عنوان انگلیسی مقاله:

Tracking Biomarkers for the Health and Welfare of Aquaculture Fish

عنوان فارسی مقاله:

رديابي نشانگرهاي زيستي براي سلامت و رفاه ماهيان آبزي پروري

سال: 2024 عنوان           سايت منتشركننده مقاله: MDPI

عنوان مجله: Fishes

وضعيت ترجمه : مناسب (ترجمه شده توسط چت جي پي تي با بازبيني نهايي)

تعداد صفحات انگليسي: 26 صفحه         تعداد صفحات فارسي: 35 صقحه

مقاله انگليسي: كليك كنيد

Abstract: Aquaculture production has been growing consistently over the last few decades to meet
the increasing animal protein demand of the human population. However, increased production and
rearing intensities raise the challenges of guaranteeing fish health and welfare, which is essential to
avoid losses and ensure product quality. Biomarkers can provide insights into the fish’s nutritional,
physiological, and health status, and aid in the evaluation of early nutritional and physiological
imbalances, distress conditions, and pathological diagnosis. The discovery and validation of biomarkers rely mostly on the use of information provided by different parameters, including biochemical,
metabolic, or immunologic, as well as several omics, from genomics and transcriptomics to proteomics and metabolomics. In this review, a summary of the main biomarkers used in aquaculture
is provided along with an overview of the main omics technologies available for further biomarker
research. This review also highlights the need to develop non-lethal biomarkers that can easily and
quickly be measured to provide a prompt response to producers.
 

۲ نشانگرهای زیستی استرس اکسیداتیو

استرس اکسیداتیو به دلیل عدم تعادل بین آنتی‌اکسیدان‌ها و گونه‌های فعال اکسیژن (ROS) است که یا در اثر کاهش اولی یا تجمع بیش از حد دومی یا هر دو ایجاد می‌شود و منجر به تغییراتی در ارگانیسم می‌شود که هموستاز را تغییر می‌دهد [ 32 ، 33 ]. موقعیت‌های مختلف استرس (مانند شرایط محیطی و تغذیه) می‌توانند بر تعادل ROS تأثیر بگذارند و آنزیم‌ها و مولکول‌های آنتی‌اکسیدانی مانند گلوتاتیون و ویتامین C به عنوان اولین خط دفاعی در برابر ROS عمل می‌کنند و آنها را به نشانگرهای زیستی بهینه استرس اکسیداتیو تبدیل می‌کنند (شکل 3 ) [ 34 ].

سوپراکسید دیسموتاز (SOD) اولین آنزیمی است که در

شکل 3. مروری بر مکانیسم‌های دفاعی استرس اکسیداتیو در ماهی. گونه‌های فعال اکسیژن (ROS) محصول طبیعی متابولیسم اکسیژن هستند که می‌توانند تأثیر مخربی بر ارگانیسم داشته باشند، به‌ویژه زمانی که بیش از حد وجود داشته باشند. بنابراین، اکثر ارگانیسم‌ها مکانیسم‌هایی برای کمک به تجزیه ROS دارند. در ماهی‌ها، مشابه سایر حیوانات، آنزیم‌های مختلف نقش مهمی در دفاع در برابر ROS دارند. اقتباس از [ 34 ، 36 ، 37 ، 38 ].

۳.۳ نشانگرهای زیستی ایمونولوژیک

در مهره‌داران، از جمله ماهی‌ها، سیستم ایمنی معمولاً به دو نوع پاسخ ایمنی تقسیم می‌شود: پاسخ ایمنی ذاتی و پاسخ ایمنی تطبیقی . ایمنی ذاتی به عنوان خط مقدم و اولین خط دفاعی سریع در برابر تهدیدها در نظر گرفته می‌شود که بر موانع فیزیکی و پاسخ‌های هومورال و سلولی غیر اختصاصی متکی است [ 48 ]. در حالی که پاسخ ایمنی ذاتی غیر اختصاصی

۴ نشانگرهای زیستی بیوشیمیایی

نشانگرهای زیستی بیوشیمیایی معمولاً در پلاسما اندازه‌گیری می‌شوند و این امر آنها را به نشانگرهای زیستی بالقوه غیرکشنده‌ای تبدیل می‌کند که جمع‌آوری آنها در تأسیسات آبزی‌پروری سریع و در دسترس است، بدون اینکه نیازی به قربانی کردن حیوانات باشد. نشانگرهای زیستی بیوشیمیایی مدت‌هاست که در مطالعات آبزی‌پروری مورد استفاده قرار می‌گیرند و هنگامی که با سایر نشانگرهای زیستی ترکیب می‌شوند، می‌توانند به ارزیابی دقیقی از وضعیت فیزیولوژیکی ماهی کمک کنند.

