Заключительная лекция Тома Виклунда, заведующего лабораторией водной патобиологии, доцента кафедры патологии рыб Академии Або, Финляндия посвящена иммуностимуляции и пробиотикам. В ходе лекции эксперт познакомит с ключевыми определениями и механизмами развития бактериальных инфекций, различными составами препаратов, а также, как иммуностимуляция и пробиотики влияют на конкретные бактериальные заболевания рыб.
Содержание
Иммуностимуляция
Иммуностимуляция представляет собой процесс активного повышения защитных функций организма с целью повышения его устойчивости к инфекционным агентам. В контексте рыбоводства альтернативным подходом профилактики заболеваний является использование иммуностимуляторов, которые способствуют усилению врожденного иммунитета — неспецифической защитной системы организма. Это первая линия защиты от патогенов. Врожденный иммунитет очень важен для рыбы. Существует много разных механизмов, которые включает в себя неспецифический иммунитет.
Иммуностимуляторы
Иммуностимуляторы — вещества, стимулирующие иммунную систему путем ее активации или повышения активности какого-либо из ее компонентов. Иммуностимуляторы значительно улучшают показатели роста, выживаемости и резистентности к заболеванию у выращиваемых организмов. Иммунностимуляция была предложена в связи с применением адъювантов в вакцинах, так как было зафиксировано, что адъюванты стимулируют врожденный или неспецифический иммунный ответ для того, чтобы усилить адаптивный или специфический ответ. Использование адъювантов могло бы улучшить неспецифический иммунный ответ. Есть различные типы иммуностимуляторов, таких как полисахариды (добываются из бактерий), грибковые, питательные факторы, синтетические химические вещества, экстракты животного/растительного происхождения/водорослей.
Полисахариды присутствуют в растениях, животных и микробах. Их добавляют в пруды путем инъекций или, чаще всего, в качестве кормовой добавки. Это основной вариант подачи. Самый широко используемый полисахарид — это бета-глюкан. Бета-глюканы могут быть обнаружены в клеточной стенке бактерий, дрожжей, а также в зерновых, водорослях и грибах. Но чаще всего используются изолированные из дрожжей бета-глюканы.
Подтверждено влияние бета-глюканов на иммунный ответ, включая выработку окислительных радикалов и супероксидного аниона у активированных микрофагов. Бета-глюканы активируют фагоциты у рыб, улучшая фагоцитоз и способность клеток уничтожать патогенные организмы. Также они усиливают лизоцимную и комплементарную активность.
Бета-глюканы продемонстрировали благотворный эффект среди различных видов рыб: атлантического лосося, радужной форели, карпа кои и зеркального карпа. На данный момент глюканы, как правило, вводятся в коммерческий рыбий корм. Но бета-глюкан также получают для использования человеком. Он может быть обнаружен в составе различных масел, которые мы используем.
Также используются другие полисахариды, такие как хитозан — тип полисахарида, выделяемый у морских животных: креветок, крабов, ракообразных и моллюсков. Является биоразлагаемым, нетоксичным и безопасным. Основная функция, выполняемая в аквакультуре, — это подавление роста морских патогенов и улучшение иммунитета морских организмов, и усиление резистентности к заболеванию. Также для улучшения показателей роста морских организмов. И в конце концов для очищения воды. Хитозан используется в аквакультуре повсеместно.
В общем можно сказать, что полисахариды все шире и шире применяются в аквакультуре. Но Вы должны уделять особое внимание негативным последствиям, связанным с выбором дозировки, времени и схемы применения полисахаридов. Время и дозировка очень важны. Сначала изучите, как их правильно использовать.
Также есть и другая группа: экстракты растений и водорослей. Исследования иммуностимуляции различными экстрактами растений и водорослей многочисленны. В период с 2014 по 2020 годов было изучено как минимум 130 различных видов составов на основе трав. Эти экстракты растений и водорослей включают в себя травы, пряности, морские водоросли, традиционные китайские лечебные травы, а также коммерческие продукты растительного происхождения. Были изучены способности по улучшению темпа роста, усилении иммунной системы и противомикробной активности, например снижение уровня воспроизведения клеток, предотвращение окислительных повреждений, стимуляция аппетита и устойчивость к стрессу.
