کاربردهای پروبیوتیک در گونه‌‌های ماهیان‌ آبهای معتدل و گرم

شیوه‌های آبزی‌پروری سازگار با محیط‌زیست، در دهه گذشته با عرضه باکتری‌های مفید مانند پروبیوتیک‌ها مواجه شده‌اند. پروبیوتک‌ها به طور کلی به صورت مکمل‌های غذایی میکروبی زنده معرفی می‌شوند که می‌توانند با تنظیم میکروبیوتای روده‌ای به میزبان سود برسانند. میکروبیوتای روده‌ای درونی ماهی در میانجی‌گری روابط توسعه، نگهداری و قابلیت موثر مخاط روده و بافت‌های لنفاوی مربوط به روده (GALT) به طور یکپارچه عمل می‌کنند. این جمعیت میکروبی، همچنین یک سطح حافظتی در برابر بازدیدکنندگان بیماری‌زا دستگاه گوارش (GI) فراهم نموده و از طریق تولید آنزیم‌های گوارشی و ویتامین‌هایی با منشا خارجی به عملکرد گوارشی میزبان کمک می‌نماید. با استفاده از پروبیوتیک‌ها برای ماهیان استخوانی آبهای معتدل و گرم می‌توان پاسخ‌های ایمنی آنها را تنظیم نموده و عملکرد رشد، مصرف خوراک، فعالیت‌های آنزیم‌های گوارشی، فعالیت‌های آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان، مقاومت به بیماری، بقای لارو و مورفولوژی روده و همچنین تنظیم بیان ژن و میکروبیوتای روده‌ای را افزایش داد. آنها به طور بالقوه مکانیسم‌های دفاعی ذاتی ماهی را تقویت کرده و پس از مواجهه شدن با تعدادی از عوامل بیماری‌زا، بقا را بهبود می‌بخشند. علاوه بر این، پتانسیل پروبیوتیک در بهبود رفاه و موفقیت تولید مثل در مطالعات اخیر به اثبات رسیده است. مطالعات موجود در زمینه کاربردهای پروبیوتیک برای ماهیان استخوانی آب‌های معتدل و گرم در این مقاله مورد بررسی قرار می‌گیرند.

صنعت آبزی‌پروری به منظور افزایش تولید و سودآوری نیازمند راهبردهایی است که به حفظ محیط میکروبیولوژی سالم کمک می‌نمایند. در این زمینه، ممنوعیت آنتی‌بیوتیک‌ها به عنوان محرک‌های رشد (AGPها) به یک چالش تبدیل شده و منجر به افزایش فاشر برای یافتن روش‌های جایگزین به منظور کنترل و جلوگیری از استقرار باکتری‌های بیماری‌زا شده است. در واقع، ماهیان پرورشی اغلب در معرض عوامل استرس‌زا محیطی (دست زدن، ازدحام بیش از حد، رژیم غذایی چالش‌برانگیز و غیره) قرار دارند که ممکم است موجب عدم تعادل در اکوسیستم روده شده و می‌تواند به عنوان یک عامل خطر عفونت‌های بیماری‌زا محسوب گردد. پروبیوتیک‌ها، میکروارگانیسم‌های زنده اضافه شده به غذا یا آب پرورشی می باشند که با توزیع مقادیر کافی آن به ماهی، توان زیستی رشد یافته، ایمنی افزایش یافته و مقاومت بیشتر در برابر بیماری حاصل می‌گردد.

علاوه بر این حمایت از نقش بالقوه پروبیوتیک بر عملکرد رشد ماهی در مطالعات اخیر، نشان می‌دهد که استفاده از باکتری‌های پروبیوتیک در آبزی پروری، قادر به افزایش رشد از طریق مدولاسیون مثبت سیستم فاکتور رشد شبه انسولین (IGF) مربوط به کاهش کلی بیان ژن میوستاتین و سطوح پایین‌تر کورتیزول می‌باشد (کارنوالی و همکاران، 2006؛ آولا و همکاران، 2010 (الف)؛ 2011؛ 2012). براساس توصیفات وچه و همکاران (2006)، استفاده از پروبیوتیک‌ها ممکن است موچب گردد که عملکرد رشد نه تنها به دلیل اثرات مفید خود در فرآیندهای گوارشی بلکه با بهبود تحمل تنش، افزایش یابد (رولو و همکاران، 2006). تنش مزمن و حاد بر سیستم ایمنی اثر منفی گذاشته و حساسیت ماهی به بیماری‌های عفونی را افزایش می‌دهد.

