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Moderne Landwirtschaft
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von Maxime Hugonin und Stéphane Frouel, Mischwissenschaft, Frankreich
Ubiquitäre antimikrobielle Aktivität eines neuen Futtermittelzusatzstoffes gegen mehrere Krankheitserreger in Aquakultursystemen
Als potenzielle Proteinquelle von morgen für eine ständig wachsende Bevölkerung, die Aquakulturindustrie steht vor mehreren Herausforderungen. Um die Nachfrage zu erreichen, die Ertragsproduktion muss maximiert werden. Auf diese Weise, Landwirte erhöhen immer ihre Besatzdichte, von Intensivkultur zu Super-Intensivkultur übergehen, Dies führt zum Auftreten neuer Krankheitserreger und zur Vermehrung mit einer Vermehrung von Krankheitsausbrüchen.
Die ersten Menschen, die von diesen Problemen betroffen sind, sind die Bauern. Dieser pathogene Druck beeinflusst die Wirtschaftlichkeit der Landwirtschaft erheblich. Die Hauptlösung für dieses Problem bleibt der Einsatz von Antibiotika, dank ihrer einfachen Anwendung in der Heilbehandlung und ihrer sichtbaren und schnellen Wirkung. Bedauerlicherweise, die Verwendung und der Missbrauch von Chemikalien wirft Bedenken hinsichtlich der öffentlichen Gesundheit auf, wegen Antibiotikaresistenz, und nachteilige Auswirkungen auf die Umwelt. Dann, Dieses Mittel trägt zum schlechten Image der Aquakulturproduktion bei und führt zu Verschiebungen in der öffentlichen Meinung.
Aktive Forschungen sind in ihrer harten Arbeit im Gange, um Alternativen zu erkunden. Dieser Artikel berichtet über die Verwendung eines natürlichen phytogenen, auf Basis speziell ausgewählter Pflanzenextrakte, zur Bekämpfung eines breiten Spektrums von Krankheitserregern in Aquakultursystemen. Die Geschichte des Produkts begann in einem Labor, im Zusammenhang mit RID-Prüfungen, und endete im Feld in größerem und kommerziellem Maßstab. Daher, die antimikrobielle Wirkung dieses Phytogens wurde sowohl in vitro als auch in vivo untersucht, die ein robustes und pragmatisches Feedback zu seinen Vorteilen liefert.
Wirkmechanismen
Das große antimikrobielle Wirkungsspektrum dieses Futtermittelzusatzstoffes beruht auf besonderen Wirkmechanismen mit gemeinsamen Angriffspunkten von Krankheitserregern:den Proteinen. Die antimikrobiellen Eigenschaften dieses Phytogens werden durch schwefelhaltige organische Verbindungen (SOCs) aus Alliaceae-Extrakten bereitgestellt. Die Familie der Alliaceae umfasst 13 Gattungen und 600 Arten. Hauptvertreter sind Zwiebel, Knoblauch, Lauch, Schalotten und Schnittlauch.
Einige Forschungsstudien werfen die Möglichkeit auf, dass in biologischen Systemen, SOCs können sehr schnell in verschiedene Kompartimente der Zellen eindringen und dort ihre biologischen Wirkungen entfalten. Je nach Erreger, Es gibt mehrere Möglichkeiten für SOCs, Zellen zu durchdringen (Siehe Abbildung 1)
Aufgrund ihres geringen Molekulargewichts SOCs können durch verschiedene Prozesse leicht in das innere Volumen von Vesikeln diffundieren, im Zytoplasma von Bakterien, (Gramm – oder Gramm +), oder in Viren. Das ist bei Gram der Fall – wo die Peptidoglycan-Schicht klein ist.
SOCs verleihen den phytogenen antibakteriellen Eigenschaften, aufgrund unterschiedlicher Wechselwirkungen mit Zellverbindungen. Einmal in der Zelle, SOCs verbinden sich mit bestimmten Proteinen, um die Fixierung zu verändern und Thiolfunktionen zu verlagern, in Disulfidbrücken enthalten, die an der Struktur von Proteinen und Enzymen beteiligt sind. Ohne ihre 3D-Konformation, die denaturierten Proteine sind nicht mehr funktionsfähig, (siehe Abbildung 2).
Unter den geänderten Funktionen, Genexpression, Energiestoffwechsel und Proteinsynthese sind einige damit verbundene Funktionen, deren Veränderung zu einer globalen Fehlfunktion der Zelle führt, bis zur endgültigen Apoptose und dann zum Tod des Erregers, (siehe Abbildung 3).
Für Bakterien, SOCs scheinen auf mehrere Wege abzuzielen, einschließlich der Modulation von Enzymaktivitäten (z. B. Glutathion-S-Transferase, an mehreren lebenswichtigen Bahnen beteiligt), die Hemmung von DNA-Enzymen (Gyrase, Polymerase), die Beeinflussung des intrinsischen Weges für den apoptotischen Zelltod und die Zellzyklusmaschinerie. SOCs können auch die Synthese von Polyaminen blockieren, sowie zelluläre Mikrotubuli (die das Zytoskelett und die mitotische Spindel in Zellen bilden) zerstören, zur Zellteilung angefordert.