Эти компоненты действуют против широкого спектра патогенов. Вводятся перорально, однако эффект зависит от дозировки, и риск передозировки всегда присутствует. Сообщалось о трудностях при практическом применении. Должно быть исследовано детально: как, в каких дозах нужно использовать и на протяжении какого времени вводятся дозировки. Эффект также зависит от вида рыбы. Для каждого вида необходимо оптимизировать дозировку и схему введения, причем для каждого вида рыбы отдельно.
Не хватает однозначной информации, каков точный способ действия иммуностимуляторов на системный иммунитет и иммунную систему слизистых оболочек. Это до сих пор не изучено детально. Растения и водоросли состоят из разных соединений, таких как фенольные, полифенольные, алкалоидные, хиноидные, терпеноидные, лектиновые, полисахаридные, алкалоидные, флавоноидные и полипептидные соединения. Это могут быть разные виды активностей в борьбе с бактериальными патогенами. На практике, надо изучать, каким образом они работают. Натуральные терапевтические кормовые добавки медицинского назначения подлежат строгому законодательному регулированию в большинстве стран, особенно в Европейском союзе. В рамках нормативных требований запрещается свободное включение в состав таких добавок компонентов животного происхождения, используемых для потребления человеком, без предварительного получения соответствующего разрешения.
Некоторые препараты доступны и находятся в коммерческом применении. Например, эргосан содержит экстракт на основе макроводорослей Laminaria digitata и Ascophyllum nodosum. Выявлено, что эргосан способствует ускорению темпов роста у радужной форели, повышению иммунной ферментативной активности (лизоцимная активность), выработке высокой антибактериальной активности в борьбе с патогеном в организме рыбы, таким как Yersinia ruckeri. Активизации основных иммунных компонентов слизи радужной форели, включенных в работу неспецифического иммунитета, были улучшены. Сегодня эргосан входит в состав некоторых коммерческих кормов для рыбы.
Витамины играют ключевую роль в обеспечении нормального функционирования клеточных процессов, а также в росте и развитии морских организмов. Их дефицит может привести к серьезным нарушениям здоровья рыб и снижению их продуктивности. Например, в Финляндии зафиксированы случаи, когда из-за нарушения содержания витамина С в коммерческих кормах возникли значительные проблемы с состоянием рыбы, что подчеркнуло важность правильного баланса витаминов в рационе водных организмов.
Витамины должны поступать из рациона. Недостаточное поступление витаминов приводит к снижению ферментативной активности, ухудшению здоровья, плохому росту, снижению выживаемости, повышению уязвимости по отношению к инфекциям и заболеваниям, а также появлению симптомов и признаков авитаминоза. Некоторые витамины (C и E) доказали свою способность защищать организм от бактериальных заболеваний и снижать окислительный стресс.
Витамины работают как антиоксиданты — стимулируют различные части иммунной системы: лизоцим, система комплемента, уровень антител. Когда мы рассматриваем иммуностимуляцию, то есть разные факторы, влияющие на эффект. Один их них — время введения иммуностимуляторов. Поступление витаминов в организм рыбы должно осуществляться заблаговременно, до возникновения вспышки заболевания. Важно обеспечить их наличие в рационе на этапе профилактики, поскольку введение витаминов во время активной болезни неэффективно и не способствует восстановлению здоровья рыб. Время обработки также играет роль, однако общие рекомендации отсутствуют, так как время зависит от конкретного иммуностимулятора. Зависит какой именно иммуностимулятор используется. Все должно изучаться. Важен правильный подбор дозировки: она не должна быть слишком низкой или слишком высокой. Повышение дозировки может не усилить защиту или стимуляцию иммунной системы, а наоборот, высокая доза может подавить ее работу. Это также нужно проверять.
Различные иммуностимуляторы активируют разные компоненты иммунной системы, и эффективность защиты зависит от того, какая часть иммунного ответа наиболее эффективна против конкретного патогена. Поскольку существует множество различных патогенов, каждая из которых вызывает ответ, активируемый определенными механизмами, важно учитывать специфику иммунной реакции. Например, один определенный иммуностимулятор стимулирует T-клетки, глюканы, другой иммуностимулятор — отвечает за стимуляцию B-клеток, бактериальных эндотоксинов, таких как липополисахариды, активаторы макрофагов, глюканы, хитин, хитозан.
Иммуностимуляторы против определенных рыбных болезней
Иммуностимуляция от вибриоза. Бета-глюканы используются в борьбе с вибриозом и доказано, что Эргосан улучшает показатели здоровья выращиваемых креветок в борьбе с вибриозом, определенного вида Vibrio harveyi.
