پروبیوتیک‌های نسل بعدی: چگونه یک «فرا‌جامعه» باکتریایی ایجاد کنیم تا میگوها را در برابر ویبریو محافظت کند

 

۲۷ October 2025

۶ آبان ۱۴۰۴

 

اینفوگرافیک مرجع که به‌طور واضح فرآیند ایجاد جوامع میکروبی سنتزی (SynComs) را نشان می‌دهد؛ این جوامع از روده میگوهای سالم استخراج شده‌اند تا Penaeus vannamei  را در برابر (AHPND) Vibrio parahaemolyticus محافظت کنند. منبع: Copilot

ویبریوزیس به‌ویژه نوعی که توسط Vibrio parahaemolyticus ایجاد می‌شود و منجر به بیماری ویرانگر نکروز حاد هپات,وپانکراس میگو (AHPND) می‌گردد، همچنان یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها برای صنعت جهانی میگو به‌شمار می‌رود.  سال‌ها، واکنش‌های سنتی به این بیماری مبتنی بر تعویض آب و استفاده از آنتی‌بیوتیک‌ها بوده است؛ با این حال، این روش‌ها به دلیل اثرات زیست‌محیطی و گسترش مقاومت‌های میکروبی در برابر داروها، به طور فزاینده‌ای محدود شده‌اند.

پروبیوتیک‌ها اگرچه محدودیت‌هایی دارند به‌عنوان یک جایگزین امیدبخش مطرح شده‌اند. بسیاری از محصولات تجاری بومی محیط آبزی‌پروری نیستند و در ایجاد و تثبیت خود در این محیط با مشکل مواجه‌اند. علاوه براین، شواهد علمی نشان می‌دهد که گروه‌های باکتریایی نسبت به سویه‌های منفرد، در مقابله با پاتوژن‌ها پایدارترومؤثرتر هستند.

این موضوع باعث شده است که توجه به جوامع میکروبی سنتزی (SynComs) افزایش یابد؛ این جوامع در واقع «پروبیوتیک‌های طراحی‌شده» هستند که از چندین سویه بومی مفید تشکیل شده‌اند. با این حال، چالش اصلی این است که ساخت آن‌ها فرآیندی زمان‌بر و پرزحمت است. یک مطالعه جدید در مجله Aquaculture توسط محققان دانشگاه Ningbo و مؤسسه شیلات آب شیرین Zhejiang، استراتژی نوآورانه و سریعی برای شناسایی، جداسازی و مونتاژ این  SynComهای بسیار مؤثر ارائه کرده است.

یافته‌های کلیدی

• مجموعه / کنسرسیوم باکتریایی روده‌ای، وقتی در محیط‌های کشت خاصی (R2A+Kan، R2A،GM1) پرورش داده شدند، مقاومت میگو در برابر Vibrio را بیش از ۶۸٪ افزایش دادند.
• موثرترین روش مصرف، ترکیبی از غوطه‌وری در آب و مخلوط کردن با خوراک (IM+MF) بود که بقا پس از چالش با پاتوژن را تا ۸۰.۱٪ بهبود بخشید.
• هشت سویه کلیدی از کنسرسیوم‌های موفق شناسایی و جدا شدند، شامل جنس‌هایی مانند  Tenacibaculum، Bacillus، Ruegeria، Paracoccus، Microbacterium و Exiguobacterium.
• جوامع سنتزی تازه ایجاد شده (SynComs) ، به‌ویژه SynComAll (۸ سویه) و SynComR2A+Kan (۶ سویه)، بقای میگوها پس از چالش با Vibrio را تا ۶۸.۱٪ افزایش دادند.
• اثر حفاظتی این جوامع با توان بالاتر هم‌افزایی در تشکیل بیوفیلم و افزایش فعالیت آنزیم‌های گوارشی و ایمنی میگو مانند (ACP و AKP[۱]) همراه بود.

منبع: باکتری‌های «سالم» از سیستم بیوفلاک

محققان کار خود را با یک منبع امیدوارکننده آغاز کردند: روده میگوهای Penaeus vannamei  پرورش یافته در سیستم بیوفلاک. مطالعات قبلی نشان داده بودند که این میگوها در برابر عفونت‌های Vibrio به‌طور قابل توجهی مقاوم‌تر هستند. دانشمندان باکتری‌های روده‌ای این میگوهای «سالم» را جمع‌آوری کردند تا به‌عنوان ماده اولیه مورد استفاده قرار دهند.

یافتن «فرمول» مناسب برای غنی‌سازی

اولین مرحله، کشت این کنسرسیوم های باکتریایی روده‌ای درآزمایشگاه بود. از آنجایی که همه باکتری‌ها به یک اندازه رشد نمی‌کنند، محققان هشت محیط کشت مختلف را امتحان کردند (R2A، R2A+Kan، R2A+Van، GM1، MRS، ۱/۲ 2216E، RM  و LB).  پس از تهیه هشت کنسرسیوم باکتریایی غنی‌شده، آن‌ها به لاروهای میگو به مدت شش روز داده شدند. سپس دو پارامتر ارزیابی شد: «سلامت» میگوها (بقا و پر بودن روده) و مهم‌تر از همه، مقاومت آن‌ها پس از عفونت عمدی با سویه پاتوژنیک Vibrio parahaemolyticus FX1[۲].

