Резултатите показват влияние на абиотични, биотични фактори
Сред инфекциозните болести на скаридите от пенеиди, синдромът на бялото петно (WSS) и острата хепатопанкреатична некроза (AHPND, по-рано наричана „синдром на ранна смъртност“ или EMS) в момента са най-сериозните заплахи за фермерите на скариди. WSS се причинява от вируса на синдрома на бялото петно (WSSV), докато AHPND е нововъзникваща бактериоза, причинена от вирулентни щамове на Vibrio parahaemolyticus и V. harveyi. Приемането на практики за биосигурност във фермите е необходимо, за да се ограничи навлизането на патогени в културните системи.
Сред практиките за биозащита във фермите в скаридите, биофлокната супер интензивна технология (BFT) е обещаваща алтернативна културна система. Широко разпространено е мнението, че BFT културата подобрява имунитета на ракообразните, което води до високи нива на оцеляване дори при бактериални и вирусни инфекции. Въпреки че механизмите, залегнали в основата на стабилността на скаридите, все още не са разбрани, по-скоро се очаква непрекъснато състояние на имуностимулация, като се има предвид изобилието от свързани с микроби молекулярни модели (MAMPs), налични в BFT системи, които могат да активират вродените имунни отговори.
Тъй като водната среда може да повлияе на състава и изобилието на микробиотата, са много необходими изследвания, фокусиращи приноса на BFT върху създаването на чревна микробиота на скариди. Освен това вече е добре установено, че коменсалната микробиота е от съществено значение за правилната функционалност на физиологията на гостоприемника. Изненадващо, характеристиката на микробните съобщества, присъстващи в храносмилателния тракт на култивирани видове скариди, е открита едва наскоро.
Доколкото ни е известно, в литературата е наличен само един доклад относно описанието на чревните бактериални съобщества от вид пенейд - тихоокеанските сини скариди (Litopenaeus stylirostris) - отглеждани в BFT система. Освен това не се знае нищо за бактериома (специализиран орган със специализирани клетки, които осигуряват подслон и хранителни вещества на бактериите, като същевременно защитава животното гостоприемник) пластичност в скариди, заразени от WSSV, един от най-важните патогени в отглеждането на скариди.
Тази статия - адаптирана и обобщена от оригинална публикация - е предназначен да характеризира изобилието и състава на чревните бактериални съобщества на най-важните видове пеней, тихоокеанските бели скариди (L. vannamei), отглеждани в BFT и чиста система с морска вода. По същия начин се изследва пластичността на бактериома на средното черво от скариди, предизвикана от WSSV. Нашите резултати носят нови доказателства за влиянието на културата на биофлока и вирусното предизвикателство върху бактериома на скаридите, предоставяйки нови прозрения за бъдещите изследвания относно ролята на микробиотата върху чревния имунитет на култивирания пеней.
Настройка на проучването
L. vannamei postlarvae (на пет дни, PL5) от търговски люпилня за скариди (Aquatec LTDA Canguaratema, Rio Grande do Norte, Бразилия) бяха използвани в това проучване в лабораторията за морски скариди (Федерален университет в Санта Катарина, Флорианополис, Бразилия) . Културата на биофлока първоначално е създадена в 50-кубичен матричен резервоар и експерименталният дизайн е показан на фиг. 1.
PLs от скариди са били складирани на случаен принцип в осем 9-кубически вътрешни резервоара, с четири BFT резервоара и четири чисти резервоара за система с морска вода, при първоначална плътност на отглеждане съответно от 300 и 20 PL5 на кубичен метър. Резервоарите бяха непрекъснато аерирани (разтворен кислород> 5 mg/L) и държани при контролирана температура (29 ± 1 градуса -С) и соленост (34 до 35 ppt).
След ларвите се хранят четири пъти на ден с търговска диета (Guabi Potimar), а водата в резервоара се обменя на 80 процента дневно. След четири месеца, когато скаридите са станали 5- до 8-грамови млади, около 30 процента от животните от всеки резервоар/група са избрани на случаен принцип, за да потвърдят, че скаридите са свободни от WSSV, като се използва вложен PCR анализ и след това 120 животни от всяка културна система бяха прехвърлени в лабораторията по имунология, приложена към аквакултурите (Федерален университет в Санта Катарина, Флорианополис, Бразилия) за различни тестове и анализи.
