Автор: Darryl Jory
Стаття від: 15 липня 2024 року
У дослідженні розглянуто патогенну бактерію A. hydrophila, її вплив на рибу, що вирощується в аквакультурі, та взаємозв’язок з факторами навколишнього середовища
Аквакультура наражається на значні виклики через бактеріальні патогени, такі як Aeromonas hydrophila, які можуть серйозно впливати на виробництво та здоров’я риби. Розуміння взаємозв’язку між факторами навколишнього середовища, сприйнятливістю хазяїна та вірулентністю бактерій має вирішальне значення для ефективного управління та зменшення ризиків, пов’язаних з A. hydrophila в системах аквакультури. Поглиблення знань про її вірулентність та взаємодію з факторами навколишнього середовища відкриває шлях до розробки стратегій профілактики та контролю захворювань в аквакультурі. Фото колоній A. hydrophila (ростуть на кров’яному агарі; колонії показані у відбитому світлі) Stefan Walkowski (CC BY-SA 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0, via Wikimedia Commons).
Нещодавнє дослідження (проведене д-ром Bahaa Abdella та його колегами з Університету Kafrelsheikh в Єгипті та опубліковане в Aquaculture International) обговорює патогенну бактерію Aeromonas hydrophila, її вплив на рибу, що вирощується в аквакультурі, та її взаємозв’язок з різними факторами навколишнього середовища.
“Наше дослідження підкреслює важливість розуміння того, як умови навколишнього середовища впливають на вірулентність Aeromonas hydrophila в аквакультурі. Це передбачає складну та динамічну взаємодію між бактерією та навколишнім середовищем. Ключові моменти включають моніторинг температури, рівня рН та концентрації аміаку для запобігання спалахам захворювань. Належне управління цими факторами може покращити здоров’я риби та зменшити кількість бактеріальних інфекцій” – заявляє Advocate Dr. Bahaa Abdella з Університету Kafrelsheikh у Єгипті та головний співавтор дослідження.
Серед захворювань, спричинених Aeromonas spp. у риб, геморагічна септицемія, виразкова хвороба та рухлива септицемія Aeromonas. Ці захворювання можуть призводити до високої смертності та значних економічних втрат в аквакультурі. A. hydrophila є домінуючим видом-збудником хвороб у цьому роді бактерій у вирощуваних прісноводних риб та інших видів у глобальному масштабі. Його генетичне різноманіття ускладнює серотипування або генотипування штамів A. hydrophila через високу складність з точки зору типу та кількості генів вірулентності, присутніх у кожному ізоляті. Окрім того, що A. hydrophila є патогеном риб, він також може викликати захворювання у людей, такі як гастроентерит, ранові інфекції та септицемія у людей з ослабленим імунітетом. Фактори навколишнього середовища, такі як доступність мінералів, солоність, концентрація розчиненого кисню, значення рН і температура, а також погане управління (недоїдання, перегодовування і перенаселеність) в риборозвіднях можуть викликати стрес у вирощуваних тварин і зробити їх більш сприйнятливими до інфекцій, спричинених A. hydrophilia. Крім того, геноми A. hydrophila кодують різні типи факторів вірулентності. Експресія та регуляція цих генів може змінюватися залежно від штаму бактерії, хазяїна та умов навколишнього середовища. До кінця не зрозуміло, як умови навколишнього середовища впливають на внутрішні бактеріальні характеристики та експресію генів вірулентності, тому це питання залишається відкритим. Таким чином, розуміння різноманітності, функцій та екологічної регуляції цих генів має вирішальне значення для розробки ефективних стратегій профілактики та лікування інфекцій, спричинених A. hydrophila, на рибницьких фермах.
“A. hydrophila створює значні проблеми для аквакультури через свою здатність процвітати в різноманітних умовах навколишнього середовища та інфікувати широкий спектр хазяїв. Такі фактори, як температура, розчинений кисень, рН, аміак та рівень поживних речовин впливають на експресію генів вірулентності та вироблення токсинів. Розуміння цих механізмів має вирішальне значення для розробки стратегій контролю водних бактеріальних інфекцій та просування більш здорових і сталих практик аквакультури,” – зазначає Dr. Abdella.
