Автор: Bonnie Waycott
Стаття від: 28 серпня 2023 року
Від машинного навчання до бактеріоцинів та пробіотиків – нові альтернативи для боротьби з хворобами в аквакультурі
Мінливість цін на рибні корми та ціни першого продажу фермерських господарств, безумовно, може вплинути на діяльність аквакультури, але ніщо не може зрівнятися з економічними наслідками раптових спалахів хвороб.
Глобальне розширення та інтенсифікація аквакультури зробили такі спалахи більш поширеними. Вирощування креветок – один із прикладів. Поява синдрому ранньої смертності (EMS) понад десять років тому підкреслила необхідність суворого контролю за захворюваннями та дотримання заходів біобезпеки. У міру розвитку аквакультури інтенсифікація фермерських господарств зростає, посилюючи ризики хвороб і роблячи ефективне управління важливим аспектом сталого зростання.
В аквакультурі однією зі стратегій боротьби з хворобами є використання антибіотиків. Однак їх надмірне використання призвело до таких проблем, як антибіотикорезистентність (опірність), коли ці препарати з часом втрачають свою ефективність. Це не лише загрожує об’єктам аквакультури, але й впливає на здоров’я людей, роблячи найпотужніші антибіотики все менш ефективними за обмежених альтернатив.
Технологія машинного навчання та нові альтернативи, такі як бактеріоцини, відкривають нову еру боротьби з хворобами та використанням антибіотиків в аквакультурі. Д-р Stanislav Iakhno (ліворуч), Previwo AS, та д-р Henning Sorum (праворуч), професор Норвезького університету природничих наук та засновник Previwo. Фото надано Previwo
“Резистентність/опірність виникає через те, що антибіотики мають широкий спектр інгібування/впливу і чинять сильний тиск на мікроби, щоб вони не могли вижити, – розповів Advocate Griffin O’Driscoll, генеральний директор і співзасновник біотехнологічної фірми Organicin Scientific. “Цей тиск дозволяє бактеріям з геном опірності розмножуватися в мікробних нішах, що залишилися вразливими, тим самим зменшуючи мікробне різноманіття. Це загрожує збалансованому складу мікробіому, що є важливим аспектом здоров’я та продуктивності тварин.”
Organicin Scientific використовує власні алгоритми машинного навчання для відкриття нових бактеріоцинів як альтернативи антибіотикам. Оскільки кожна бактерія виробляє бактеріоцин, каже O’Driscoll, десь у “невидимому” світі мікробіології є бактеріоцин, який може специфічно пригнічувати проблемний бактеріальний патоген. Головне – знайти його.
“Бактеріоцини перевершують антибіотики за ефективністю та сприяють підвищенню продуктивності, здоров’ю та екологічній сталості, – сказав O’Driscoll. “Це стародавнє сімейство природних специфічних білків, які регулярно використовуються бактеріями для витіснення конкурентів і вторгнення в нові середовища”.”
Organicin Scientific використовує бактеріоцини для запобігання вібріонній інфекції у вирощуваних креветок, покращуючи виживання проблемних креветок і вирішуючи проблеми, пов’язані з такими захворюваннями, як EMS.
За словами O’Driscoll’а, включення їх у корм є найбільш корисним методом введення. Насправді, корм з бактеріоцинами від Organicin Scientific покращив виживання креветок з ЕМS майже на 200 відсотків, а також підтримував їхню активність після впливу високих температур і тиску. Враховуючи високу термостабільність бактеріоцинів, вони можуть бути легко включені в корм на рівні виробника, витримувати процес термічної екструзії і безпосередньо згодовуватися видам, що робить їх застосування простим для фермерів і зводить до мінімуму будь-які необхідні зміни в процесі вирощування.
“EMS виникає внаслідок потрапляння патогенного вібріона в кишечник креветок, тому доставка бактеріоцину з кормом є надійною стратегією профілактики”, – сказав O’Driscoll’. “Це також дає нам велику гнучкість для кінцевого використання. Незалежно від того, чи це RAS, чи ставок, чи сажалки віддалік від берегів, додавання корму гарантує, що тварина завжди споживає бактеріоцини”.
