сетки. Когда Вы подходите на близкое расстояние, то нет никакой попытки «побега»), присутствуют образования язв кожных покровов, кровотечения, плавниковая гниль, очаги поражения, увеличение внутренних органов (на верхней картинке мы видим очень сильно увеличенную селезенку). У рыбы могут быть признаки в виде помутнения глаз и экзофтальмии (когда глаза выпирают наружу из головы — «вытаращенные глаза»).
Как же передается бактерия Vibrio anguillarum? Через воду, иногда посредством заражения икры рыбами-производителями. Это касается в основном рыб, у которых выводок из икры вылупляется в морской воде. Это не касается лососевых, где рыба вылупляется в пресной воде. Vibrio anguillarum в пресной воде не встречается, или очень-очень редко. Бактерия может выживать в соленой воде в культивированной форме более чем один год. Например, у нас есть зараженная рыба. Из нее бактерия может выйти наружу и выживать в окружающей среде, недалеко от рыбных хозяйств, от нескольких месяцев до срока более года.
Как же бактерия Vibrio anguillarum проникает в рыбу? Пути проникновения не ясны до конца. Но, предположительно, вторжение через жабры и эпидермальные порезы, я говорил об этом, или через заглатывание (когда бактерия попадает в желудок и кишечник рыбы вместе с водой, а оттуда уже во внутренности рыбы). Бактерия так же может проникать через участки поверхности, потерявшей слизь. Когда слизи нет, то это как дверь для бактерии, позволяющая попасть внутрь рыбы.
Контроль вибриоза
Про иммуностимуляторы, вакцинацию, антибиотки и пробиотики будет рассказано в отдельной лекции.
Есть так же, своего рода, биоконтролирующие агенты. Например, бактериофаги продемонстрировали эффективность не только против Vibrio anguillarum, но также и против V. harveyi, V. vulnificus, V. parahaemolyticus. В предыдущей лекции я рассказывал Вам о «чувстве кворума», когда бактерии используют молекулы, для того чтобы вызвать болезнь. И это было исследовано на примере Vibrio anguillarum, каким образом можно подавить «чувство кворума». Исследование находится на стадии эксперимента и пока не используется в коммерческих целях, но я почти уверен, что этот вид контроля будет вскоре использоваться в ближайшем будущем.
Управление рыбным хозяйством обязано предотвращать проникновение и распространение Vibrio на рыбоводных хозяйствах, путем поддержания надлежащих санитарных условий и применения методики управления, сокращения стрессовых факторов, выращивания здоровых мальков в питомниках. Все мальки из питомников, которые используется для выращивания лососевых берутся из пресной воды, а мы уже знаем, что в пресной воде Vibrio отсутствует.
И интересная тема о выращивании рыбы с резистентностью к заболеванию. Конечно, работа должна проводиться непосредственно питомником или научно-исследовательским учреждением. Требуется общий план и программа. Мы знаем, что резистентность варьируется, в зависимости, от конкретной группы рыбы. Какие-то виды более устойчивы к болезням, чем другие. Но, к сожалению, чаще всего, в странах используют только один вид. И было бы очень здорово для некоторых стран, если у вас будут разные особи одного и того же вида рыб и попытаться найти как эти разные виды рыб по-разному устойчивы к различным болезням.
Необходимы знания о наследственной изменчивости на уровне стада рыб и понимание генетических маркеров рыбы. Пока что стада рыб с резистентностью недоступны, а поэтому не изучены.
Д-р Том Виклунд, заведующий лабораторией водной патобиологии, доцент кафедры патологии рыб Академии Або, Финляндия. Лекция проведена в рамках курса «Бактериальные болезни лососевых рыб»