Рассмотрим фурункулез (аэромоноз). Структурные элементы бактерий, такие как флагеллин Yersinia ruckeri используется в качестве неадъювантной субъединичной вакцины, вызывающей неспецифическую иммунную защиту от Aeromonas salmonicida у радужной форели. Иммуностимуляторы на основе трав, корма с содержанием экстракта чеснока (0,5 или 1,0%) вызывали повышение резистентности радужной форели к инфекциям, связанным с A. salmonicida. Повышение концентрации вредно для здоровья рыбы.
Инфекции, вызываемые Flavobacterium psychrophilum. Иммуностимуляторы в некоторой степени исследованы с точки зрения снижения влияния Flavobacterium psychrophilum. Например, введенный в кормовой рацион экстракт гумуса снижал смертность от бактериальной холодноводной болезни. Включение бета-глюкана в кормовой состав сократило смертность от F. psychrophilum, однако длительное применение этого состава отрицательно сказалось на выработке антител организмом рыбы в ответ на патоген.Определение оптимальной продолжительности применения иммуностимуляторов является важным аспектом для обеспечения их эффективности и безопасности. Необходимо учитывать, как долго следует использовать эти препараты для достижения устойчивого иммунного ответа без риска превышения нужного количества или снижения эффективности со временем.
Что касается Flavobacterium columnare, были неоднозначные результаты относительно иммуностимуляторов. Например, в ходе экспериментальных исследований иммуностимулирующий состав Алкосель® (содержащий инактивированные дрожжи) показал значительное снижение смертности радужной форели весом в 1,2 г в сравнении с контрольным кормовым рационом и рационом, содержащим другой состав, Эргосан®. После, в других аналогичных экспериментальных исследований на крупных рыбах подобных различий не обнаружено.
Пробиотики
Понятие пробиотика
Пробиотики обозначает «для жизни». Натуральная морская микрофлора, включая компоненты кишечной микробиоты рыбы, играет важную роль в подавлении деятельности патогенов и поддержании здоровья водных организмов. В контексте использования промышленных коммерческих кормов возникает вопрос о их способности способствовать формированию и поддержанию нормальной защитной микрофлоры кожных покровов и кишечника рыбы. Этим аспектом все больше и больше интересуются исследователи, чтобы понять, как коммерческие корма влияют на бактериальную флору кишечника и кожных покровов рыб, а также на их иммунную устойчивость.
«Пробиотики — это живые микроорганизмы, приносящие, при приеме в адекватном количестве, пользу здоровью хозяина», — определение ФАО/ВОЗ. Можно также использовать такое понятие — «цельные организмы или компоненты организмов, полезные для здоровья хозяина».
Экспериментальные исследования показали, что компоненты, такие как белки клеточной стенки, липополисахариды и цельноклеточные белки, вызывают положительную иммунную реакцию у рыб при воздействии патогенов. Многие пробиотики вводятся на ранних этапах жизненного цикла рыбы — например, на личиночной стадии. Пробиотики, в основном, вводятся перорально, однако в случае морских организмов могут поступать через воду.
Пробиотики работают разными способами: они вырабатывают соединения, подавляющие рост патогена. Конкурируют за основные питательные вещества, микросоединения и места прикрепления. Улучшают резистентность хозяина к заболеваниям. Пробиотики модулируют иммунные ответы хозяина. Они подавляют чувство кворума используя гашение кворума. Вырабатывают ферменты, улучшающие усвояемость корма, а также важных макро- и микро-питательных веществ.
Пробиотики должны быть непатогенны по отношению к хозяину, другим морским организмам и конечным потребителям — людям. Пробиотики не должны иметь генов резистентности к антибиотикам. Часто применяется один вид пробиотиков, однако более эффективно использование «коктейля» из нескольких бактерий с различными механизмами действия. Для различных видов рыб активно используют и продолжают применять кисломолочные бактерии (Lactobacillus, Carnobacterium, Enterococcus, Lactococcus, Micrococcus, Streptococcus…). И также виды Bacillus, Vibrio, Pseudomonas, Aeromonas, дрожжи, микроводоросли, бактериофаги.