Фізичні фактори, такі як температура та значення рН, впливають на швидкість росту мікроорганізмів. Однак мало відомо про те, як ці фактори можуть змінювати експресію генів вірулентності в патогенних мікроорганізмах. Дуже важливо зрозуміти, що саме запускає експресію факторів вірулентності або принаймні найбільш важливих з них у конкретного патогену. Наприклад, для деяких генів вірулентності у риб Aeromonas spp. повідомлялося про залежну від температури експресію генів вірулентності. Однак молекулярні механізми та регуляторні шляхи, залучені до цього процесу, до кінця не вивчені. Крім того, встановлено, що підвищення температури є стресом для хазяїна, що збільшує експресію певних стероїдів, які підвищують вразливість риби до інфекції. Коливання температури – а також рН – суттєво впливають на метаболічну активність і швидкість росту A. hydrophila, тим самим модулюючи її вірулентність і загальну патогенність. Загалом, експресія генів вірулентності в аеромонад може змінюватися залежно від температури води та тварини-хазяїна, а непослідовність експресії багатьох факторів вірулентності в одному і тому ж штамі у відповідь на зміни температури підкреслює складність і необхідність ідентифікації основного фактора вірулентності, який відповідає за розвиток хвороби у сприйнятливого хазяїна.
Аеромонади є факультативними анаеробами, і, як і всі інші факультативні мікроби, вони можуть переключатися між аеробним та анаеробним метаболізмом. Така поведінка перемикання контролюється експресією генів і запускається молекулярним зондуванням концентрації кисню. Не дивно, що з’явився молекулярний механізм для цього через контроль експресії генів, включаючи гени вірулентності. Кисень може регулювати гени вірулентності, модулюючи активність факторів транскрипції – білків, які зв’язуються зі специфічними послідовностями ДНК і контролюють експресію генів.
Загалом, кисень можна вважати ключовим фактором навколишнього середовища, який впливає на експресію генів вірулентності у багатьох бактеріальних штамів, включаючи A. hydrophila, та їхню здатність викликати захворювання. Однак досліджень впливу концентрації кисню на експресію генів вірулентності при рибних інфекціях було проведено небагато. На рис. 1 зображено взаємодію між навколишнім середовищем, мікробами та хазяїном.
Рис. 1: Інтерактивний взаємозв’язок між факторами навколишнього середовища, мікробами та хазяїном.
(зверху вниз, зліва направо, стрілки від хазяїна до факторів довкілля Зміни в навколишньому середовищі підвищують сприйнятливість хазяїна до хвороби; Висока щільність зариблення призводить до зміни параметрів довкілля.Від факторів довкілля до збудників хвороб (патогенів) риб: Екологічні зрушення спричиняють зміни у складі мікробної спільноти; Зміна мікробних спільнот може впливати на стан довкілля. Від Рибного патогена до хазяїна: Навколишнє середовище запускає експресію генів вірулентності; Зміни в навколишньому середовищі можуть підвищити сприйнятливість хазяїна до хвороб)
Формування раціону риб має значний вплив на мікробну екологію у водному середовищі, а також на патогенність, взаємодію та чисельність мікроорганізмів, а інфекція A. hydrophila асоціюється з водою з високим органічним навантаженням, а корми, багаті на поживні речовини, забруднюють водні екосистеми. Невикористаний раціон сприяє збільшенню кількості аеромонад у воді ставка.
Точна рецептура корму та його використання рибами є дуже важливими для контролю інфекції та пригнічення активації генів вірулентності у A. hydrophila. Для підтвердження зв’язку між різними компонентами раціону та гіперекспресією генів вірулентності у A. hydrophila необхідні додаткові дослідження. Однак годування риб раціоном з високим вмістом омега-3 жирних кислот може допомогти поліпшити імунну систему і зробити рибу менш сприйнятливою до інфекцій; цей взаємозв’язок до кінця не вивчений.
Екологічна регуляція вірулентності у A. hydrophila є складною і динамічною взаємодією між бактерією та навколишнім середовищем. Температура, розчинений кисень, рН, аміак та наявність поживних речовин діють як модулятори, координуючи експресію генів вірулентності та вироблення токсинів. Ця чудова пристосованість дозволяє A. hydrophila процвітати в різноманітних водних середовищах і викликати інфекції у різних хазяїв, створюючи значну загрозу для аквакультури..
“Розгадка механізмів регуляції вірулентності в навколишньому середовищі є важливою метою для майбутніх досліджень. З’ясувавши ці шляхи, ми можемо прокласти шлях до розробки цілеспрямованих заходів для пом’якшення наслідків інфекцій, спричинених A. hydrophila, що в кінцевому підсумку сприятиме створенню більш здорової та сталої індустрії аквакультури,” – висновують автори дослідження.