محیط‌های کشت برنده (و بازنده)

نتایج به‌طورواضح نشان داد که نوع محیط کشت اهمیت زیادی دارد.

• برنده‌ها: تیم‌هایی که در محیط‌های (R2A+Kan R2A) همراه با کانامایسین[۳] (R2A وGM1)، کشت داده شدند، مؤثرترین بودند. این تیم‌ها نه تنها سلامت میگوها را به‌طور قابل توجهی بهبود بخشیدند، بلکه نرخ بقا پس از عفونت با Vibrio را بیش از ۶۸٪ نسبت به گروه کنترل افزایش دادند.
• بازنده‌ها: به‌طور شگفت‌انگیزی، تیم‌هایی که در محیط‌های LB و R2A+Van (با وانکومایسین[۴]) رشد کردند، برای میگوها مضر بودند و حتی پیش از چالش، بقای آن‌ها را کاهش دادند.

چرا این تیم‌ها مؤثر بودند؟ نگاهی به ترکیب جامعه باکتریایی

تحلیل ترکیب باکتریایی راز موفقیت را آشکار کرد. تیم‌های برنده (R2A+Kan، R2A، GM1) متنوع بودند و شامل جنس‌های باکتریایی شناخته‌شده به‌عنوان مفید، مانند Tenacibaculum، Bacillus،Microbacterium  و Exiguobacterium می‌شدند.

در مقابل، تیم‌های «بازنده» تحت سلطه باکتری‌هایی مانند Vibrio و Photobacterium  در (محیط کشت LB) یا با تنوع میکروبی بسیار پایین (درR2A+Van) بودند، که احتمالاً منجر به ایجاد جامعه‌ای ناپایدار شد که نتوانست میزبان را محافظت کند.

محیط کشت R2A+Kan به‌ویژه جالب بود. کانامایسین، یک آنتی‌بیوتیک،به سرکوب رشد باکتری‌های گرم منفی(مانند خودVibrio) در کشت کمک کرد و امکان رشد یک جامعه متنوع از باکتری‌های مفید (از جملهTenacibaculum  و Bacillus ) را فراهم ساخت.

بهینه‌سازی روش مصرف: آب، خوراک یا هر دو؟

داشتن یک پروبیوتیک خوب کافی نیست؛ باید به‌درستی مصرف شود. محققان سه روش مختلف را با استفاده از تیم موفق از محیط کشت R2A آزمایش کردند:

• IM (غوطه‌وری): اضافه کردن باکتری‌ها تنها به آب پرورش
• MF (مخلوط کردن با خوراک): اضافه کردن باکتری‌ها تنها به خوراک
• IM+MF (هر دو): استفاده همزمان از هر دو مسیر

نتایج مطالعه نشان داد که استراتژی ترکیبی (IM+MF) بدون شک مؤثرترین بود. این روش، بقا در طول دوره پرورش را تا ۵۵.۶٪ بهبود بخشید و پس از چالش با Vibrio، بقای میگوها را به طور چشمگیر تا ۸۰.۱٪ افزایش داد. این نشان می‌دهد که کلنی‌زایی باکتری‌های مفید زمانی مؤثرتر است که هم در محیط و هم دررژیم غذایی حضورداشته باشند.

از یک کنسرسیوم تا یک «SynCom» طراحی‌شده

گام بعدی، نوآورانه‌ترین مرحله بود: گذار از یک تیم «وحشی» غنی‌شده به یک جامعه سنتزی دقیق و قابل تکرار در آزمایشگاه SynCom.

شناسایی بازیگران کلیدی

بر اساس تحلیل DNA کنسرسیوم برنده (R2A+Kan، R2A وGM1) ، محققان هشت جنس باکتریایی کلیدی را شناسایی کردند که به‌طور مداوم با فراوانی بالا (بیش از ۰.۰۱٪) حضور داشتند. این جنس‌ها شامل Paracoccus، Ruegeria، Microbacterium، Tenacibaculum، Demequina، Exiguobacterium،Bacillus  و Tritonibacter  بودند. با استفاده از فرآیند جداسازی هدفمند، آن‌ها موفق به به‌دست آوردن کشت‌های خالص از این هشت سویه خاص شدند.

ایجاد تیم فوق‌العاده: SynComR2A+Kan و SynComAll
با استفاده از سویه‌های جداشده، آن‌ها چهار SynCom طراحی‌شده جدید ساختند. مهم‌ترین آن‌ها عبارت بودند از:

• SynComR2A+Kan: ترکیبی از شش سویه کلیدی شناسایی‌شده در آن تیم
• SynComAll: ترکیبی از همه هشت سویه کلیدی شناسایی‌شده.

