de Maxime Hugonin y Stéphane Frouel, MiXscience, Francia
Actividad antimicrobiana ubicua de un nuevo aditivo para piensos contra varios patógenos en sistemas de cultivo de acuicultura
Como fuente potencial de proteínas del mañana, para una población en constante crecimiento, la industria de la acuicultura se enfrenta a varios desafíos. Para alcanzar la demanda la producción de rendimiento debe maximizarse. De este modo, los agricultores siempre aumentan su densidad de población, pasando de cultivo intensivo a superintensivo, conduciendo a la aparición y propagación de nuevos patógenos con una multiplicación de brotes de enfermedades.
Las primeras personas afectadas por estos problemas son los agricultores. Esta presión patógena tiene un impacto significativo en la economía de la agricultura. La principal solución a este problema sigue siendo el uso de antibióticos, gracias a su fácil uso en tratamientos curativos y sus efectos visibles y rápidos. Desafortunadamente, el uso y abuso de sustancias químicas plantea problemas de salud pública, debido a la resistencia a los antibióticos, y efectos adversos sobre el medio ambiente. Luego, este remedio participa de la mala imagen asociada a la producción acuícola y produce cambios en la opinión pública.
Se están realizando investigaciones activas en su arduo trabajo para explorar alternativas. Este artículo informa sobre el uso de un fitogénico natural, basado en extractos de plantas específicamente seleccionados, para controlar un amplio espectro de patógenos en los sistemas de acuicultura. La historia del producto partió de un laboratorio, asociado con los ensayos RID, y terminó en el campo a mayor escala y comercial. Por lo tanto, Los efectos antimicrobianos de este fitogénico se han investigado tanto in vitro como in vivo, que proporciona una retroalimentación sólida y pragmática sobre sus beneficios.
Mecanismos de accion
El amplio espectro de actividad antimicrobiana de este aditivo para piensos se basa en mecanismos de acción particulares con objetivos comunes entre los patógenos:las proteínas. Las propiedades antimicrobianas de este fitogénico las proporcionan los compuestos orgánicos de azufre (SOC) de extractos de Alliaceae. La familia Alliaceae incluye 13 géneros y 600 especies. Los principales representantes son cebolla, ajo, Puerro, chalotes y cebolletas.
Algunos estudios de investigación plantean la posibilidad de que, en sistemas biológicos, Los COS pueden penetrar muy rápidamente en diferentes compartimentos de las células donde ejercen sus efectos biológicos. Dependiendo del patógeno, Hay varias formas de que los SOC penetren en las células (consulte la figura 1).
Debido a su bajo peso molecular, Los COS pueden difundirse fácilmente mediante diferentes procesos en el volumen interno de las vesículas, en el citoplasma de las bacterias, (Gramo - o Gramo +), o en virus. Ese es el caso de Gram, donde la capa de peptidoglicano es pequeña.
Los SOC otorgan propiedades antibacterianas fitogénicas, debido a las diferentes interacciones con los compuestos celulares. Una vez en la celda, Los SOC se combinan con ciertas proteínas para alterar la fijación y dislocar las funciones del tiol. contenidos en puentes disulfuro implicados en la estructura de proteínas y enzimas. Sin su conformación 3D, las proteínas desnaturalizadas ya no funcionan, (ver figura 2).
Entre las funciones alteradas, la expresion genica, el metabolismo energético y la síntesis de proteínas son algunas funciones asociadas, cuya alteración conduce a un mal funcionamiento global de la célula, hasta su apoptosis final y luego la muerte del patógeno, (ver figura 3).
Para las bacterias, Los SOC parecen apuntar a múltiples vías, incluida la modulación de las actividades enzimáticas (p. Ej., Glutatión S-transferasa, involucrado en varias vías vitales), la inhibición de las enzimas del ADN (girasa, polimerasa), la afección de la vía intrínseca de la muerte celular apoptótica y la maquinaria del ciclo celular. Los SOC también pueden bloquear la síntesis de poliaminas, así como alterar los microtúbulos celulares (que forman el citoesqueleto y el huso mitótico en las células), solicitado para la división celular.
