Zagrożenia mikrobiologiczne i korzyści płynące z wykorzystania mikroorganizmów w akwakulturze

Mikroorganizmy zaliczane są do wszechobecnych form biologicznych, które w środowisku, tworzą społeczności zwane mikrobiomami. Każde zwierzę ma swój własny mikrobiom (np. na skórze, skrzelach, w jelitach), który pomaga wspiera utrzymanie prawidłowe funkcjonowanie organizmu i chronić gospodarza przed infekcjami.

Podobnie w akwakultura, która jest złożonym ekosystemem drobnoustrojów, utrzymanie równowagi mikrobiologicznej ma na celu wspieranie dobrostanu ryb.

Ekologiczna społeczność symbiotycznych, komensalnych i patogennych mikroorganizmów tworzy określoną mikrobiotę która powinna być utrzymana w homeostazie. W niektórych jednak przypadkach dochodzi do zachwiania i w konsekwencji dysbiozy której konsekwencje obserwowane są na poziomie chorobowym.

Jednym z wielkich wyzwań, przed którymi stoi ludzkość jest wyżywienie w sposób zdrowy i zrównoważony rosnącej populacji światowej, której liczba ma zbliżyć się do 9,7 mld do 2050 r. Ryby i inne organizmy wodne odgrywają znaczącą rolę w żywieniu rosnącej populacji ludzkiej na całym świecie. Jednak prawie 90% zbadanych światowych stad ryb jest przełowionych lub poławianych na poziomie maksymalnego odłowu. Intensywny rozwój akwakultury na świecie staje się faktem. Wraz z nim, pojawiają się problemy związane z intensyfikacją produkcji w sposób jak najmniej oddziałujący na środowisko naturalne.

Ekosystemy wodne są zasiedlone niezliczoną liczbą mikroorganizmów, takich jak: jak bakterie, wirusy, pierwotniaki i glony, które odgrywają kluczową rolę w naturalnych zbiornikach wodnych (rzekach, jeziorach czy morzach). Chociaż są one niewidoczne gołym okiem, mają ogromny wpływ na funkcjonowanie i zdrowie tych ekosystemów oraz bezpieczeństwo wody.

Na rozwój mikroorganizmów w wodach wpływa bardzo dużo czynników fizycznych i chemicznych, które w różnorodny sposób ze sobą współdziałają lub też działają na siebie przeciwstawnie. Wpływają one na wielkość i skład gatunkowy populacji mikroorganizmów i ich procesy życiowe. W ekosystemach wodnych można wyróżnić 2 grupy czynników mających decydujący wpływ na stosunki ilościowe i jakościowe mikroorganizmów:

czynniki abiotyczne – do nich należą: energia świetlna, energia cieplna, odczyn wody, ruch wody, klimat oraz związki rozpuszczone i zawieszone w wodzie (martwa substancja organiczna i związki nieorganiczne oraz gazy takie jak tlen,

dwutlenek węgla, metan i inne);

czynniki biotyczne – do nich należą wszystkie organizmy żywe bytujące w wodzie – rośliny, zwierzęta i drobnoustroje i wzajemne między nimi współzależności.

Przebywając w środowisku zewnętrznym oraz w kolonizowanych organizmach bakterie narażone są na działania niekorzystne dla swojego wzrostu.

Odpowiedź organizmu na zmieniające się warunki środowiska zewnętrznego jest złożona. Prowadzi do zahamowania, bądź stymulacji ekspresji odpowiednich genów czy zmian metabolizmu komórkowego.

Drobnoustroje posiadają wiele mechanizmów umożliwiających przetrwanie w warunkach stresów środowiskowych. Odpowiedź na stres może zwiększać odporność patogenu na kolejne dawki czynników stresowych, a także przyczyniać się do wzrostu jego wirulencji.

W obecnej praktyce akwakultury występuje wiele zdarzeń wywołujących stres u ryb. Oprócz niekorzystnych dla ryb warunków środowiskowych, występowaniu chorób zakaźnych sprzyjają także inne czynniki stresogenne, takie jak: odłowy, przerzuty, transport, sortowanie itp.