За подробно описание на експерименталния дизайн; WSSV per os (орално) предизвикателство и събиране на средните черва; екстракция на геномна ДНК (gDNA); Подготовка на 16S рРНК генна библиотека и последователност с висока производителност; и анализ на данните за последователността, вижте оригиналната публикация.
Резултати и дискусия
Нашето проучване изследва динамиката на бактериалните общности (изобилие и филогенетичен състав) в средното черво на скаридите в отговор на два важни абиотични и биотични фактора, свързани със отглеждането на скариди (културна система и вирусна инфекция) чрез оценка на секвенцията на 16S рРНК [тази техника се използва в възстановяване на филогении - еволюционни истории - поради бавните темпове на еволюция на този регион на гена]. Генерирахме две бактериални 16S rRNA генни библиотеки от средните черва на скариди, култивирани в BioFloc Technology (библиотека „BFT“) и в система с чиста морска вода (библиотека „CWS“). По същия начин две други библиотеки бяха генерирани от средните черва на скариди, предизвикани с WSSV, използвайки per os метод (библиотеки „BFT.W“ и „CWS.W“).
Анализът на диаграмите на Venn [които показват всички възможни логически връзки между краен набор от различни набори] разкрива значителни разлики в честотното разпределение на бактериалните оперативни таксономични единици (OTU; оперативна дефиниция, използвана за класифициране на групи от тясно свързани индивиди) според културната система (BFT и CWS) и вирусно предизвикателство (фиг. 2). Средните черва на животни, отглеждани в BFT, показват по-голям брой OTU в сравнение с тези от CWS. Петстотин седемдесет и една OTU бяха открити изключително в скариди, отглеждани в биофлоки (361 в BFT, 111 в BFT.W и 99 и в двете групи), докато 298 OTU бяха изключени от скариди, отглеждани в чиста морска вода (162 в CWS, 121 в CWS.W и 15 и при двете условия).
Фигура 2: Диаграма на Venn, показваща уникални и споделени оперативни таксономични единици (OTU) на бактерии в средното черво от Litopenaeus vannamei, отглеждани в биофлока (BFT) и чиста морска вода (CWS) и предизвикани от WSSV (BFT.W и CWS.W), използвайки метод per os.
По-големият брой изключителни OTU от пробите на BFT може да отразява разнообразието на микробиома на биофлокната среда. Вирусното предизвикателство доведе до появата на ексклузивни OTU във всяко условие за отглеждане: 111 OTU за BFT.W и 121 за CWS.W. Освен това, изключителни OTU (n = 174) се споделят само от предизвиканите животни и при двете условия на отглеждане. Тези открития предполагат, че това изместване на бактериалната общност в средното черво е свързано с наличието на вирус. И накрая, 60 OTU бяха споделени между всички извадки, което представлява 4,61% от общите OTU. Това подмножество бактерии, присъстващо във всички групи, може да представлява релевантни микроорганизми за основната структура и функция на чревната микробиота на скаридите. Допълнителни изследвания върху взаимодействието на скариди и вируси на микробиота, свързани със системата за отглеждане на BFT, заслужават да бъдат проучени в бъдеще.
По отношение на влиянието на условията на отглеждане върху бактериалните съобщества на средните черва на скаридите, широко се смята, че съставът на коменсалната микробиота при възрастни членестоноги [безгръбначни животни с екзоскелет (външен скелет), като насекоми и ракообразни] изглежда е тясно свързан с първоначалния излагане на микроорганизми през ранния им живот. Следователно култивирахме нашите скариди в BFT и CWS в продължение на четири месеца (PL5 до 5 до 8 грама) преди лабораторното тестване. В нашия анализ получените висококачествени 16S рРНК генни последователности бяха класифицирани в 33 прокариотни фили, които принадлежат към домейна Бактерии. Най-представителните фили, идентифицирани в средното черво на L. vannamei, са протеобактерии, Bacteroidetes, Actinobacteria и Firmicutes. Въпреки това, честотното разпределение на чревните бактериални съобщества се различава според системата за отглеждане (Фиг. 3).
Фиг. 3: Относително изобилие от най-разпространените бактериални видове и семейства, идентифицирани в средното черво на L. vannamei (подчертано в червено на изображението, което не е в мащаб), отглеждани в биофлока (BFT) и чиста морска вода (CWS), и 48 часа след орално предизвикване с вирус на синдром на бяло петно (BFT.W и CWS.W).