پارامترهایی مانند کورتیزول پلاسما، گلوکز و لاکتات به طور گسترده در ماهی‌ها به عنوان نشانگرهای زیستی شرایط استرس‌زا مانند هیپوکسی، تعقیب و حبس استفاده می‌شوند [ 59 ]. کورتیزول یکی از اولین هورمون‌هایی است که پس از قرار گرفتن ماهی در معرض سناریوی استرس حاد آزاد می‌شود و بر صفات فیزیولوژیکی مختلف ماهی تأثیر می‌گذارد و هدف نهایی آن

. نشانگرهای زیستی مرتبط با مخاط و موسین

اخیراً توجه به مخاط و موکوس در ماهی‌ها معطوف شده است که می‌توان آنها را از پوست و آبشش‌ها و همچنین روده جمع‌آوری کرد. از همه مهم‌تر، از آنجایی که موسین‌ها در مخاط پوست و آبشش‌ها وجود دارند، می‌توان آنها را به راحتی و بدون قربانی کردن حیوان جمع‌آوری کرد و بنابراین بهره‌برداری از آنها به عنوان نشانگرهای زیستی غیرکشنده بالقوه در زمینه‌های مختلف، از بیماری گرفته تا تغذیه، تشویق می‌شود. مطالعات انجام شده در بافت‌های مخاطی ماهی، اگرچه اخیراً انجام شده‌اند

. کاربرد نشانگرهای زیستی در مطالعات آبزی‌پروری

این بخش نمونه‌هایی از نحوه استفاده از نشانگرهای زیستی در حوزه‌های مختلف مطالعاتی در آبزی‌پروری را ارائه می‌دهد.

۴.۱ تغذیه

تغذیه و خوراک‌دهی کافی برای حفظ سلامت و رفاه ماهی، بهبود عملکرد و مقاومت در برابر بیماری‌ها و کاهش حساسیت به اثرات زیست‌محیطی ضروری است [ 14 ، 73 ]. با افزایش تولید آبزی‌پروری، مطالعات در مورد چگونگی تأثیر مواد مغذی و اجزای تشکیل‌دهنده جیره بر چنین پارامترهایی اهمیت فزاینده‌ای پیدا می‌کند.

با کاهش دسترسی و ناپایداری پودر ماهی و روغن ماهی، استفاده از آنها محدودتر می‌شود و این امر منجر به افزایش استفاده از مواد جایگزین در خوراک آبزیان ماهیان گوشتخوار شده است [ 74 ]. مواد تشکیل دهنده و ترکیب غذایی رژیم‌های غذایی جدید می‌تواند بسیار متغیر باشد و اگرچه اغلب بر رشد تأثیری ندارند، اما تأثیر آنها بر سلامت، استرس و حساسیت ماهی به بیماری‌ها توجه بیشتری را به خود جلب می‌کند. استفاده از مواد تشکیل دهنده کاربردی در خوراک آبزیان به عنوان یک استراتژی برای بهبود استفاده از خوراک آبزیان جدید و بهبود عملکرد، سلامت و وضعیت ایمنی و اکسیداتیو ماهی مورد بررسی قرار گرفته است [ 73 ]. مواد تشکیل دهنده کاربردی با داشتن ارزش افزوده فراتر از نیازهای تغذیه‌ای مشخص می‌شوند و می‌توانند ریزمغذی‌ها (مانند برخی از مواد معدنی و ویتامین‌ها

استرس

در اسارت، به ویژه در شرایط تولید فشرده، ماهی‌ها اغلب در معرض موقعیت‌های استرس‌زا مانند ازدحام، جابجایی، حمل و نقل، کیفیت پایین آب، هیپوکسی و موارد دیگر قرار می‌گیرند [ 94 ] که می‌تواند منجر به شیوع بیماری شود [ 73 ]. در چنین شرایط استرس‌زایی، پاسخ ماهی می‌تواند بسته به گونه، شرایط پرورش، نوع و سطح استرس متفاوت باشد [ 94 ]. با توجه به پاسخ‌های بسیار متغیر، یافتن روش‌های قابل اعتماد برای اندازه‌گیری سطح استرس مهم است. این نمونه‌ای است که نشانگرهای زیستی می‌توانند بسیار مفید باشند. پاسخ‌های استرس عموماً توسط سیستم‌های عصبی، غدد درون‌ریز و ایمنی تنظیم می‌شوند [ 95 ] که در آن می‌توان نشانگرهای زیستی استرس را جستجو کرد.

به عنوان مثال، وقتی ماهی خالدار قطبی ( Salvelinus در ماهی‌های آلپینوس (Alpinus ) که در معرض گرمای مزمن قرار گرفتند، بیان HSP افزایش یافت و به محض پایان گرما کاهش یافت که نشان‌دهنده پتانسیل این پروتئین‌ها به عنوان نشانگرهای زیستی استرس گرمایی در این گونه است [ 96 ]. همچنین، در ماهی سی باس ( Dicentrarchus) labrax )، بیان ژن

رابطه مستقیمی بین سطح کورتیزول و بیان ژن گیرنده مینرالوکورتیکوئید 1، گیرنده گلوکوکورتیکوئید 2 و 11-بتا-هیدروکسی استروئید-دهیدروژناز-2 نشان داد که در ماهی‌های پرورش یافته در تراکم بالا کمتر بود.

۴.۳ بیماری‌های عفونی

نشانگرهای زیستی می‌توانند به تشخیص زودهنگام افت وضعیت ایمنی ناشی از عوامل استرس‌زا که ماهی را در برابر عوامل بیماری‌زا حساس‌تر می‌کنند [ 98 ] کمک کنند و شروع بیماری‌زایی را قبل از بروز هرگونه علائم یا ضایعات تشخیص دهند [ 99 ]، به مبارزه زودهنگام با بیماری، جلوگیری از شیوع آن در تأسیسات و جلوگیری از مصرف آنتی‌بیوتیک کمک کنند.

اگرچه خون مایع بیولوژیکی مورد مطالعه برای نشانگرهای زیستی بیماری در انسان و حیوانات مزرعه است، اما تنها تعداد کمی از مطالعات صرفاً بر استفاده از آن برای کشف نشانگرهای زیستی بالقوه بیماری در ماهی متمرکز شده‌اند. به عنوان مثال، در ماهی آزاد اقیانوس اطلس، از پروفایل پروتئوم سرم برای یافتن نشانگرهای زیستی ناشی از بیماری پانکراس ناشی از زیرگروه 3 آلفاویروس (SAV3) استفاده شد [ 100 ]. در این مطالعه، پروتئین‌هایی مانند ترانسفرین، آلبومین، آنتی‌ترومبین ، آپدی‌پروتئین ، هموپکسین و اجزای کمپلمان به عنوان دارای پتانسیل نشانگر زیستی برجسته شدند که می‌توانند با رویکردهای مکمل بیشتر تأیید شوند. در مطالعه دیگری، آنزیم انولاز نیز به عنوان یک نشانگر زیستی غیرکشنده برای میوپاتی عضله سفید ناشی از بیماری پانکراس تأیید شد [ 101 ]. سایر نشانگرهای زیستی برای میوپاتی، کراتین کیناز (CK) و لاکتات دهیدروژناز (LDH) هستند که نشان داده شده است که سطح سرمی آنها با التهاب عضله قلب و اسکلتی و کاردیومیوپاتی همبستگی خوبی دارد [ 102 ].

موسین‌ها همچنین می‌توانند نشانگرهای زیستی مهمی برای عفونت در ماهی باشند. به عنوان مثال، تجزیه و تحلیل رونوشت‌های آبشش در ماهی آزاد اقیانوس

نوتروفیل‌ها در پاسخ به عفونت را فراهم می‌کند [ 109 ].

۴.۴ مواد شیمیایی، آنتی‌بیوتیک‌ها و واکسن‌ها

برای کنترل بیماری و شیوع آن در آبزی‌پروری، اکثر تولیدکنندگان ماهی معمولاً از داروهای شیمی‌درمانی یا آنتی‌بیوتیک‌ها برای حیوانات استفاده می‌کنند. علیرغم مزایا و دفاع سریع در برابر عوامل بیماری‌زا که این مواد شیمیایی می‌توانند ارائه دهند [ 34 ]، استفاده از داروهای شیمی‌درمانی یا آنتی‌بیوتیک‌ها ممکن است اثرات طولانی‌مدتی بر رشد، سلامت و آلودگی بافت ماهی داشته باشد که گاهی اوقات به راحتی قابل تشخیص نیستند [ 12 ]. در سال‌های اخیر، بسیاری از محققان بر یافتن، اعتبارسنجی و به‌کارگیری نشانگرهای زیستی تمرکز کرده‌اند که درک تغییرات فیزیولوژیکی را که ممکن است به دلیل استفاده از آنتی‌بیوتیک‌ها، واکسن‌ها، داروهای بی‌حس‌کننده، ضدعفونی‌کننده‌ها و سایر مواد شیمیایی رخ دهد، فراهم می‌کنند.

دی‌کلرووس یک ماده شیمیایی است که در آبزی‌پروری برای مقابله با انگل‌های خارجی استفاده می‌شود . اگرچه در اکثر کشورهای اروپایی ممنوع شده است، اما در برخی دیگر همچنان مورد استفاده قرار می‌گیرد [ 110 ]. با استفاده از نشانگرهای زیستی مانند فعالیت کولین‌استرازها ( ChE )، پراکسیداسیون لیپید، نسبت RNA/DNA، فعالیت گلوتاتیون S-ترانسفرازها و پروتئین‌های شوک حرارتی، مشاهده شد که تیمار بچه‌ماهی‌های دریایی سرطلایی با این ترکیب باعث استرس اکسیداتیو می‌شود و با افزایش پراکسیداسیون لیپید، فعالیت ChE مهار و نسبت RNA/DNA کاهش می‌یابد [ 12 ].

برای مطالعه اثرات ناشی از آنتی‌بیوتیک سولفامتازین