Stres w znacznym stopniu obniża odporność ryb i często przekracza ich możliwości adaptacyjne do pojawiających się mikroorganizmów.

Dodatkowym czynnikiem sprzyjającym pojawianiu się choroby o etiologii bakteryjnej w warunkach hodowli ryb jest stosowanie antybiotyków i środków dezynfekcyjnych, które mogą eliminować pewne gatunki bakterii, stwarzając możliwości dominacji innych, opornych na określone środki terapeutyczne.

Ryby, jako organizmy wodne, są stale narażone na kontakt z różnymi bakteriami, które stanowią normalną saprofityczną mikroflorę środowisk wodnych albo też dostają się tam z gleby, ścieków czy powietrza.

W środowisku wodnym bakterie mają dogodne warunki do przetrwania i rozwoju.

Wiele gatunków bakterii wodnych zasiedla skórę, skrzela i przewody pokarmowe ryb, żyjąc tam jako organizmy komensalne. W określonych warunkach środowiskowych u niektórych bakterii, wcześniej nieszkodliwych dla ryb, pojawiają się cechy zjadliwości, czego efektem jest rozwój procesu chorobowego.

Przykłady bakterii mogących stanowić problem chorobotwórczy w hodowli ryb.

Za nowo pojawiające się choroby są uznane infekcje powstające w wyniku ewolucji i zmiany już egzystującego czynnika patogenicznego, znane infekcje rozprzestrzeniające się na nowe obszary geograficzne lub populacje, albo też

choroby/czynniki patogenne wcześniej nie rozpoznane i pojawiające się po raz pierwszy.

Są to także choroby, które występowały wcześniej, ale szybko wzrasta liczba przypadków zachorowań lub też manifestujące się w nowy, odmienny sposób.

„Nowy” patogen może też odzwierciedlać postęp w dziedzinie taksonomii, ponieważ pewne organizmy były wcześniej błędnie identyfikowane.

Opisano wiele bakteryjnych patogenów ryb, pojawiających się w różnych krajach w ostatnich latach.

„Nowy” patogen może też odzwierciedlać postęp w dziedzinie taksonomii, ponieważ pewne organizmy były wcześniej błędnie identyfikowane.

Jako źródła powstawania nowych chorób wskazuje się zmiany ekologiczne w środowiskach wodnych.

Spośród różnych ekosystemów istniejących na ziemi, ekosystemy wodne, są najbardziej narażone na degradację, a co za tym idzie na dużą zmienność, zarówno w odniesieniu do czynników abiotycznych, jak też biotycznych.

Jednym z najpoważniejszych efektów tych zmian jest pojawianie się nowych chorób/patogenów.

Jako źródła powstawania nowych chorób wskazuje się zmiany ekologiczne w środowiskach wodnych.

Jednym z najpoważniejszych efektów tych zmian jest pojawianie się nowych chorób/patogenów.

Podstawowym celem weterynaryjnej diagnostyki mikrobiologicznej jest identyfikacja czynnika zakaźnego.

Prawidłowe i szybkie rozpoznanie drobnoustrojów wyizolowanych z materiału klinicznego umożliwia przeprowadzanie wiarygodnego badania ich lekowrażliwości, co z kolei decyduje o wyborze skutecznej antybiotykoterapii.

Wysoka liczba i różnorodność bakterii w systemach wodnych oznacza, że organizmy wodne, takie jak ryby, są narażone na większą liczbę i różnorodność mikroorganizmów niż kręgowce lądowe.

Badania dotyczące mikrobioty związanej z ikrą i zarodkami ryb są ukierunkowane głównie na potencjalne patogeny, takie jak Yersinia ruckeri, Aeromonas spp., Piscirickettsia salmonis, Vibrio harvei, Pseudomonas spp. ale również Leucothrix mucor, Flexibacter ovolyticus, Flavobacterium columnare.

Dysbioza jest powiązana z kolonizacją ikry przez bakterie chorobotwórcze, co prowadzi do wysokiej śmiertelności podczas inkubacji. Oczywistym jest również, że mikrobiota ikry ryb kształtuje mikrobiotę larwalną i może wpływać na późniejszą wydajność hodowlaną.