“Ми даємо рибі можливість боротися за себе”
Тим часом у Норвегії біотехнологічна компанія Previwo розробила пробіотик під назвою StembiontTM для оптимізації здоров’я лосося, підвищення його опірності завдяки вродженим імунним реакціям, підтримки основних біологічних функцій і стимулювання росту.
Stembiont, що складається з доброякісних штамів бактерій Aliivibrio, які природно зустрічаються в океані, був розроблений на основі теорії про те, що організми живуть у симбіозі з відповідними популяціями мікробів. Ця спільнота, мікробіом, відповідає за стан здоров’я та запобігання хворобам. У водних системах риби розвивають і набувають свій мікробіом протягом усього життя, причому обмін бактеріями, наприклад, через поверхню шкіри, особливо важливий для підтримання міцного здоров’я і тренування імунної системи. Цілеспрямоване введення пробіотичних бактерій перед переміщенням у море покращує загальний стан здоров’я і значно знижує ризик бактеріальних і паразитарних інфекцій.
З моменту комерційної реєстрації у 2020 році Stembiont був застосований до понад 50 мільйонів особин сьомги та близько трьох мільйонів особин райдужного пструга у Норвегії, а також доступний на Фарерських островах та в Ісландії. Фото надано Previwo.
“ Stembiont дає рибі можливість боротися за себе, оскільки введення корисних бактерій збільшує потенціал мікробіому конкурувати з патогенними бактеріями та формувати вроджені захисні механізми, – каже Kira Salonius, генеральний директор Previwo. “Під час вакцинації рибу купають або занурюють у пробіотичні штами, і вона поглинає корисні бактерії через поверхню шкіри та зябра. Таким чином, вони покращують свій мікробіом за допомогою бактерій перед тим, як вийти в море, і краще захищаються від бактеріальних захворювань та зараження вошами.”
У 2019 році, виявивши, що Stembiont сприяє продукуванню здорових шарів слизу на шкірі та покращує її якість, Salonius та її команда задалися питанням, чи впливає це на прикріплення морських вошей. Вони виявили, що так – пробіотик впливає на здатність морських вошей розвивати ланцюжки яєць вошей і знижує успішність їх вилуплення. Крім того, фермерські господарства повідомили про зниження смертності риби, підвищення добробуту, кращий ріст та якість врожаю. З моменту комерційної реєстрації у 2020 році Stembiont був застосований до понад 50 мільйонів особин лососів та близько трьох мільйонів особин райдужного пструга у Норвегії, а також доступний на Фарерських островах та в Ісландії. Зараз компанія Previwo розширює географію свого присутності в Чилі, Канаді, Великобританії та інших країнах Європи і буде працювати з нововиявленими пробіотичними штамами, готуючись до запуску Stembiont Vital – наступного покоління Stembiont – у 2023 році.
“Це процес”
Доктор Melba G. Bondad-Reantaso, керівник групи Відділу рибальства та аквакультури ФАО, є провідним автором оглядової статті (https://www.researchgate.net/publication/368756952_R_E_V_I_E_W_Review_of_alternatives_to_antibiotic_use_in_aquaculture) про використання антибіотиків в аквакультурі. Зважаючи на увагу світової спільноти до таких питань, як опірність до антибіотиків та їх залишків, вона звертає увагу на План дій ФАО щодо стійкості до протимікробних препаратів на 2021-2025 роки (https://www.fao.org/3/cb5545en/cb5545en.pdf) , який підтримує глобальні зусилля з вирішення проблеми опірності до антибіотиків у харчовій промисловості та сільському господарстві. З цілями, що включають підвищення обізнаності та залучення зацікавлених сторін, посилення нагляду та досліджень, впровадження передового досвіду, сприяння відповідальному використанню антибіотиків, зміцнення управління та сталий розподіл ресурсів у напрямку узгодженого підходу “Одне здоров’я”(One Health – https://www.fao.org/one-health/en), Bondad-Reantaso каже, що “будь-який учасник виробничо-збутового ланцюга може допомогти в боротьбі зі опірністю до антибіотиків, виконуючи будь-яку з цих цілей”.”
Чи зможемо ми з часом побачити меншу опірність до антибіотиків, якщо зосередимось на альтернативах антибіотикам? O’Driscoll очікує, що рівень резистентності та її виникнення буде знижуватися більш комфортними темпами, оскільки антибіотики будуть доступні за меншу ціну. Тим часом, зміцнення загального здоров’я та імунітету об’єктів аквакультури за допомогою належного харчування та догляду, а також інвестиції в дослідження опірних до хвороб порід будуть корисними, поки шукатимуться альтернативи, додав він.