شیوع بیماری‌ موجب آمار بالای مرگ و میر ماهیان در طول پرورش ماهی و تولید غیرقابل پیش‌بینی ماهیان جوانی می‌شوند که حاوی موانع اصلی در توسعه بیشتر صنعت آبزی‌پروری می‌باشند (تورانزو و بارجا، 1990؛ بلوخ و لارسن، 1993؛ نووا و همکاارن، 1993؛ زوریلا و همکاران، 1999؛ هلبرگ و همکاران، 2002؛ یوکو و همکاارن، 2004، جوهانس و همکاران، 2004؛ آریجو و همکاران، 2005؛ نیشی‌زاوا و همکاارن، 2006). یکی از مشخصه‌های سودمند و اصلی پروبیوتیک‌ها، توانایی آنها در مهار باکتری‌های بیماری‌زا هم در داخل و هم خارج از بدن انسان از طریق چندین مکانیسم مختلف مانند حذف رقابتی (موریاتی، 1997؛ گومز-گیل و همکاران، 200؛ بالکازار و همکاران، 2004؛ وین و همکاران، 2004)، فعالیت های ضد ویروسی (کامی و همکاران، 1998؛ جیرونز و همکاارن، 1998؛ Direkbusarakom و همکاران، 1989) و تعدیل سیستم ایمنی میزبان (پیک‌چیتی و همکاران، 2007؛ 2009) می‌باشد. مطالعات اخیر نشان می‌دهد که پروبیوتیک‌ها پس از تجویز کافی، قادرند که در روده میزبان ساکن شده و تکثیر یابند و اثرات مفید متعددی را از طریق تنظیم سیستم‌های بیولوژیکی مختلف در میزبان ارائه نمایند (نایاک، 2010، مرریفیلد و همکاران، 2010 (الف)، دیمیتروگلو و همکاران، 2011). مخصوصاً، اثرات اصلی این افزودنی‌های خوراکی، بهبود مقاومت در برابر استقرار باکتری‌های بیماری‌زا و افزایش ایمنی مخاطی میزبان بوده و در نتیجه منجر به کاهش بار پاتوژن، بهبود وضعیت سلامت حیوانات و کاهش خطر انتقال پاتوژن از طریق دستگاه گوارش می‌گردد. به ویژه، در مورد توانایی آنها در تنظیم سیستم ایمنی، این امر که پروبیوتیک‌های مختلف به صورت تک‌گونه یا چندگونه، اعمال شده و می‌توانند فاگوسیتوز، لیروزیم، فعالیت‌های مکمل و انفجار تنفسی و همچنین بیان سایتوکاین‌های مختلف در ماهی را تقویت کنند ( مرریفیلد و همکاران، 2010 (الف)، دیمیتروگلو و همکاران، 2011)، به طور گسترده‌ای مورد بررسی و تایید قرار گرفته است. علاوه بر این، پروبیوتیک‌ها می‌توانند سیستم ایمنی GI ماهی را با افزایش چشمگیر در تعداد سلو‌های Ig+ روده‌ای، گرانولوسیت‌های اسیدگرا (اسید دوست) و سلول‌های T (پیک‌چیتی و همکاران، 2997؛ 2009) و تحریک بیان ژن سایتوکاین‌های پیش التهابی روده را برانگیزنند (لیو و همکاران، 2013؛ استاندن و همکاران، 2013).