Мы видим патогены радужной форели Vibrio anguillarum, Flavobacterium psychrophilum, Aeromonas salmonicida, Lactococcus garviae, Streptococcus iniae, Yersinia ruckeri и пробиотики, которые используются: Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas sp., Aeromonas hydrophila, Aeromonas sobria, Enterobacter cloacae, Saccharomyces которые используются. Был изучен пробиотический эффект свыше 26 грамположительных и 20 грамотрицательных бактериальных изолятов. А также у 5 видов дрожжей и 4 одноклеточных водорослей у различных выращиваемых морских видов.
Преимущества пробиотиков. — это снижение смертности и инфицирования, повышение резистентности к заболеванию: снижается потребность в дорогостоящем лечении химическими препаратами. Улучшение аппетита и темпов роста, добавленная стоимость для потребителя. Пробиотики считаются экологически безопасными.
Влияние на здоровье рыб
Пробиотик в борьбе с вибриозом. Бактерии, используемые в качестве пробиотических агентов, доказали эффективность в ходе экспериментов, такие как Pseudomonas fluorescens, Aeromonas sobria и Bacillus sp. в составе раствора подавляли инфекцию, вызванную Vibrio anguillarum, у радужной форели. Большая часть испытаний проводилась в лабораторных условиях. Lactobacillus и Vagococcus, введенные в составе корма или через воду, подавляли инфекции, связанные с V. Anguillarum, у сибаса.
Пробиотики в борьбе с Аeromonas salmonicida. Механизмы действия недостаточно ясны. Они подавляют прикрепления патогенов к клеткам хозяина, противомикробную активность, конкурентное ингибирование, подавляют чувства кворума. Несколько различных бактерий, таких как Lactobacillus и Lactococcus, Aeromonas hydrophila, Carnobacterium, обеспечивали снижение смертности радужной форели, зараженной Aeromonas salmonicida, или демонстрировали антагонизм по отношению к A. salmonicida. Кормление радужной форели мертвыми пробиотическими клетками позволяло сдерживать развитие фурункулеза.
Пробиотики в борьбе с Flavobacterium psychrophilum. Были исследованы разные пробиотики, где различные виды Pseudomonas показали способность подавлять F. psychrophilum in vitro и in vivo при добавлении в корм. Также внутрибрюшинное введение штаммов Enterobacter позволило повысить выживаемость радужной форели, зараженной F. psychrophilum. Интерсно, что Rhodococcus, также продемонстрировали способность снижать воздействие F. Psychrophilum, при этом не поражая рыбу. Просто снаружи уменьшая воздействие F. Psychrophilum на рыбу.
Разные пробиотики исследовались в борьбе с Yersenia ruckeri. Пероральное применение различных бактерий, таких как Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis итд. К сожалению, некоторые из исследованных бактерий могут также потенциально являться патогенными для рыбы. Но большая часть исследований была проведена только в лабораториях. Для того, чтобы использовать в рыбных хозяйствах, безопасность рыбы должна быть изучена детально.
На данный момент около 20 различных компаний предлагают содержащую пробиотики продукцию для аквакультуры. В основном они используются для креветок.
И в заключение, мы можем сказать, что экологически безопасные кормовые добавки служат в аквакультуре альтернативой лечению антибиотиками. В ближайшие годы иммуностимуляторы на основе трав будут играть ключевую роль в развитии устойчивой аквакультуры, можно сделать вывод о том, что добавки травяного происхождения будут широко распространены в аквакультуре. Воздействие пробиотиков, как правило, исследовано в отношении конкретного патогена, несмотря на то что, в целом, они считаются экологически безопасными, во многих случаях воздействие пробиотиков на комменсалов и бактериальные популяции окружающей среды абсолютно не известно. Пробиотики остаются одним из наиболее перспективных подходов к контролю заболеваний. Некоторые исследованные виды пробиотиков могут потенциально быть патогенными для рыбы; их судьба в окружающей среде на данный момент неизвестна. Это тоже должно исследоваться более детально. Большое количество исследований показало преимущества использования пробиотиков, тем не менее в таком же числе публикаций сообщается об отрицательных результатах, хотя, в целом, сообщения о дополнительных негативных результатах менее вероятны; необходима независимая оценка возможностей пробиотиков до начала масштабного использования в условиях рыбных хозяйств.
Д-р Том Виклунд, заведующий лабораторией водной патобиологии, доцент кафедры патологии рыб Академии Або, Финляндия. Лекция проведена в рамках курса «Бактериальные болезни лососевых рыб».