Mikrobiota ikry ryb kształtuje mikrobiotę larwalną i może wpływać na późniejszą wydajność hodowlaną.

Hodowla ryb w akwakulturze narażona jest na straty z powodu chorób zakaźnych. Stosowanie leków przeciwdrobnoustrojowych i środków dezynfekujących w zapobieganiu chorobom akwakultury i promowaniu wzrostu doprowadziło do ewolucji opornych szczepów bakterii.

Dlatego też badania nad wykorzystaniem probiotyków w akwakulturze rosną wraz z zapotrzebowaniem na zrównoważoną akwakulturę przyjazną dla środowiska.

Korzyści płynące z wykorzystania tych mikroorganizmów obejmują poprawę wartości paszy, enzymatyczny wkład w trawienie, hamowanie patogennych mikroorganizmów, działanie antymutagenne oraz zwiększoną odpowiedź immunologiczną i odporność na stres.

Probiotyki są bakteriami, które wspomagają procesy prozdrowotne zwierzęcia-gospodarza i przyczyniają się, bezpośrednio lub pośrednio, do ochrony zwierzęcia-gospodarza przed szkodliwymi patogenami bakteryjnymi.

Środowisko wodne sprawia, że ryby są szczególnie podatne na powszechne patogeny, co sprawia, że zarządzanie chorobami i zdrowiem jest ważne dla zrównoważonego rozwoju.

W akwakulturze wykazano, że probiotyki poprawiają tempo wzrostu, odporność na choroby i jakość wody.

Stosowanie probiotyków do modulowania mikrobioty jelitowej jest alternatywną metodą zmniejszania adhezji i kolonizacji patogenów w jelitach larw, narybku i młodych osobników.

Nowoczesna akwakultura wpisuje się w ideę gospodarki cyrkularnej, tworząc technologie hodowli ryb i owoców morza, które pozwalają uniezależnić się od warunków środowiska i oszczędniej gospodarować zasobami naturalnymi.

Przykładem takiej technologii jest RAS – Recyrkulacyjny System Akwakultury. Jednakże zwiększona produkcja zwiększa ryzyko. Zależność jest prosta – słaba jakość wody i duże zagęszczenie zwierząt prowadzi do stresu i chorób.

Jednym z istotniejszych elementów systemu RAS jest złoże biologiczne. Społeczności bakterii odpowiedzialne za procesy oczyszczania rozwijają się jako względnie stabilny i skuteczny biofilm na odpowiednim podłożu, zapewniając w ten sposób proces nitryfikacji w stanie ustalonym przy danej gęstości obsady ryb i obciążeniu systemu.

Ryby i produkty rybne mogą być kojarzone z chorobami ludzi, zwłaszcza gdy spożywane są surowe lub niedogotowane. Obecność różnych gatunków bakterii, w tym bakterii chorobotwórczych dla ludzi, w rybach może być związana z bezpośrednim kontaktem z zanieczyszczonym środowiskiem wodnym i spożyciem bakterii z osadów lub zanieczyszczonej paszy. Bakterie wykryte w rybach odzwierciedlają zatem stan i bezpieczeństwo środowiska wodnego.

Niektóre z gatunków bakterii mogą powodować poważne choroby u ryb, powodujący poważne straty handlowe. Jednak z punktu widzenia zdrowia publicznego ważne są rodzaje bakterii przenoszonych przez ryby, które mogą powodować choroby u ludzi. Na obecność mikroorganizmów chorobotwórczych dla ludzi w rybach i produktach rybnych mogą wpływać różne czynniki, w tym praktyki kulturowe, warunki środowiskowe, przetwarzanie i dystrybucja produktów.

Wybrane przykłady drobnoustrojów patogennych.

Tradycyjne procedury diagnostyczne oparte są w głównej mierze na metodach hodowlanych, w których oceniane są cechy fenotypowe bakterii.

Obecnie jednak do identyfikacji mikroorganizmów, coraz częściej wykorzystywane są techniki molekularne bazujące na analizie kwasów nukleinowych, a także serologiczne umożliwiające wykrycie swoistych antygenów.