Die antiproliferative und antimikrobielle Wirkung von SOC-Verbindungen scheint mit der Induktion der Zellapoptose in Zusammenhang zu stehen. die aus der Veränderung von pathogenen Zellen resultieren.
Für Viren, SOCs verändern das Protein ihres Kapsids. Ohne den Genomschutz, den diese Proteinhülle bietet, die Viren sterben nach dem gleichen Modell wie die mikrobielle Zellapoptose.
Produktpotenzial:Bewertung auf drei Skalen
In-vitro, Die Wirksamkeit des Produkts wurde durch Tests der minimalen Hemmkonzentration (MHK) und der minimalen bakteriziden Konzentration (MBC) bewertet.
Mit Mikroverdünnungsmethoden, die wachstumshemmende Wirkung des Phytogens gegen eine Vielzahl von Krankheitserregern, aus Meerwasser- und Süßwasser-Aquakultursystemen, wurde mit der MHK von natürlichen Extrakten verglichen, von denen bekannt ist, dass sie ein hohes antimikrobielles Potenzial haben, wie Carvacrol, aus Oregano- und Thymianöl, Citral, isoliert aus Zitrusöl und Eugenol, aus Nelkenöl.
Außerdem, um das wahre Potenzial dieses Produkts als antibiotische Alternative zu bewerten, MHK und MBC wurden mit üblichen Antibiotika verglichen, die in der Aquakultur verwendet werden (Oxytetracyclin, Erythromycin und Enrofloxacin).
In-vitro-Ergebnisse zeigten, dass dieser Futtermittelzusatzstoff eine breite bakterizide Wirkung zeigte, da es sowohl gegen grampositive als auch gegen gramnegative Bakterien eine hohe Wirksamkeit zeigte. Zusätzlich, es zeigte die stärkste antimikrobielle Aktivität, im Vergleich zu Sachprodukten. Das experimentelle Phytogen zeigte die niedrigste MHK von 16 bis 125 ppm gegenüber 32 bis 250 ppm für Carvacrol. 64 zu 1, 000 ppm für Citral und 64 bis 2000 ppm für Eugenol (siehe Tabelle 1).
Es zeigte auch eine minimale inhibitorische und bakterizide Konzentration in der gleichen Größenordnung (weniger als eine logarithmische Differenz) als die getesteten Antibiotika (Tabelle 2).
Basierend auf diesen vielversprechenden Studien, das Produkt wurde dann in Provokationsversuchen angewendet.
Die in-vivo-Laborversuche wurden an verschiedenen Arten durchgeführt:Süßwasserfische (Seebarsch), Warmwasserfische (Tilapia) und Meeresgarnelen (White Leg Shrimp), die in einem präventiven Anwendungsprotokoll des Produkts auf verschiedene Krankheitserreger getestet wurden.
Beginnen mit, Tiere wurden an experimentelle Bedingungen gewöhnt (zwischen einer und vier Wochen), bevor sie kontinuierlich mit dem Versuchsfutter gefüttert werden, enthält das phytogene, bei einer Konzentration von 1-2 kg/Tonne Futter (siehe Abbildung 4).
Nach einem Zeitraum von drei bis vier Wochen, je nach Art, die Fische und Garnelen wurden mit dem ausgewählten Krankheitserreger gereizt und mit dem Produkt für mindestens zwei weitere Wochen nach der Reizung gefüttert. Das Überleben wurde dann beobachtet (siehe Abbildung 5).
Die in Abbildung 5 dargestellten Ergebnisse zeigen deutlich eine signifikante Überlebensverbesserung (ANOVA p<0,05), unabhängig von gezüchteten Arten und assoziierten Krankheitserregern (Bakterien oder Viren). Der Einsatz des Phytogens erhöhte die Überlebensrate der Garnelen gegenüber Vibrio Parahaemolyticus um 54 Prozent. und 52 Prozent gegen das White-Spot-Syndrom, die beiden Hauptkrankheiten, mit denen die Industrie konfrontiert ist.
Bei Fisch, auch wenn die Ergebnisse etwas weniger beeindruckend sind (aufgrund des bestehenden Immunsystems bei Fischen dann niedrigere Sterblichkeitsrate bei der Kontrolle), sie sind immer noch aussagekräftig, und die Verringerung der Sterblichkeit kann auch einen zuverlässigen wirtschaftlichen Gewinn darstellen mit einer Überlebenssteigerung von 18 Prozent für Wolfsbarsch gegen Pasteurella und 19 bis 12 Prozent für Tilapia gegen Streptococcus und Francissella, bzw.