آزمون نهایی: آیا SynComهای جدید مؤثرند؟

این SynComهای جدید در میگو آزمایش شدند و عملکرد آن‌ها با گروه کنترل، تیم اصلی R2A+Kan و یک SynCom مثبت کنترل (SynComBFS) که در مطالعه‌ای قبلی اعتبارسنجی شده بود، مقایسه شد.

موفقیت چشمگیر: غلبه بر چالش Vibrio

نتایج، مؤثربودن این استراتژی را تأیید کرد. افزودن  SynComهای جدید به‌طور قابل توجهی سلامت میگوها را بهبود بخشید (بقا در طول پرورش و پر بودن روده). پس از عفونت با Vibrio parahaemolyticus، این SynComها توان حفاظتی خود را نشان دادند:

• SynComR2A+Kan بقای میگوها را تا ۶۸.۱٪ افزایش داد.
• SynComAll (با همه ۸ سویه) بقای میگوها را تا ۶۶.۶٪ افزایش داد.

شایان ذکر است که این SynComهای طراحی‌شده، به همان خوبی تیم اصلی R2A+Kan و SynComBFS کنترل مثبت عمل کردند. همچنین مطالعه نشان داد که هرچند سویه‌های منفرد کمی کمک می‌کنند، اثر آن‌ها بسیار کمتر است و هم‌افزایی «تیم» نقش کلیدی دارد.

چگونه میگوها را محافظت می‌کنند؟

مطالعه سرنخ‌هایی درباره مکانیزم حفاظتی ارائه می‌دهد. اولاً، SynComها ظرفیت تشکیل بیوفیلم بسیار بالاتری نسبت به سویه‌های منفرد داشتند. یک بیوفیلم قوی می‌تواند به باکتری‌های مفید کمک کند تا در روده مستقر شوند و به‌طور فیزیکی پاتوژن‌ها را کنار بزنند.

ثانیاً، SynComها سلامت داخلی میگو را بهبود بخشیدند و فعالیت آنزیم‌های گوارشی (مانندCMCase) و ایمنی  (مانند ACP  و AKP) را به‌طور قابل توجهی افزایش دادند. این نشان می‌دهد که SynComها نه تنها با پاتوژن مبارزه می‌کنند، بلکه سیستم ایمنی ذاتی و توانایی گوارشی میگو را نیز تقویت می‌کنند.

نتیجه‌گیری: یک استراتژی نوین برای آبزی‌پروری

این مطالعه یک روش سریع و مؤثر برای توسعه پروبیوتیک‌های نسل بعد ارائه می‌دهد. با ترکیب کشت غنی‌سازی شده (با استفاده از محیط‌های خاص مانند  R2A+Kan)و توالی‌یابی جامعه‌ای، می‌توان به‌سرعت SynComهای بومی و بسیار محافظ را شناسایی، جدا و مونتاژ کرد. برای تولیدکننده، این استراتژی راهی به سوی پروبیوتیک‌های مبتنی بر سویه‌های بومی و قابل اعتماد باز می‌کند که می‌توانند به‌راحتی هم از طریق آب و هم خوراک (روشIM+MF) مصرف شوند و سلامت روده و مقاومت میگوها در برابر یکی از پرهزینه‌ترین بیماری‌ها در آبزی‌پروری میگو را بهبود بخشند.

[۱] ACP و AKP دو نوع آنزیم مهم در میگو و دیگر آبزیان هستند که نقش کلیدی در گوارش و سیستم ایمنی دارند:

• ACP Acid Phosphatase: آنزیمی است که در هضم مواد غذایی و همچنین در پاسخ ایمنی ذاتی نقش دارد. فعالیت آن نشان‌دهنده قدرت دفاعی و سلامت داخلی میگو است.
• AKP Alkaline Phosphatase  : آنزیمی است که در هضم غذا و تقویت سیستم ایمنی میگو نقش دارد و فعالیت آن نیز نشان‌دهنده توانایی دفاعی بدن است.

 

[۲] Vibrio parahaemolyticus FX1 یک سویه پاتوژنیک خاص از باکتری Vibrio parahaemolyticus است که عامل بیماری مرگبار AHPND در میگوها می‌باشد. این باکتری یکی از خطرناک‌ترین عوامل بیماری‌زا برای میگو است و باعث مرگ سریع میگوها و خسارت شدید در صنعت آبزی‌پروری می‌شود.

 

[۳] کانامایسین (Kanamycin) یک آنتی‌بیوتیک آمینوگلیکوزیدی است که در آزمایشگاه برای انتخاب باکتری‌ها یا جلوگیری از رشد باکتری‌های ناخواسته در محیط کشت استفاده می‌شود.

[۴] وانکومایسین (Vancomycin) یک آنتی‌بیوتیک قوی گلیکوپپتیدی است که معمولاً علیه باکتری‌های گرم مثبت استفاده می‌شود. وقتی گفته می‌شود R2A+Van، منظور محیط کشت R2A به همراه وانکومایسین است که به باکتری‌های خاص اجازه رشد می‌دهد و باکتری‌های ناخواسته، به‌ویژه برخی گرم مثبت‌ها، را سرکوب می‌کند.

 

 

تعداد بازدید: ