oleh Maxime Hugonin dan Stéphane Frouel, ilmu campuran, Perancis
Aktivitas antimikroba di mana-mana dari aditif pakan baru terhadap beberapa patogen dalam sistem budidaya akuakultur
Sebagai sumber protein potensial masa depan, untuk populasi yang selalu bertambah, industri akuakultur menghadapi beberapa tantangan. Untuk mencapai permintaan, hasil produksi harus dimaksimalkan. Lewat sini, petani selalu meningkatkan padat tebarnya, beralih dari budaya intensif ke budaya super intensif, menyebabkan munculnya patogen baru dan perbanyakan dengan multiplikasi wabah penyakit.
Orang pertama yang terkena dampak dari masalah ini adalah para petani. Tekanan patogen ini secara signifikan berdampak pada ekonomi pertanian. Solusi utama untuk masalah ini tetap penggunaan antibiotik, berkat penggunaannya yang mudah dalam pengobatan kuratif dan efeknya yang terlihat dan cepat. Sayangnya, penggunaan dan penyalahgunaan bahan kimia menimbulkan masalah kesehatan masyarakat, karena resistensi antibiotik, dan dampak buruk terhadap lingkungan. Kemudian, obat ini berpartisipasi untuk citra buruk yang terkait dengan produksi akuakultur dan menghasilkan pergeseran dalam opini publik.
Penelitian aktif sedang berlangsung dalam kerja keras mereka untuk mengeksplorasi alternatif. Artikel ini melaporkan tentang penggunaan fitogenik alami, berdasarkan ekstrak tumbuhan yang dipilih secara khusus, untuk mengendalikan spektrum patogen yang luas dalam sistem akuakultur. Kisah produk dimulai dari laboratorium, terkait dengan uji coba RID, dan berakhir di lapangan pada skala yang lebih besar dan komersial. Dengan demikian, efek antimikroba dari fitogenik ini telah diselidiki baik in vitro dan in vivo, yang memberikan umpan balik yang kuat dan pragmatis tentang manfaatnya.
Mekanisme aksi
Spektrum besar aktivitas antimikroba aditif pakan ini didasarkan pada mekanisme aksi tertentu dengan target umum di antara patogen:protein. Sifat anti-mikroba dari fitogenik ini disediakan oleh Sulphur Organic Compounds (SOCs) dari ekstrak Alliaceae. Famili Alliaceae mencakup 13 genera dan 600 spesies. Perwakilan utama adalah bawang merah, Bawang putih, bawang perai, bawang merah dan daun bawang.
Beberapa studi penelitian meningkatkan kemungkinan bahwa, dalam sistem biologis, SOC dapat menembus sangat cepat ke dalam kompartemen sel yang berbeda di mana mereka mengerahkan efek biologisnya. Tergantung pada patogen, ada beberapa cara bagi SOC untuk menembus sel (Lihat gambar 1)
Karena berat molekulnya yang rendah, SOC dapat dengan mudah berdifusi melalui proses yang berbeda ke dalam volume internal vesikel, dalam sitoplasma bakteri, (Gram – atau Gram +), atau menjadi virus. Itulah yang terjadi di Gram – di mana lapisan peptidoglikannya kecil.
SOCs memberikan sifat antibakteri fitogenik, karena interaksi yang berbeda dengan senyawa sel. Begitu berada di dalam sel, SOC bergabung dengan protein tertentu untuk mengubah fiksasi dan melepaskan fungsi tiol, terkandung dalam jembatan disulfida yang terlibat dalam struktur protein dan enzim. Tanpa konformasi 3D mereka, protein terdenaturasi tidak berfungsi lagi, (lihat gambar 2).
Di antara fungsi yang diubah, ekspresi gen, metabolisme energik dan sintesis protein adalah beberapa fungsi yang terkait, yang perubahannya menyebabkan malfungsi global sel, ke apoptosis terakhirnya dan kemudian kematian patogen, (lihat gambar 3).
Untuk bakteri, SOC tampaknya menargetkan beberapa jalur termasuk modulasi aktivitas enzim (misalnya glutathione S-transferase, terlibat dalam beberapa jalur vital), penghambatan enzim DNA (girase, polimerase), kasih sayang dari jalur intrinsik untuk kematian sel apoptosis dan mesin siklus sel. SOC juga dapat memblokir sintesis poliamina, serta mengganggu mikrotubulus seluler (yang membentuk sitoskeleton dan gelendong mitosis dalam sel), diminta untuk pembelahan sel.
