por Maxime Hugonin e Stéphane Frouel, MiXscience, França
Atividade antimicrobiana onipresente de um novo aditivo alimentar contra vários patógenos em sistemas de aquicultura
Como uma fonte potencial de proteína de amanhã, para uma população sempre crescendo, a indústria da aquicultura enfrenta vários desafios. Para alcançar a demanda, a produção de rendimento deve ser maximizada. Desta maneira, os fazendeiros sempre aumentam suas densidades de estocagem, passando de cultura intensiva para superintensiva, levando ao aparecimento e propagação de novos patógenos com uma multiplicação de surtos de doenças.
As primeiras pessoas impactadas por esses problemas são os agricultores. Essa pressão patogênica afeta significativamente a economia da agricultura. A principal solução para esse problema continua sendo o uso de antibióticos, graças à sua fácil utilização no tratamento curativo e aos seus efeitos visíveis e rápidos. Infelizmente, o uso e abuso de produtos químicos levanta preocupações de saúde pública, por causa da resistência aos antibióticos, e efeitos adversos no meio ambiente. Então, esse remédio participa da má imagem associada à produção aquícola e produz mudanças na opinião pública.
Pesquisas ativas estão em andamento em seu trabalho árduo para explorar alternativas. Este artigo relata o uso de um fitogênico natural, com base em extratos de plantas especificamente selecionados, para controlar um amplo espectro de patógenos em sistemas de aquicultura. A história do produto começou em um laboratório, associado a testes RID, e terminou em campo em escala maior e comercial. Assim, os efeitos antimicrobianos deste fitogênico foram investigados tanto in vitro quanto in vivo, que fornece um feedback robusto e pragmático sobre seus benefícios.
Mecanismos de ação
O amplo espectro da atividade antimicrobiana desse aditivo alimentar é baseado em mecanismos de ação específicos com alvos comuns entre os patógenos:as proteínas. As propriedades antimicrobianas deste fitogênico são fornecidas por Compostos Orgânicos de Enxofre (SOCs) de extratos de Alliaceae. A família Alliaceae inclui 13 gêneros e 600 espécies. Os principais representantes são a cebola, alho, alho-poró, chalotas e cebolinhas.
Alguns estudos de pesquisa levantam a possibilidade de que, em sistemas biológicos, Os SOCs podem penetrar muito rapidamente em diferentes compartimentos das células onde exercem seus efeitos biológicos. Dependendo do patógeno, existem várias maneiras de os SOCs penetrarem nas células (ver figura 1)
Devido ao seu baixo peso molecular, Os SOCs podem se difundir facilmente por diferentes processos no volume interno das vesículas, no citoplasma de bactérias, (Gram - ou Gram +), ou em vírus. Esse é o caso de Gram - onde a camada de peptidoglicano é pequena.
SOCs fornecem as propriedades antibacterianas fitogênicas, devido a diferentes interações com compostos celulares. Uma vez na célula, Os SOCs se combinam com certas proteínas para alterar a fixação e deslocar as funções do tiol, contido em pontes dissulfeto envolvidas na estrutura de proteínas e enzimas. Sem sua conformação 3D, as proteínas desnaturadas não são mais funcionais, (veja a figura 2).
Entre as funções alteradas, expressão genetica, metabolismo energético e síntese de proteínas são algumas funções associadas, cuja alteração leva a um mau funcionamento global da célula, a sua apoptose final e, em seguida, a morte do patógeno, (veja a figura 3).
Para bactérias, SOCs parecem ter como alvo múltiplas vias, incluindo a modulação de atividades enzimáticas (por exemplo, glutationa S-transferase, envolvido em várias vias vitais), a inibição de enzimas de DNA (girase, polimerase), o afeto da via intrínseca para a morte celular por apoptose e a maquinaria do ciclo celular. SOCs também podem bloquear a síntese de poliaminas, bem como interromper os microtúbulos celulares (que formam o citoesqueleto e o fuso mitótico nas células), solicitado para divisão celular.
Os efeitos antiproliferativos e antimicrobianos dos compostos SOC parecem estar relacionados à indução da apoptose celular, resultantes da alteração de células patogênicas.
Para vírus, Os SOCs irão alterar a proteína de seu capsídeo. Sem a proteção do genoma fornecida por este envelope protéico, os vírus morrerão no mesmo modelo da apoptose de células microbianas.
Potencial do produto:Uma avaliação de três escalas "
Em vitro, a eficácia do produto foi avaliada por meio de testes de concentração inibitória mínima (CIM) e concentração bactericida mínima (MBC).
Usando métodos de microdiluição, o efeito de inibição do crescimento do fitogênico contra uma ampla gama de patógenos, de sistemas de aquicultura de água do mar e água doce, foi comparado ao MIC de extratos naturais conhecidos por terem alto potencial antimicrobiano, como o carvacrol, de óleos de orégano e tomilho, citral, isolado de óleo cítrico e eugenol, de óleo de cravo.
Além disso, para avaliar o real potencial deste produto como alternativa antibiótica, MIC e MBC foram comparados a antibióticos comuns usados na aquicultura (oxitetraciclina, eritromicina e enrofloxacina).
Os resultados in vitro indicaram que este aditivo alimentar apresentou uma ampla ação bactericida, uma vez que exibiu alta eficiência contra bactérias gram-positivas e gram-negativas. Além disso, mostrou a atividade antimicrobiana mais forte, em comparação com produtos em espécie. O fitogênico experimental apresentou o menor MIC de 16 a 125 ppm versus 32 a 250 ppm para o carvacrol, 64 para 1, 000 ppm para citral e 64 a 2000 ppm para eugenol (ver Tabela 1).