Родът Vibrio е съставен от бързо растящи водни бактерии, способни да колонизират храносмилателния тракт на различни животни, включително пенейдите. Много видове вибрио са опортюнистични патогени в скаридите при стресови условия, като лошо хранене, ниско качество на водата и имунна депресия. В култивираните скариди тази бактериална група е многократно замесена в стомашно-чревни заболявания, водещи до висока смъртност на скариди. Микроорганизмите, присъстващи в BFT вода, могат да действат срещу патогенни бактерии, като се съревновават за субстрат и хранителни вещества, произвеждат инхибиторни съединения и се намесват в бактериалното кворум-засичане [система от стимули и отговор, корелирана с плътността на популацията, използвана от много бактерии за координиране на генната експресия според до плътността на тяхното местно население] комуникация.
Интересното е, че две семейства протеобактерии, Rhodobacteraceae и Enterobacteriaceae, са по-обилни в средното черво на скаридите, отглеждани в BFT, отколкото в CWS, представлявайки около 15% в BFT и по-малко от 4% в CWS. Ролята на това бактериално семейство в чревната микробиота на скаридите не е добре разбрана, но се смята, че BFT системата може да благоприятства присъствието на това семейство бактерии поради високата концентрация на суспендирано твърдо вещество, което може да се използва като места за растеж от Rhodobacteraceae. Членовете на семейството могат да установят антагонистична активност, ограничаваща оцеляването на патогенния вибрион. Следователно бихме могли да предположим, че по-голямото изобилие на Rhodobacteraceae в средното черво на L. vannamei, отглеждано в BFT, може да бъде свързано с по-ниско изобилие на Vibrionaceae.
Нашите открития показват, че бактериомът от скариди, отглеждан в BFT, е бил по-разнообразен и по-богат в сравнение с този от животни, отглеждани в чиста морска вода, където преобладаващата бактериална общност са Vibrionaceae. Водата от BFT е особено богата на органични вещества и суспендирани частици, които могат да благоприятстват бактериите, които използват органични вещества и азотни съединения за растеж. В допълнение, системата за отглеждане на BFT очевидно причинява важни модификации в микробиотата на средните черва на скаридите в сравнение с CWS, което потвърждава факта, че микробиотата от храносмилателния тракт на водните животни е пряко повлияна от околната среда. В допълнение, идеята да се разглежда BFT като „естествена пробиотична система“ има важни последици за чревната микробиота. BFT може да действа вътрешно и/или външно върху тялото на скаридите, ефект, насърчаван от големи групи микроорганизми, но главно бактерии.
По отношение на полезните ефекти на BFT системата, биофлоките могат да действат като имуностимуланти и подобрявайки вродената имунна система на скаридите, дори променяйки експресията на гени, свързани с имунния отговор на скаридите, което може да се отдаде на способността на BFT да предизвиква промени в скаридите микробиота. Като цяло нашите резултати показват, че микробиотата на скаридите в червата се променя от средата за отглеждане.
По отношение на пластичността на чревната микробиота на скаридите в отговор на вирусно предизвикателство, най-въздействащите резултати от нашето проучване бяха да характеризират изместването на бактериалните съобщества в средното черво на скаридите, предизвикано от WSSV. Доколкото ни е известно, има само едно проучване за изместването на чревната микробиота в отговор на WSSV инфекцията, оценено в китайския ръкав без ръкавици. Нашето е първото проучване, изследващо ефекта на вирусен патоген върху чревната микробиота на вид пенейд, отглеждан в BFT система.
Перспективи
Чрез използване на технология за последователност с висока производителност, ние характеризирахме чревния бактериом на най-важните култивирани видове скариди, L. vannamei, и оценихме влиянието на отглеждането на BFT и предизвикателството на WSSV върху състава и изобилието на бактериалните съобщества.
Бактериалният състав от средното черво на скаридите, отглеждани в биофлоки, е по-богат и разнообразен от този на чистата морска вода. Преобладаващата бактериална група принадлежала към филопротеобактериите (Rhodobacteraceae, Enterobacteriaceae и Vibrionacea), следвани от филите Bacteroidetes (Flavobacteriaceae), Actinobacteria и Firmicutes. Vibrionaceae е по-разпространен в групата CWS, отколкото в скариди, отглеждани с BFT (съответно 68,23% и 11,35% от общите бактериални съобщества).