Efek antiproliferatif dan antimikroba dari senyawa SOC tampaknya terkait dengan induksi apoptosis sel, akibat perubahan sel-sel patogen.
Untuk virus, SOC akan mengubah protein kapsidnya. Tanpa perlindungan genom yang disediakan oleh selubung protein ini, virus akan mati pada model yang sama dengan apoptosis sel mikroba.
Potensi produk:Evaluasi tiga skala
Secara invitro, kemanjuran produk telah dievaluasi melalui tes konsentrasi hambat minimal (MIC) dan konsentrasi bakterisida minimal (MBC).
Dengan menggunakan metode mikrodilusi, efek penghambatan pertumbuhan fitogenik terhadap berbagai patogen, dari sistem budidaya air laut dan air tawar, telah dibandingkan dengan MIC ekstrak alami yang diketahui memiliki potensi antimikroba yang tinggi seperti carvacrol, dari minyak oregano dan thyme, sitral, diisolasi dari minyak jeruk dan eugenol, dari minyak cengkeh.
Lebih-lebih lagi, untuk mengevaluasi potensi nyata produk ini sebagai alternatif antibiotik, MIC dan MBC dibandingkan dengan antibiotik umum yang digunakan dalam budidaya (oxytetracycline, eritromisin dan enrofloksasin).
Hasil in vitro menunjukkan bahwa aditif pakan ini menunjukkan aksi bakterisida yang luas, karena menunjukkan efisiensi tinggi terhadap bakteri gram positif dan gram negatif. Tambahan, itu menunjukkan aktivitas antimikroba terkuat, dibandingkan dengan produk dalam bentuk barang. Fitogenik eksperimental menyajikan MIC terendah dari 16 hingga 125 ppm versus 32 hingga 250 ppm untuk carvacrol, 64 ke 1, 000 ppm untuk citral dan 64 hingga 2000 ppm untuk eugenol (lihat Tabel 1).
Ini juga menunjukkan konsentrasi penghambatan dan bakterisida minimal dalam urutan yang sama besarnya (kurang dari satu log unit perbedaan) dibandingkan antibiotik yang diuji (Tabel 2).
Berdasarkan studi yang menjanjikan ini, produk tersebut kemudian diterapkan dalam uji coba tantangan.
Uji laboratorium in vivo telah dilakukan pada spesies yang berbeda:ikan air tawar (Sebass), ikan air hangat (Tilapia) dan udang laut (White Leg Shrimp) yang telah ditantang untuk patogen yang berbeda dalam protokol penggunaan pencegahan produk.
Memulai dengan, hewan telah disesuaikan dengan kondisi eksperimental (antara satu hingga empat minggu), sebelum diberi makan terus menerus dengan pakan percobaan, mengandung fitogenik, pada konsentrasi 1-2Kg/ton pakan (Lihat gambar 4).
Setelah jangka waktu tiga atau empat minggu, menurut spesiesnya, ikan dan udang telah ditantang dengan patogen terpilih dan diberi makan dengan produk tersebut setidaknya selama dua minggu lagi pasca-tantangan. Kelangsungan hidup kemudian diamati (lihat gambar 5).
Hasil yang disajikan pada gambar 5 jelas menunjukkan peningkatan kelangsungan hidup yang signifikan (ANOVA p<0,05), terlepas dari spesies yang dibudidayakan dan patogen terkait (bakteri atau virus). Penggunaan fitogenik meningkatkan tingkat kelangsungan hidup udang sebesar 54 persen terhadap Vibrio Parahaemolyticus, dan 52 persen melawan sindrom bintik putih, dua penyakit utama yang dihadapi oleh industri.
Pada ikan, bahkan jika hasilnya sedikit kurang mengesankan (karena Sistem Kekebalan tubuh yang ada untuk ikan maka tingkat kematian yang lebih rendah untuk kontrol), mereka masih signifikan, dan pengurangan kematian juga dapat mewakili keuntungan ekonomi yang dapat diandalkan dengan peningkatan kelangsungan hidup sebesar 18 persen untuk seabass melawan Pasteurella dan 19 hingga 12 persen untuk nila melawan Streptococcus dan Francissella, masing-masing.
Selama percobaan penelitian, hasil yang signifikan mengkonfirmasi efek antimikroba dari fitogenik yang diamati pada skala laboratorium. Untuk benar-benar memvalidasi manfaat ini, langkah terakhir namun tidak kalah pentingnya telah dilakukan:di bawah uji coba kondisi nyata pertanian.
Skala bidang komersial
Pengaruh fitogenik diuji di bawah kondisi pertanian komersial untuk dua spesies di Vietnam, (udang dan nila), dan di Turki untuk seabream dan seabass. Untuk ikan terakhir ini, lima percobaan telah dilakukan untuk mengevaluasi efek dari fitogenik pada pengendalian penyakit, bertemu secara acak dalam kondisi alami, dan membandingkannya dengan antibiotik". Ikan telah menghadapi baik Vibriosis, Flexibacteriosis atau infeksi parasit (lihat tabel 3). Menariknya, penggunaan produk pada 5Kg/ton pakan, selama 20 hari setelah munculnya gejala pertama, mengarah pada kontrol penuh penyakit (setidaknya seefisien antibiotik) dan pemulihan total dengan kembalinya ke keadaan metabolisme awal hewan.
Untuk ikan nila di kandang, fitogenik diterapkan sementara dengan dosis pengendalian penyakit 4kg/ton pakan selama 14 hari setelah munculnya infeksi streptokokus. Itu diterapkan pada jumlah yang sama, selama 35 hari, pada udang yang dibudidayakan di kolam luar setelah munculnya Vibriosis. Efek antimikroba dari fitogenik dikonfirmasi, dalam kondisi pertanian, dimana secara nyata mendukung ketahanan ikan nila dan udang (ANOVA p <0,05) ketika ditantang dengan Streptococcus spp. dan Vibrio spp. masing-masing (lihat gambar 6 dan 7).
Kami menyimpulkan bahwa aditif pakan baru ini memberikan kontrol yang efisien terhadap berbagai patogen dan dapat dianggap sebagai pendekatan holistik dan alami untuk mengurangi penggunaan antibiotik dalam sistem akuakultur. Data uji coba juga menunjukkan kemanjuran aditif fungsional untuk mengimbangi wabah penyakit dan untuk mempertahankan kinerja pertumbuhan dan keuntungan pertanian yang andal.
Lebih-lebih lagi, fitogenik baru ini dapat diterapkan dalam berbagai kondisi, baik secara terus menerus sebagai agen profilaksis, atau selama periode kritis tertentu sebagai agen kuratif. Durasi optimal aplikasi setidaknya 14 hari sebelum periode kritis yang diketahui, atau setelah munculnya gejala penyakit pertama kali.
Baru-baru ini, efisiensi produk diperluas ke spesies baru melawan patogen baru:Rickettsia (Salmonid RickettsialSepticaemia) di Chili. Penggunaan skala besar produk telah menunjukkan manfaat, dalam hal tingkat kelangsungan hidup, dan kemudian ekonomi pengembalian investasi.
Uji coba baru juga telah dilakukan terhadap Tilapia lake Virus (TiLV) yang menghancurkan dan muncul dan telah menunjukkan hasil positif yang dikonfirmasi di bawah kondisi lapangan. Di Vietnam, dari 219 tambak udang dari 219 tambak menggunakan fitogenik, 75 persen tidak menunjukkan kematian dan hanya 15 persen yang menunjukkan kematian karena EMS, 4 persen karena WSSD dan hanya 2 persen sindrom kotoran putih.
Kisah sukses terus berlanjut, kita harus menjaga momentum!
Gambar 1:( Bawah) Sifat cara potensial penetrasi SOC ke dalam sel
Gambar 2: (Kanan atas) Denaturasi protein mikroba dengan fiksasi SOC pada jembatan disulfida
Gambar 3: (Kanan bawah) Perubahan metabolisme fungsional oleh SOC yang terkandung dalam fitogenik
Gambar 4: Protokol aplikasi produk pencegahan untuk uji laboratorium in vivo untuk tiga spesies akuakultur yang diuji
Gambar 5: Efek keseluruhan dari fitogenik pada kelangsungan hidup akhir (kontrol vs aplikasi dosis pencegahan)
Gambar 6: Efek kuratif fitogenik pada nila setelah tantangan streptokokus
Gambar 7: Efek kuratif fitogenik pada udang setelah tantangan Vibriosis