این جنبه‌ها برای گونه‌های مهم آب‌های معتدل و گرم در این فصل ارائه خواهند شد. ماهی‌شناسان اغلب گونه‌های ماهی را به گروه‌های آب‌های سرد، معتدل و گرم تقسیم می‌کنند. به نظر می‌رسد که این طبقه‌بندی نسبتاً قراردادی باشد زیرا فصلی بودن، محدوده زیستگاه و الگوهای مهاجرتی تعیین‌ کننده قرار گرفتن بسیاری از گونه‌های ماهی در بیش از یکی از این دسته‌ها می‌باشند.  در واقع، ماهیان آب‌های معتدل و گرم می‌تواند محدوده دمایی گسترده‌ای را تحمل نماید اما معمولا برای تولید مثل (حدود 20 ∘C برای بسیاری از گونه‌ها) و رشد مطلوب ممعمولاً در دماهای بالای 20 ∘C و رشد ضعیف یا متوقف شده در دمای پایین‌تر از 10–15 ∘C رخ می‌دهد (FAO 1989). به منظور ارائه یک دیگاه کملی از کاربردهای پروبیوتیک در این کتاب، گونه های ماهیان در این روش گروه‌بندی شده‌اند. در این زمینه، این فصل به مرور منابع موجود مرتبط با گونه‌های مهم ماهیان آب‌های معتدل و گرم می‌پردازد: کپورماهیان (Cyprinidae)، تیلاپیا (Cichlidae)، کفشک ماهیان (Solea spp.)، ماهی هامور (گروپر) (Epinephelinae)، گربه ماهی (Siluriformes)، ماهی خاردار اروپایی (Dicentrarchus labrax)، ماهی شاتک طلایی (سیم سر طلایی) (Sparus aurata) و در نهایت ماهی زبرا (Danio rerio) به عنوان مدل‌های مهم ترکیبات زنده موجود در نظر گرفته می‌شوند.

فراتر از این گونه‌های موجود آب گرم، مزایای پروبیوتیک بر ماهی سوکلا (کوبیا) (Rachycentron canadum) (کینگ و همکاران، 2012؛ 2013، زینگ و همکاران، 2013)؛ ماهی اسکار (Astronotus ocellatus) (فیروزبخش و همکاران، 2011)؛ خرگوش ماهی (Siganus rivulatus) (ال داکار و همکاران، 2007)، سگ ماهی (Acipenser persicus) (عسگریان و همکاارن، 2011)؛ ماهی بازماندی (Lates calcarifer) (رنجیپییات و همکاارن، 2008)، لوزی ماهی کالیفرنیا (Paralichthys californicu) (زاکاریاس-سوتو و همکاران، 2011)؛  ماهی کیلی (Fundulus heteroclitus) (لومباردو و همکاران، 2011)؛ پوفر ماهی ژاپنی (
rubripes) (بیسواس و همکاران، 2013؛ دلقک ماهی (Amphiprion ocellaris) (آولا و همکاران، 2010 (الف))؛ ماهی قرمز (Carassius auratus) (سوگیت و همکاران، 2009)، و ماهیان زینتی زنده‌زا نظیر ماهی گوپی (Poecilia reticulate)، ماهی مولی (Poecilia sphenops)، ماهی دم شمشیری سبز (Xiphophorus helleri)، ماهی پلاتی جنوبی (Xiphophorus maculates) (قوش و همگاران، 2007، 2008) و ماهیان زنده‌زا پورت هول (oecilopsis gracilis) (هرناندز و همکاران، 2010) گزارش شده است.

امکان‌سنجی و کارایی تغذیه ماهیان آب‌های گرم با باکتر‌های روبیوتیکی در تحقیقات گسترده‌ای مورد ارزیابی واقع شده‌اند؛ مستندترین آنها عبارت‌اند از باکتری‌های اسیدلاکتیک (LAB)، باسیلوس سوبتیلیس و مخمرها. با این وجود، اخیراً انتخاب، شناسایی و استفاده از گونه‌های (سویه ها) بومی (باکتری‌های جدا شده از ماهی با محیط پرورش بی واسطه آن‌ها) نیز مورد توجه زیادی قرار رگفته‌اند (دیمیتروگلا و همکاارن، 2011؛ تایپا-پانیگوا و همکاران، 2012). تاکنون، بسیاری از این مطالعات در مورد لاورها و بچه ماهی انجام و نشان داده شده است که امکان دقیق تعیین گونه‌های مختلف پروبیوتیک در روده ماهی در طول دوره تغذیه اولیه وجود دارد. پژوهش حاضر نشان می‌دهد که کاربردهای پروبیوتیکی می‌تواند مزایای آن را بر روی تعدادی از گونه‌های مهم ماهیان در آب‌های گرم نشان دهد.