Бактериалният състав на L. vannamei midgut е повлиян от предизвикателството WSSV. Vibrionaceae е най-засегнатото бактериално семейство и изобилието му се удвоява в средните черва на BFT отглеждани скариди след вирусно предизвикателство, докато при отглежданите CWS скариди намаляват драстично. В допълнение, предизвикателството за WSSV очевидно е довело до по-хомогенно разпределение на състава на бактериалната популация, като Rhodobacteraceae, Enterobacteraceae и Vibrionaceae, в средното черво на скаридите, отглеждани в двете културни системи, BFT и CWS. Промените в разнообразието на чревните бактерии, свързани с предизвикателството на WSSV, могат да показват изместване в чревните микробни общности, водещо до дисбиоза (микробен дисбаланс или дезадаптация върху или вътре в тялото, като нарушена микробиота).
Познаването на чревните бактериални популации от скариди, отглеждани в BFT и по време на WSSV инфекция, е важна стъпка към разбирането на ролята на чревната бактериомна микробиота върху имунната защита на ракообразните срещу вирусни заболявания. Въпреки че молекулярните механизми, участващи в контрола и регулирането на микробиотата на скаридите в червата, все още са неизвестни, условията на околната среда и наличието на инфекциозни агенти се оказаха решаващи фактори, влияещи както върху разнообразието, така и върху изобилието на бактериалните съобщества.
С тези данни за секвениране на 16S рРНК в ръка и като се има предвид, че скаридите с пенеиди са отличен модел за функционални геномни изследвания, вече можем да изследваме скаридите във взаимодействията между гостоприемника и микробиотата, както и ролята на коменсалната микробиота в регулирането на имунитета на червата на скаридите.
Конференцията GAA GOAL 2020 може да приключи .
но съдържанието продължава да живее. За индивидуални и корпоративни членове на GAA всички 10 програмни сесии - общо 15 часа съдържание - са достъпни при поискване в конференционната платформа GOAL 2020 и инструментариум за членове на GAA, както и PDF файловете на презентациите на GOAL 2020.
Не сте член на GAA? Присъедини се към нас.
Автори
Д-р Мариана Р. Пилото
Лаборатория по имунология, приложена към аквакултурите
Катедра по клетъчна биология, ембриология и генетика
Федерален университет в Санта Катарина
88040-900 Флорианополис, Южна Каролина, Бразилия
Д-р André N. A. Goncalves
Лаборатория по имунология, приложена към аквакултурите
Катедра по клетъчна биология, ембриология и генетика
Федерален университет в Санта Катарина
88040-900 Флорианополис, Южна Каролина, Бразилия
Д-р Фелипе Н. Виейра
Лаборатория за морски скариди, Катедра по аквакултури
Федерален университет в Санта Катарина
88040-900 Флорианополис, Южна Каролина, Бразилия
Д-р Уолтър К. Зайферт
Лаборатория за морски скариди, Катедра по аквакултури
Федерален университет в Санта Катарина
88040-900 Флорианополис, Южна Каролина, Бразилия
Д-р Evelyne Bachère
Ifremer, UMR 5244, IHPE взаимодействия-домакини-патогени-околна среда, UPVD, CNRS
Университет на Монпелие, 34095 Монпелие, Франция
Д-р Рафаел Д. Роза
Лаборатория по имунология, приложена към аквакултурите
Катедра по клетъчна биология, ембриология и генетика
Федерален университет в Санта Катарина
88040-900 Florianópolis, SC, Бразилия
Д-р Luciane M. Perazzolo
Автора за кореспонденция
Лаборатория по имунология, приложена към аквакултурите
Катедра по клетъчна биология, ембриология и генетика
Федерален университет в Санта Катарина
88040-900 Флорианополис, Южна Каролина, Бразилия
- Как да получите бели очи 9 съвета, за да направите очите си ясни, ярки и бели
- Мога да ям само храна, която е бяла или бистра - помогнете! Обща дискусия - Чоухаунд
- Как глобалната потребителска индустрия може да стимулира по-здравословното хранене BCG
- „Опитах се“ да пия 4 литра вода на ден в продължение на 30 дни ... ето какво; Яжте влак на живо
- Не пих нищо освен вода в продължение на 7 дни - Ето какво се случи с The Everygirl