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肠道菌群的驯化可以改善虾的养殖

莫特·埃默里克(Motte Emmerik) 德尔芬·塞尔平 泰隆·维拉(Tayron Vera) 梅拉·瓦尔迪兹(Mayra Valdez) 埃夫拉姆·凯拉(Efraim Cayra)

细菌,从野生虾的天然微生物中分离出来的酵母

微生物群
当前对虾的幼体喂养做法(左)存在被致病细菌定居在虾肠中的风险,致病细菌会破坏消化道和相关免疫系统的正常发育。在常规操作中(右),将单种或多种选择的细菌和酵母菌接种到无菌消化道中以改善消化功能。

对虾在早期的成功养殖可能主要取决于有益微生物对消化道的定殖以及对病原微生物的排斥。天然菌群已被证明对消化道及其相关免疫系统的正确发育和功能至关重要。

然而,水产养殖的生产实践和系统并不总是允许天然微生物菌群在消化道中定殖的过程。对水,卵和无节幼体进行了消毒,但后来被培养系统中存在的机会细菌(微藻,无节幼体,浮游动物,饲料)污染,并且与养殖动物中的天然微生物无关。

在FINCYT的支持下,白腿虾的本地微生物群的驯化(凡纳滨对虾)的作者小组在秘鲁的Marinazul和厄瓜多尔的Concepto Azul进行了调查。从对虾消化道不同部位分离出的微生物已按照称为“常规化”的过程进行了培养,分子表征和评估。与孵化场生产的正常幼虫相比,常规幼虫(具有整体或部分原生微生物群的动物)表现出更好的生长和/或存活。

研究设置

从幼虾,少年和成年生命阶段的野生虾的天然微生物区系中分离出细菌和酵母。分离的细菌和酵母菌的表征基于淀粉酶和蛋白酶的代谢检测,病原细菌的拮抗作用检测以及与16S rDNA,rpoB和内酯酶基因的扩增和测序有关的分子标准。

通过将虾放在相应的微生物悬浮液中进行单特异性和多特异性常规化过程。作为第一步,作者建立了在接种微生物菌株之前对卵和幼虫进行消毒的方案。产卵后,虾蛋用福尔马林消毒。在将第四类虾无节幼体放到无菌海水中之前,对其进行了第二次消毒处理。

在虾张开口之前和之后,将选定的微生物直接施用到培养水中。每隔一天接种一次,直到PL12 阶段。有效的消化道定植可以使用激光扫描共聚焦显微镜和实时聚合酶链反应测试进行定性和定量监测。

在实验期结束时,估计了生长和存活率。在某些情况下,进行了病原细菌的实验性感染,以评估天然微生物在常规动物中的保护效率。

结果

建立了三个特定的天然微生物群,并对其进行了分子表征,分别对应于酵母 (酿酒酵母,葡萄菌,念珠菌), 属革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌 弧菌,气单胞菌,不动杆菌,草酸杆菌,光细菌,红细菌,精神杆菌,精神romonas,假单胞菌,希瓦氏菌,变形杆菌,肠球菌,微球菌,微细菌,芽孢杆菌溶葡萄球菌,Exiguobacterium 和一些未知的细菌菌株。

在虾消化道的肝胰腺,中肠和后肠中,革兰氏阳性蛋白杆菌占主导地位,大部分 弧菌 物种之后 发光细菌,精神细菌希瓦内拉. 红细菌 仅存在于成人和青少年中。革兰氏阳性细菌主要表现为 芽孢杆菌 种类,其次 微球菌,Exiguobacterium肠球菌 在成人和青少年中。

在虾幼虫中细菌多样性低 弧菌,精神细菌芽孢杆菌 种类最多。其中 弧菌,物种 溶藻菌 占主导地位(表1)。

Emmerik,可培养细菌分布,表1

细菌种类成年虾少年虾幼虫
弧菌62.35%32.0%42.0%
光细菌17.65%6.0%
希瓦内拉4.71%
芽孢杆菌3.53%21.0%16.0%
气单胞菌3.53%8.0%5.0%
红细菌2.35%2.0%
精神细菌2.35%6.0%37.0%
微球菌1.18%
钩端螺旋体1.18%2.0%
嗜热杆菌1.18%13.0%
变形菌3.0%
精神错乱症3.0%
微细菌2.0%
肠球菌2.0%
表1.虾不同阶段的可培养细菌分布

选择具有潜在益生菌作用(蛋白酶,淀粉酶和内酯酶)潜在的代谢特征的细菌,将其概念化以构成几种常规混合物。

群体淬灭

佐伊亚
这张放大的照片显示了一只定殖有I阶段虾的细菌,其中栖息着标记有溴化乙锭的益生菌(蓝色区域)。

弧菌 细菌拥有称为“群体感应”的复杂通讯系统,该系统依赖于内酯的细胞外产生。高浓度的内酯可诱导诸如生物发光,生物膜形成和毒素产生等基因功能。然而,一些弧菌拮抗细菌开发了一种系统,该系统能够通过内酯酶降解内酯来抑制称为“群体猝灭”的群体感应。

大多数产生内酯酶的细菌是 芽孢杆菌 要么 舍瓦内拉。为了检测细菌基因组中内酯酶基因序列的存在,使用聚合酶链反应测试进行了这种细菌的鉴定。

实验测试了几种菌株的效率,这些菌株被认为是能够抑制三种病原性弧菌的潜在益生菌。向实验性感染病原性弧菌的虾后幼虫施用产内酯酶的细菌混合物是有效的,与未施用益生菌的感染弧菌相比,感染后三天的存活率高出10倍。

惯例效应

使用能够产生细胞外淀粉酶和蛋白酶的菌株对改善均衡饮食的消化和吸收非常重要。最近的研究表明,虾的驯化过程导致加工碳水化合物的能力下降,有利于选择具有更大消化蛋白质能力的虾。

野生虾的主要特征是消化葡萄糖的能力,葡萄糖是一种比蛋白质更“便宜”的能源。因此,益生菌的选择和应用代表了弥补蛋白质含量较低的饲料中驯化这一缺点的必要工具,而又不会对生长和存活率产生负面影响。此外,通过细菌酶促活性简化摄入的饲料应能通过虾的消化系统快速,优化地吸收养分。

前三份细菌混合物一式三份进行测试,其中四种混合物可在 凡纳滨对虾 比提供的控件(图1)。结果显示,三种组合使用可使生存率提高10%到30% 芽孢杆菌溶藻弧菌 天然菌株。主要由革兰氏阴性致病/机会细菌制成的微生物混合物IV和V对存活率产生强烈的负面影响。

菌
图1:使用不同细菌混合物常规化的太平洋白虾的生存指数。

观点

重要的是要考虑到,每个动植物物种都与其天然微生物群共同进化。水产养殖将不得不考虑目前和未来养殖种类的此类过程。由于分子微生物学和共聚焦显微镜技术的最新进展,水产养殖gnotobiology的应用研究成为可能,如本工作对某些无脊椎动物和脊椎动物物种的研究所示。

(编辑’注意:本文最初发表于2010年11月/ 12月的 全球水产养殖倡导者


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