ماهی خاردار اروپایی (DICENTRARCHUS LABRAX L)

ماهی خاردار اروپایی، مهم‌ترین ماهی تجاری است که به طور گسترده‌ای در مدیترانه پرورش داده می‌شود؛ تولید سالانه آن در سال 2011، بیش از 12000 تن بوده است (FAO FIGIS 2013). کشورهای اصلی تولید کننده آن، یونان، ترکیه، ایتالیا، اسپانیا، کرواسی و مصر می‌باشند. با توجه بع ارتباط اقتصادی این گونه‌ها، برخی از مطاعات به بررسی میکروبیوتا روده‌ای پرداخته اند و اثرات بکارگیری پروبیوتیک‌ها را مورد ارزیابی قرار داده‌اند. نشان داده شده است که روده ماهی خاردار اروپایی حاوی یک جمعیت جزئی LAB است. LAB جدا شده از دستگاه GI ماهی خاردار عبارتند از لاکتوباسیلوس فروکتیورانس، لاکتوباسیلوس برویس، لاکتوباسیلوس کارواتوس، لاکتو باسیلوس اسیدوفیلوس، لاکتوباسیلوس ویریدسنس، زیرگونه لاکتو باسیلوس دلبروکی. دلبروکی، لاکتوباسیلوس ایندنری، گونه‌های لاکتوباسیلوس، آئروکوکوس ویریدانس، زیرگونه‌های لاکتوکوکس لاکتیس. لاکتیس، زیرگونه‌های لویکونوستوک منترویدز. منترویدز، انتروکوکوس فاسیوم، انتروکوکوس فکالیس، انتروکوکوس موندتی و انترکوکوس پسودواویم (کارنوالی و همکاارن، 2006؛ سیلوی و همکاران، 2008، برونئی و همکاارن، 2012). مطالعات انجام شده در زمینه بکارگیری پروبیوتیک‌ها برای ماهی خاردار از گونه‌های لاکتوباسیلوس (برخی از آنها بومی هستند)، باسیلوس سوبتیلس، برویباسیلوس برویس، واگوکوس فلویالیس و مخمرها (جدول 10-1) استفاده کرده‌اند و عملکرد رشد بهبود یافته، تحمل تنش و قابلیت باززیستی عالی لارو در برخی از این پژوهش‌ها گزارش شده است.

رشد و تحمل تنش

تجویز زیرگونه‌های لاکتوباسیلوس دلبروکی.دلبروکی به لاور ماهی خاردار در غلظت نهایی 105 باکتری ml−1 از طریق روتیفرها در 11 تا 29 روز پس از خروج از تخم (dph) و از طریق آرتمیانا ناپلی در 30 تا 70 dph (گروه تیمار A) یا تنها از طریق آرتمیا به عنوان حامل در طی 30 تا 70 dph (گروه B) گزارش شده است (کارنوالی و همکاران، 2000). به گروه شاهد، باکتری اضافه نمی‌شود. اندازه‌گیری‌های انجام شده از طول استاندارد و وزن بدن برای ارزیابی رشد بچه ماهی‌ها در 70 dph، افزایش قابل توجه وزن بدن را با توجه به کنترل لارو در هر دو گروه تغذیه شده با پروپیوتیک نشان می‌دهد. بالاترین رشد در گروه A (85 ± 5.36 mg) مشاهده می‌شود، اما لارو گروه B نیز به طور قابل توجهی سنگین‌تر (60 ± 6.7mg) از شاهد هستند. علاوه بر این، افزایش در نسخه‌برداری IGF-I در ماهی تحت تیمار با LAB دیده شد: IGF-ImRNAlevelswere شش برابر بالاتر از هر دو گروه تحت تمار با پروبیوتیک با توجه به شاهد. در مقابل، نسخه‌برداری میوستاتین mRNA در گروه‌های تیمار پروپیوتیکی به طور قابل توجهی مهار شدند. این نتایج با توجه به افزایش وزرن بدن در این مطالعه ارائه شده‌اند. ماهی تغذیه شده در LAB، وزن بدن بالاتر از 81% در گروه A و 28% در گروه B را با توجه به گروه شاهد نشان داد. زیرگروه لاکتوباسیلوس دلبروکی.دلبروکی نیز سطوح کورتیزول را کاهش داده است.