“Нам потрібні інноваційні рішення, які пропонують більше, ніж просто слова про сталий розвиток; вони повинні конкурувати за ефективністю”, – сказав O’Driscoll. “Нові альтернативи можуть сприяти цій зміні парадигми. Хоча регулювання може допомогти контролювати використання антибіотиків, а преміальне маркування продуктів, що не містять антибіотиків, може стимулювати скорочення використання таких ліків, для довготривалих змін потрібні кращі альтернативи. Коли такі альтернативи доступні, а їхні переваги очевидні, рішення про перехід для фермерів стає простим.”
“Аквакультура повинна бути далекоглядною і застосовувати превентивні/профілактичні інструменти, коли вони стають доступними”, – сказала Salonius. “Єдине, що спонукатиме лососевих фермерів змінювати свої практики – це те, що вплине на зростання лососевого господарства, і немає сумнівів, що регуляторні органи впливають на це. Фермери розуміють, що потрібно, і відкриті до змін. Але це процес. Можливо, у вас є щось, що на 100% відповідає потребам аквакультури, але знадобиться час, щоб воно набуло популярності та визнання.”
Bondad-Reantaso погоджується, що аквакультура повинна постійно шукати альтернативи. “Їх вже існує багато, включаючи вакцини, фаготерапію, зниження «Відчуття кворуму» (здатність деяких бактерій спілкуватися і координувати свою поведінку за рахунок секреції молекулярних сигналів), пробіотики, пребіотики, антитіла курячого жовтка (імуноглобулін IgY ) та рослинну терапію”, – каже вона. “Тим часом, створення запасів риб/гуртів об’єктів аквакультури, вільних від специфічних патогенів (SPF), стають першочерговою і важливою частиною стратегій біозахисту. Ці альтернативи мають великий потенціал; деякі з них вже мають доведені переваги, тоді як інші все ще перебувають на стадії експериментів. З цього переліку зараз вакцини широко використовуються проти рибних інфекцій.”
Тим не менш, Bondad-Reantaso зазначила, що ці альтернативи повинні бути “ретельно розглянуті” на основі факторів, пов’язаних з потребами країни, системою аквакультури та видами, цільовими патогенами, простотою адміністрування, економікою (витрати-вигоди), ризиками та сприйняттям громадськості.
“Тому фінансування досліджень має бути спрямоване на сприяння розвитку інноваційних, сталих альтернатив,” – каже вона.
Organicin Scientific використовує бактеріоцини для запобігання вібріонної інфекції у вирощуваних креветок, покращуючи виживання креветок, і вирішуючи проблеми, пов’язані з такими захворюваннями, як EMS. Фото надано Organicin Scientific.
Такі альтернативи, ймовірно, відкриють нову еру в охороні здоров’я тварин і фермерстві, що вплине на економічну ефективність, здоров’я видів, продуктивність і підвищення врожайності. Тому включення нових інструментів у загальний план управління здоров’ям буде дуже корисним.
“Належні практики аквакультури та біобезпеки, включаючи розумне, відповідальне використання антибіотиків та їхніх альтернатив, лежать в основі основних заходів, які можуть зменшити ймовірність виникнення антибіотикорезистентності,” – каже Bondad-Reantaso. “Наявність плану біобезпеки як частини національної стратегії управління здоров’ям водних організмів може зменшити інтродукцію та поширення інфекційних агентів, а також їх передачу в інші регіони.”
*Бактериоцини — специфічні білки, які продукуються деякими бактеріями та які пригнічують життєдіяльність клітин інших штамів того ж самого виду бактерій або споріднених бактерій. Бактериоцини маркуються відповідно до видової назви, наприклад, Escherichia Coli (кишкова паличка) продукує так звані коліцини (25 типів), Yersinia pestis (раніше Pasteurella pestis) (чумна паличка) — пестицини. Механізм дії бактериоцинів пов’язаний з покшодженням клітинних мембран білком. Спектр активності бактериоцинів, на відміну від антибіотиків, вузький та визначається наявністю рецепторів у бактерій для їх адсорбції.