Los efectos antiproliferativos y antimicrobianos de los compuestos SOC parecen estar relacionados con la inducción de la apoptosis celular, resultante de la alteración de células patógenas.
Para virus, Los SOC alterarán la proteína de su cápside. Sin la protección del genoma proporcionada por esta envoltura proteica, los virus morirán en el mismo modelo que la apoptosis de células microbianas.
Potencial del producto:una evaluación de tres escalas
In vitro, La eficacia del producto se ha evaluado mediante pruebas de concentración mínima inhibitoria (MIC) y concentración bactericida mínima (MBC).
Utilizando métodos de microdilución, el efecto inhibidor del crecimiento del fitogénico contra una amplia gama de patógenos, de los sistemas de acuicultura de agua de mar y agua dulce, se ha comparado con la CMI de extractos naturales que se sabe que tienen un alto potencial antimicrobiano como el carvacrol, de aceites de orégano y tomillo, citral, aislado de aceite de cítricos y eugenol, de aceite de clavo.
Es más, con el fin de evaluar el potencial real de este producto como alternativa antibiótica, Se compararon MIC y MBC con antibióticos comunes utilizados en la acuicultura (oxitetraciclina, eritromicina y enrofloxacina).
Los resultados in vitro indicaron que este aditivo alimentario mostró una amplia acción bactericida, ya que exhibió una alta eficacia contra bacterias gram-positivas y gram-negativas. Además, mostró la actividad antimicrobiana más fuerte, en comparación con los productos en especie. El fitogénico experimental presentó la CIM más baja de 16 a 125 ppm versus 32 a 250 ppm para carvacrol, 64 a 1, 000 ppm para citral y 64 a 2000 ppm para eugenol (ver Tabla 1).
También demostró una concentración mínima inhibitoria y bactericida en el mismo orden de magnitud (menos de una unidad logarítmica de diferencia) que los antibióticos probados (Tabla 2).
Basado en estos estudios prometedores, A continuación, el producto se aplicó en ensayos de provocación.
Los ensayos de laboratorio in vivo se han realizado en diferentes especies:peces de agua dulce (lubina), peces de agua tibia (Tilapia) y camarones marinos (White Leg Shrimp) que han sido desafiados por diferentes patógenos en un protocolo de uso preventivo del producto.
Para empezar, los animales se han aclimatado a condiciones experimentales (entre una y cuatro semanas), antes de ser alimentados de forma continua con el pienso experimental, que contiene el fitogénico, a una concentración de 1-2 kg / tonelada de alimento (Ver figura 4).
Después de un período de tres o cuatro semanas, según la especie, los peces y los camarones se han desafiado con el patógeno seleccionado y se han alimentado con el producto durante al menos dos semanas más después del desafío. Luego se observó la supervivencia (ver figura 5).
Los resultados presentados en la figura 5 muestran claramente una mejora significativa en la supervivencia (ANOVA p <0.05), independientemente de las especies cultivadas y los patógenos asociados (bacterias o virus). El uso del fitogénico aumentó la tasa de supervivencia del camarón en un 54 por ciento contra Vibrio Parahaemolyticus, y el 52 por ciento contra el síndrome de la mancha blanca, las dos principales enfermedades que enfrenta la industria.
En pescado incluso si los resultados son un poco menos impresionantes (debido al sistema inmunológico existente para los peces, entonces una tasa de mortalidad más baja para el control), siguen siendo significativos, y la reducción de la mortalidad también puede representar una ganancia económica confiable con un aumento de supervivencia del 18 por ciento para la lubina contra Pasteurella y del 19 al 12 por ciento para la tilapia contra Streptococcus y Francissella, respectivamente.
Durante los ensayos de investigación, los resultados significativos confirmaron el efecto antimicrobiano del fitogénico observado a escala de laboratorio. Para validar definitivamente estos beneficios, Se ha dado un último paso, pero no menos importante:ensayos en condiciones reales de cultivo.