Bei Forschungsversuchen, die signifikanten Ergebnisse bestätigten die im Labormaßstab beobachtete antimikrobielle Wirkung des Phytogens. Um diese Vorteile definitiv zu bestätigen, ein letzter Schritt ist getan:Versuche unter landwirtschaftlichen Realbedingungen.
Kommerzielle Feldwaage
Die Wirkung des Phytogens wurde unter kommerziellen Anbaubedingungen für zwei Arten in Vietnam getestet, (Garnelen und Tilapia), und in der Türkei für Goldbrasse und Wolfsbarsch. Für diese letzten Fische, Es wurden fünf Studien durchgeführt, um die Auswirkungen des Phytogens auf die Krankheitsbekämpfung zu bewerten, zufällig unter natürlichen Bedingungen getroffen, und vergleichen sie mit Antibiotika". Fische haben entweder mit Vibriose, Flexibacteriose oder parasitäre Infektionen (siehe Tabelle 3). Interessant, die Verwendung des Produkts mit 5 kg/Tonne Futter, 20 Tage nach Auftreten der ersten Symptome, zu einer vollständigen Kontrolle der Krankheit (mindestens so wirksam wie Antibiotika) und einer vollständigen Genesung mit Rückkehr zum ursprünglichen Stoffwechselzustand der Tiere führen.
Für Tilapia in Käfigen, das phytogene Mittel wurde 14 Tage lang nach Auftreten einer Streptokokken-Infektion vorübergehend in einer Dosis von 4 kg/Tonne Futter zur Krankheitsbekämpfung verabreicht. Es wurde in gleicher Höhe aufgetragen, für eine Dauer von 35 Tagen, bei Garnelen, die in Freilandteichen nach dem Auftreten von Vibriose gezüchtet wurden. Antimikrobielle Wirkung des Phytogens wurde bestätigt, unter landwirtschaftlichen Bedingungen, wo es die Resistenz von Tilapia und Garnelen signifikant unterstützte (ANOVA p <0,05), wenn es mit Streptococcus spp. und Vibrio spp. (siehe Abbildungen 6 und 7).
Wir kamen zu dem Schluss, dass dieser neue Futtermittelzusatzstoff eine effiziente Kontrolle gegen eine Vielzahl von Krankheitserregern bietet und als ganzheitlicher und natürlicher Ansatz zur Reduzierung des Antibiotikaeinsatzes in Aquakultursystemen betrachtet werden kann. Versuchsdaten zeigten auch die Wirksamkeit des funktionellen Zusatzstoffes, um Krankheitsausbrüchen entgegenzuwirken und eine zuverlässige Wachstumsleistung und Betriebsgewinne aufrechtzuerhalten.
Außerdem, dieses neue phytogene Mittel kann unter einer Vielzahl von Bedingungen angewendet werden, entweder kontinuierlich als prophylaktisches Mittel, oder während bestimmter kritischer Perioden als Heilmittel. Die optimale Anwendungsdauer beträgt mindestens 14 Tage vor einer bekannten kritischen Periode, oder nach dem ersten Auftreten von Krankheitssymptomen.
Vor kurzem, die Produkteffizienz wurde auf neue Spezies gegen den neuen Erreger ausgeweitet:Rickettsia (Lachs-Rickettseptikämie) in Chile. Der Einsatz des Produkts in großem Maßstab hat Vorteile gezeigt, in Bezug auf die Überlebensrate, und dann die wirtschaftliche Rendite der Investition.
Neue Versuche wurden auch gegen das verheerende und neu auftretende Tilapia-See-Virus (TiLV) durchgeführt und haben gezeigt, dass positive Ergebnisse unter Feldbedingungen bestätigt werden. In Vietnam, von 219 Garnelenteichen von 219 Teichen, die das phytogene, 75 Prozent zeigten keine Sterblichkeit und nur 15 Prozent zeigten eine Sterblichkeit durch EMS, 4 Prozent aufgrund von WSSD und nur 2 Prozent des Syndroms mit weißem Kot.
Die Erfolgsgeschichte geht weiter, Wir müssen den Schwung halten!
Abbildung 1:( Unten) Art der möglichen Penetrationswege von SOCs in die Zelle
Figur 2: (oben rechts) Denaturierung mikrobieller Proteine durch Fixierung von SOCs an Disulfidbrücken
Figur 3: (unten rechts) Funktionelle Stoffwechselveränderungen durch SOCs, die in den phytogenen
Figur 4: Protokoll zur vorbeugenden Produktanwendung für In-vivo-Laborversuche für drei getestete Aquakulturarten
Abbildung 5: Gesamtwirkung des Phytogens auf das endgültige Überleben (Kontrolle vs. präventive Dosierung)
Abbildung 6: Heilende Wirkung von Phytogen auf Tilapia nach Streptokokken-Challenge
Abbildung 7: Heilende Wirkung von Phytogen auf Garnelen nach Vibriose-Challenge
