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Patogeni in acquacoltura

di Maxime Hugonin e Stéphane Frouel, MiXscience, Francia

Attività antimicrobica onnipresente di un nuovo additivo per mangimi contro diversi agenti patogeni nei sistemi di allevamento di acquacoltura

Come potenziale fonte proteica di domani, per una popolazione sempre in crescita, l'industria dell'acquacoltura sta affrontando diverse sfide. Per raggiungere la domanda, la resa produttiva deve essere massimizzata. In questo modo, gli allevatori aumentano sempre le loro densità di allevamento, passando dalle colture intensive a quelle superintensive, portando alla comparsa e alla propagazione di nuovi agenti patogeni con una moltiplicazione dei focolai di malattie.

Le prime persone colpite da questi problemi sono gli agricoltori. Questa pressione patogena ha un impatto significativo sull'economia dell'agricoltura. La principale soluzione a questo problema rimane l'uso di antibiotici, grazie al loro facile utilizzo nel trattamento curativo e ai loro effetti visibili e rapidi. Sfortunatamente, l'uso e l'abuso di sostanze chimiche solleva preoccupazioni per la salute pubblica, a causa della resistenza agli antibiotici, e gli effetti negativi sull'ambiente. Quindi, questo rimedio partecipa alla cattiva immagine associata alla produzione dell'acquacoltura e produce cambiamenti nell'opinione pubblica.

Le ricerche attive sono in corso nel loro duro lavoro per esplorare alternative. Questo articolo riporta l'uso di un fitogenico naturale, a base di estratti vegetali appositamente selezionati, per controllare un ampio spettro di agenti patogeni nei sistemi di acquacoltura. La storia del prodotto è partita da un laboratorio, associati a prove RID, e finito in campo su scala più ampia e commerciale. Così, gli effetti antimicrobici di questo fitogenico sono stati studiati sia in vitro che in vivo, che fornisce un feedback solido e pragmatico sui suoi benefici.

Meccanismi d'azione

L'ampio spettro dell'attività antimicrobica di questo additivo per mangimi si basa su particolari meccanismi d'azione con bersagli comuni tra i patogeni:le proteine. Le proprietà antimicrobiche di questo fitogenico sono fornite dai Composti Organici di Zolfo (SOC) da estratti di Alliaceae. La famiglia delle Alliaceae comprende 13 generi e 600 specie. I principali rappresentanti sono cipolla, aglio, Porro, scalogno ed erba cipollina.

Alcuni studi di ricerca sollevano la possibilità che, nei sistemi biologici, I SOC possono penetrare molto rapidamente in diversi compartimenti delle cellule dove esercitano i loro effetti biologici. A seconda dell'agente patogeno, ci sono diversi modi per i SOC di penetrare nelle cellule (vedi figura 1)

A causa del loro basso peso molecolare, I SOC possono facilmente diffondersi attraverso diversi processi nel volume interno delle vescicole, nel citoplasma dei batteri, (Grammo – o Grammo +), o in virus. Questo è il caso di Gram, dove lo strato di peptidoglicano è piccolo.

I SOC conferiscono le proprietà antibatteriche fitogene, a causa delle diverse interazioni con i composti cellulari. Una volta in cella, I SOC si combinano con alcune proteine ​​per alterare la fissazione e dislocare le funzioni tioliche, contenuto in ponti disolfuro coinvolti nella struttura di proteine ​​ed enzimi. Senza la loro conformazione 3D, le proteine ​​denaturate non sono più funzionali, (vedi figura 2).

Tra le funzioni alterate, espressione genica, metabolismo energetico e sintesi proteica sono alcune funzioni associate, la cui alterazione porta ad un malfunzionamento globale della cellula, alla sua apoptosi finale e quindi alla morte del patogeno, (vedi figura 3).

Per i batteri, I SOC sembrano mirare a più vie, inclusa la modulazione delle attività enzimatiche (ad esempio glutatione S-transferasi, coinvolti in diversi percorsi vitali), l'inibizione degli enzimi del DNA (girasi, polimerasi), l'affetto della via intrinseca per la morte cellulare apoptotica e il meccanismo del ciclo cellulare. I SOC possono anche bloccare la sintesi di poliammine, così come distruggere i microtubuli cellulari (che formano il citoscheletro e il fuso mitotico nelle cellule), richiesta per la divisione cellulare.