در میان پروبیوتیک‌ها، مخمرها معمولا از دستگاه گوارش ماهی جدا گشته و بیشتر به عنوان افزودنی‌های خوراکی کاربردی بکار برده می‌شود (Gatesoupe، 2007). تجویز جیره غذایی مخمر دباریومایس هانسنی زنده در ca. 106 CFU g–1 برای لاور ماهی خاردار، بلوغ دستگاه گوارش را تسریع بخشید (50 mg در مقابل 25 mg) (توار و همکاران، 2002) و موجب افزایش قابل توجهی در وزن بدن، دو برابر گروه شاهد در 48 dph شد (توار-رامیرز و همکاران، 2004). علاوه بر این، تجویز دباریومایس هانسنی همچنین وضعیت‌های آنتی اکسدانی لاروز ماهی خاردار را همانند بیان ژن و فعالیت‌های آنزیمی کاتالاز، سوپراکسید دیسموتاز (SOD) و گلوتاتیون پراکسیداز (GPX) کاهش می‌دهد (توار-رامرز و همکاران، 2010).

این تحلیل‌ها در 23 و 48 dph در بخش لانکراس دستگاه گوارش (شامل پانکراس، کبد، محور مهره‌ها، عضلات و بخشی از روده) اجرا شده و تفاوت بین شاهدها و لاروهای تغذیه شده با مخمر را نشان می‌دهد. در 23 dph، یک اوج در بیان ژن‌های SOD و GPX و افزایش فعالیت آنزیم SOD در گروه شاهد، دیده شد که بیانگر حضور تنش اکیسداتیو می‌باشد، این مورد در گروه تغذیه شده با مخمر مشاهده نشد. تغییرات در الگوهای آنزیم و بیان ژن با فرض دخالت احتمالی حفظ انیون سوپراکسید در لارو ماهی، به حضور مخمر نسبت داده می‌شود که می‌تواند اهمیت را برحسی حساسیت سلول یا بافت نسبت به ضرایب افزایش رشد/تفکیک به میزبان نشان دهد. تغییری در پروتئین شوک حرارتی 70 (HSP70) در لاروهای ماهی خاردار تغذیه شده با دباریومایس هانسنی در 23 و 48 dph ظاهر نشد.

اثرات پروبیوتیک‌ها بر سیستم ایمنی ماهی خاردار اروپایی

دستکاری در سیستم گوارش لارو در آبزی‌پروری با اضافه نمودن پروبیوتیک‌ها از طریق آب محل کشت یا غذای زنده، یک ابزار مهم در مدیریت جوامع باکتریایی ماهی و تعاملات پاتوژن – میزبان است (Verschuere و همکاران، 1999؛ 2000 (الف) و (ب)). با این‌که به طور گسترده‌ای پذیرفته شده است که باکتری‌های پروبیوتیک انتخاب شده قادر به تحریک سیستم ایمنی میزبان هستند (نایاک و همکاارن، 2010، دمیتروگلا و همکاران، 2011)، اما مکانیسم‌های عملکرد پروبیوتیک در ماهی به طور کامل درک نشده است. در اولین مطالعه‌ای که تعامل بین پروبیوتیک‌ها و سیستم ایمنی لارو ماهی خاردار و مرحله بعد از لاروی مورد ارزیابی قرار گرفته، زیرگونه لاکتوباسیلوس دلبروکی. دلبروکی (AS13B) آزمایش و از میکروبیوتای روده‌ای ماهی خاردار بالغ جدا شد (پیک چیت و همکاران، 2009). زیرگونه لاکتوباسیوس دلبروکی.دلبروکی به طور زنده و از طریق روتیفر Brachionus plicatilis و آرتمیا سالینا به عنوان حامل به ماهی خاردار پرورشی تجویز می‌شوند. نتایج نشان دادند که یکپارچگی روده ماهی تحت تیمار بدون تغییر حفظ شده در حالی‌که چگالی گرانولویست اسیدگرا در مخاط روده به طور قابل توجهی بالاتر از شاهدهاست.