Escala de campo comercial
El efecto del fitogénico se probó en condiciones de cultivo comercial para dos especies en Vietnam, (camarones y tilapia), y en Turquía para la dorada y la lubina. Por estos últimos peces, Se han realizado cinco ensayos para evaluar los efectos del fitogénico en el control de enfermedades. reunidos al azar en condiciones naturales, y compararlos con los de los antibióticos. Los peces se han enfrentado a Vibriosis, Flexibacteriosis o infecciones parasitarias (ver tabla 3). Curiosamente, el uso del producto a 5Kg / tonelada de pienso, durante 20 días después de la aparición de los primeros síntomas, conducir a un control completo de la enfermedad (al menos tan eficaz como los antibióticos) y una recuperación total con un retorno al estado metabólico inicial de los animales.
Para la tilapia en jaulas, el fitogénico se aplicó temporalmente a una dosis de control de la enfermedad de 4 kg / tonelada de alimento durante 14 días después de la aparición de una infección estreptocócica. Se aplicó en la misma cantidad, por una duración de 35 días, en camarones cultivados en estanques al aire libre después de la aparición de Vibriosis. Se confirmó el efecto antimicrobiano del fitogénico, en condiciones agrícolas, donde apoyó significativamente la resistencia de la tilapia y el camarón (ANOVA p <0.05) cuando fue desafiado con Streptococcus spp. y Vibrio spp. respectivamente (ver figuras 6 y 7).
Concluimos que este nuevo aditivo para piensos proporciona un control eficiente contra una variedad de patógenos y podría considerarse como un enfoque holístico y natural para reducir el uso de antibióticos en los sistemas de acuicultura. Los datos de los ensayos también mostraron la eficacia del aditivo funcional para contrarrestar los brotes de enfermedades y mantener un rendimiento de crecimiento y una rentabilidad agrícola fiables.
Es más, este nuevo fitogénico se puede aplicar en una amplia gama de condiciones, ya sea de forma continua como agente profiláctico, o durante ciertos períodos críticos como agente curativo. La duración óptima de la aplicación es de al menos 14 días antes de cualquier período crítico conocido. o después de la primera aparición de síntomas de la enfermedad.
Recientemente, la eficiencia del producto se extendió a nuevas especies contra un nuevo patógeno:Rickettsia (Salmonid RickettsialSepticaemia) en Chile. El uso a gran escala del producto ha mostrado beneficios, en términos de tasa de supervivencia, y luego rentabilidad económica de la inversión.
También se han realizado nuevos ensayos contra el devastador y emergente virus del lago Tilapia (TiLV) y han mostrado resultados positivos que deben confirmarse en condiciones de campo. En Vietnam, de 219 estanques de camarones de 219 estanques que utilizan el fitogénico, El 75 por ciento no mostró ninguna mortalidad y solo el 15 por ciento ha mostrado mortalidad debido a EMS, 4 por ciento debido a WSSD y sólo 2 por ciento síndrome de heces blancas.
La historia de éxito continúa, ¡Necesitamos mantener el impulso!
Figura 1:( Abajo) Naturaleza de las posibles formas de penetración de los COS en la célula
Figura 2: (Arriba a la derecha) Desnaturalización de proteínas microbianas mediante la fijación de SOC en puentes disulfuro
Figura 3: (Abajo a la derecha) Alteraciones metabólicas funcionales por los SOC contenidos en el fitogénico
Figura 4: Protocolo de aplicación de productos preventivos para ensayos de laboratorio in vivo para tres especies de acuicultura probadas
Figura 5: Efecto global del fitogénico sobre la supervivencia final (control vs aplicación de dosis preventiva)
Figura 6: Efecto curativo de los fitogénicos en la tilapia después del desafío estreptocócico
Figura 7: Efecto curativo de fitogénicos en camarones después del desafío de Vibriosis