Gli effetti antiproliferativi e antimicrobici dei composti SOC sembrano essere correlati all'induzione dell'apoptosi cellulare, derivanti dall'alterazione delle cellule patogene.

Per i virus, I SOC alterano la proteina del loro capside. Senza la protezione del genoma fornita da questo involucro proteico, i virus moriranno sullo stesso modello dell'apoptosi delle cellule microbiche.

Potenziale del prodotto:una valutazione su tre scale

In vitro, l'efficacia del prodotto è stata valutata attraverso test di concentrazione minima inibente (MIC) e concentrazione minima battericida (MBC).

Utilizzando metodi di microdiluizione, l'effetto di inibizione della crescita del fitogenico contro un'ampia gamma di agenti patogeni, da acqua di mare e acqua dolce, è stata paragonata alla MIC di estratti naturali noti per avere un alto potenziale antimicrobico come carvacrolo, da oli di origano e timo, citrale, isolato da olio di agrumi ed eugenolo, dall'olio di chiodi di garofano.

Inoltre, al fine di valutare le reali potenzialità di questo prodotto come alternativa antibiotica, MIC e MBC sono stati confrontati con i comuni antibiotici utilizzati in acquacoltura (ossitetraciclina, eritromicina ed enrofloxacina).

I risultati in vitro hanno indicato che questo additivo per mangimi ha mostrato un'ampia azione battericida, poiché ha mostrato un'elevata efficienza contro i batteri gram-positivi e gram-negativi. Inoltre, ha mostrato la più forte attività antimicrobica, rispetto ai prodotti in natura. Il fitogenico sperimentale ha presentato la MIC più bassa da 16 a 125 ppm contro 32 a 250 ppm per carvacrolo, 64 a 1, 000 ppm per il citrale e da 64 a 2000 ppm per l'eugenolo (vedi tabella 1).

Ha anche dimostrato una concentrazione inibitoria e battericida minima nello stesso ordine di grandezza (meno di un'unità logaritmica di differenza) rispetto agli antibiotici testati (Tabella 2).

Sulla base di questi promettenti studi, il prodotto è stato poi applicato in challenge trial.

Le prove di laboratorio in vivo sono state condotte su diverse specie:pesci d'acqua dolce (Branzino), pesci d'acqua calda (Tilapia) e gamberi marini (White Leg Shrimp) che sono stati sfidati per diversi agenti patogeni in un protocollo di utilizzo preventivo del prodotto.

Iniziare con, gli animali sono stati acclimatati alle condizioni sperimentali (da una a quattro settimane), prima di essere alimentato continuamente con il mangime sperimentale, contenente il fitogenico, ad una concentrazione di 1-2Kg/ton di mangime (Vedi figura 4).

Dopo un periodo di tre o quattro settimane, secondo la specie, il pesce ei gamberetti sono stati sfidati con l'agente patogeno selezionato e nutriti con il prodotto per almeno altre due settimane dopo la sfida. È stata quindi osservata la sopravvivenza (vedi figura 5).

I risultati presentati nella figura 5 mostrano chiaramente un significativo miglioramento della sopravvivenza (ANOVA p<0,05), indipendentemente dalle specie allevate e dai patogeni associati (batteri o virus). L'uso del fitogenico ha aumentato il tasso di sopravvivenza dei gamberetti del 54 percento contro Vibrio Parahaemolyticus, e il 52 percento contro la sindrome del punto bianco, le due principali malattie incontrate dal settore.

nel pesce, anche se i risultati sono un po' meno impressionanti (a causa del sistema immunitario esistente per i pesci, quindi del tasso di mortalità inferiore per il controllo), sono ancora significativi, e la riduzione della mortalità può anche rappresentare un guadagno economico affidabile con un aumento della sopravvivenza del 18 percento per la spigola contro Pasteurella e dal 19 al 12 percento per la tilapia contro Streptococcus e Francissella, rispettivamente.