Ele também demonstrou uma concentração inibitória e bactericida mínima na mesma ordem de magnitude (menos de uma unidade logarítmica de diferença) do que os antibióticos testados (Tabela 2).
Com base nesses estudos promissores, o produto foi então aplicado em testes de desafio.
Os ensaios de laboratório in vivo foram realizados em diferentes espécies:peixes de água doce (robalo), peixes de água quente (tilápia) e camarão marinho (camarão de perna branca) que têm sido desafiados por diferentes patógenos em um protocolo de uso preventivo do produto.
Começar com, os animais foram aclimatados à condição experimental (entre uma a quatro semanas), antes de ser alimentado continuamente com o feed experimental, contendo o fitogênico, a uma concentração de 1-2 kg / tonelada de ração (ver figura 4).
Após um período de três ou quatro semanas, de acordo com a espécie, os peixes e camarões foram desafiados com o patógeno selecionado e alimentados com o produto por pelo menos mais duas semanas após o desafio. A sobrevivência foi então observada (ver figura 5).
Os resultados apresentados na figura 5 mostram claramente uma melhora significativa na sobrevida (ANOVA p <0,05), independentemente das espécies cultivadas e patógenos associados (bactérias ou vírus). O uso do fitogênico aumentou a taxa de sobrevivência dos camarões em 54 por cento contra Vibrio Parahaemolyticus, e 52 por cento contra a síndrome da mancha branca, as duas principais doenças encontradas pela indústria.
Em peixes, mesmo que os resultados sejam um pouco menos impressionantes (devido ao sistema imunológico existente para peixes, em seguida, menor taxa de mortalidade para controle), eles ainda são significativos, e a redução da mortalidade também pode representar um ganho econômico confiável com um aumento de sobrevivência de 18 por cento para robalo contra Pasteurella e 19 a 12 por cento para tilápia contra Streptococcus e Francissella, respectivamente.
Durante os testes de pesquisa, os resultados significativos confirmaram o efeito antimicrobiano do fitogênico observado em escala de laboratório. Para validar definitivamente esses benefícios, um último, mas não menos importante, passo foi dado:testes em condições reais de cultivo.
Escala de campo comercial
O efeito do fitogênico foi testado em condições de cultivo comercial para duas espécies no Vietnã, (camarão e tilápia), e na Turquia para o robalo e o robalo. Para estes últimos peixes, cinco ensaios foram realizados para avaliar os efeitos do fitogênico no controle de doenças, encontrados aleatoriamente em condições naturais, e compará-los aos antibióticos ". Os peixes enfrentaram vibriose, Flexibacteriose ou infecções parasitárias (ver tabela 3). Interessantemente, a utilização do produto a 5Kg / tonelada de ração, durante 20 dias após o primeiro aparecimento dos sintomas, levar a um controle completo da doença (pelo menos tão eficiente quanto os antibióticos) e uma recuperação total com um retorno ao estado metabólico inicial dos animais.
Para tilápia em gaiolas, o fitogênico foi aplicado temporariamente na dosagem de controle da doença de 4kg / tonelada de ração durante 14 dias após o surgimento da infecção estreptocócica. Foi aplicado na mesma quantidade, por uma duração de 35 dias, em camarões cultivados em tanques externos após o aparecimento de Vibriose. O efeito antimicrobiano do fitogênico foi confirmado, sob condições de cultivo, onde apoiou significativamente a resistência de tilápia e camarão (ANOVA p <0,05) quando desafiados com Streptococcus spp. e Vibrio spp. respectivamente (ver figuras 6 e 7).
Concluímos que este novo aditivo alimentar fornece controle eficiente contra uma variedade de patógenos e pode ser considerado como uma abordagem holística e natural de redução do uso de antibióticos em sistemas de aquicultura. Os dados do ensaio também mostraram a eficácia do aditivo funcional para contrabalançar surtos de doenças e manter um desempenho de crescimento confiável e lucro agrícola.
Além disso, este novo fitogênico pode ser aplicado em uma ampla gama de condições, seja continuamente como um agente profilático, ou durante certos períodos críticos como um agente curativo. A duração ideal da aplicação é de pelo menos 14 dias antes de qualquer período crítico conhecido, ou após o primeiro aparecimento dos sintomas da doença.
Recentemente, a eficiência do produto foi estendida a novas espécies contra o novo patógeno:Rickettsia (Salmonid RickettsialSepticaemia) no Chile. O uso do produto em grande escala mostrou benefícios, em termos de taxa de sobrevivência, e, em seguida, o retorno econômico do investimento.
Novos testes também foram conduzidos contra o devastador e emergente vírus do lago da tilápia (TiLV) e mostraram resultados positivos a serem confirmados em condições de campo. No Vietnã, de 219 tanques de camarão de 219 tanques usando o fitogênico, 75 por cento não mostraram qualquer mortalidade e apenas 15 por cento mostraram mortalidade devido a EMS, 4 por cento devido a WSSD e apenas 2 por cento da síndrome das fezes brancas.
A história de sucesso continua, precisamos manter o ímpeto!
Figura 1:( Abaixo) Natureza das formas potenciais de penetração de SOCs na célula
Figura 2: (Canto superior direito) Desnaturação de proteínas microbianas por fixação de SOCs em pontes dissulfeto
Figura 3: (Embaixo à direita) Alterações metabólicas funcionais por SOCs contidas no fitogênico
Figura 4: Protocolo de aplicação de produto preventivo para ensaios de laboratório in vivo para três espécies de aquicultura testadas
Figura 5: Efeito geral do fitogênico na sobrevivência final (controle vs aplicação de dosagem preventiva)
Figura 6: Efeito curativo do fitogênico na tilápia após desafio estreptocócico
Figura 7: Efeito curativo do fitogênico em camarões após desafio com Vibriose