Durante le prove di ricerca, i risultati significativi hanno confermato l'effetto antimicrobico del fitogenico osservato su scala di laboratorio. Per convalidare definitivamente questi vantaggi, un ultimo ma non meno importante passo è stato compiuto:prove in condizioni reali di allevamento.

Bilancia da campo commerciale

L'effetto del fitogenico è stato testato in condizioni di allevamento commerciale per due specie in Vietnam, (gamberi e tilapia), e in Turchia per l'orata e la spigola. Per questi ultimi pesci, sono stati effettuati cinque studi per valutare gli effetti del fitogenico sul controllo delle malattie, incontrati casualmente in condizioni naturali, e confrontarli con quelli degli antibiotici". I pesci hanno affrontato sia la vibriosi, Flexibatteriosi o infezioni parassitarie (vedi tabella 3). interessante, l'utilizzo del prodotto a 5Kg/ton di mangime, durante 20 giorni dopo la comparsa dei primi sintomi, portare ad un completo controllo della malattia (efficace almeno quanto gli antibiotici) e ad un totale recupero con ritorno allo stato metabolico iniziale degli animali.

Per la tilapia in gabbia, il fitogenico è stato applicato temporaneamente a un dosaggio di controllo della malattia di 4 kg/ton di mangime per 14 giorni dopo l'insorgere di un'infezione streptococcica. È stato applicato allo stesso importo, per una durata di 35 giorni, nei gamberi allevati in stagni all'aperto dopo la comparsa della Vibriosi. L'effetto antimicrobico del fitogenico è stato confermato, in condizioni di allevamento, dove ha supportato significativamente la resistenza di tilapia e gamberetti (ANOVA p <0,05) quando sfidato con Streptococcus spp. e Vibrio spp. rispettivamente (vedi figure 6 e 7).

Abbiamo concluso che questo nuovo additivo per mangimi fornisce un controllo efficiente contro una varietà di agenti patogeni e potrebbe essere considerato un approccio olistico e naturale per ridurre l'uso di antibiotici nei sistemi di acquacoltura. I dati delle prove hanno anche mostrato l'efficacia dell'additivo funzionale per controbilanciare i focolai di malattie e per mantenere una performance di crescita affidabile e il profitto dell'azienda agricola.

Inoltre, questo nuovo fitogenico può essere applicato in una vasta gamma di condizioni, o continuamente come agente profilattico, o durante certi periodi critici come agente curativo. La durata ottimale dell'applicazione è di almeno 14 giorni prima di qualsiasi periodo critico noto, o dopo la prima comparsa dei sintomi della malattia.

Recentemente, l'efficienza del prodotto è stata estesa a nuove specie contro nuovi patogeni:Rickettsia (Salmonid RickettsialSepticemia) in Cile. L'uso su larga scala del prodotto ha mostrato vantaggi, in termini di tasso di sopravvivenza, e poi economia ritorno dell'investimento.

Sono stati inoltre condotti nuovi test contro il devastante ed emergente Tilapia Lake Virus (TiLV) e hanno mostrato risultati positivi da confermare in condizioni di campo. In Vietnam, su 219 stagni per gamberetti di 219 stagni che utilizzano il fitogenico, Il 75% non ha mostrato alcuna mortalità e solo il 15% ha mostrato mortalità dovuta all'EMS, Il 4% è dovuto al WSSD e solo il 2% alla sindrome delle feci bianche.

La storia di successo è in corso, dobbiamo mantenere lo slancio!

Figura 1:( Sotto) Natura delle potenziali vie di penetrazione dei SOC nella cellula

Figura 2: (In alto a destra) Denaturazione di proteine ​​microbiche mediante fissazione di SOC su ponti disolfuro

Figura 3: (In basso a destra) Alterazioni metaboliche funzionali da parte dei SOC contenuti nel fitogenico

Figura 4: Protocollo di applicazione preventiva del prodotto per prove di laboratorio in vivo per tre specie di acquacoltura testate

Figura 5: Effetto complessivo del fitogenico sulla sopravvivenza finale (controllo vs dosaggio preventivo)

Figura 6: Effetto curativo del fitogenico sulla tilapia dopo challenge streptococcico

Figura 7: Effetto curativo di fitogenico sui gamberetti dopo la sfida della vibriosi


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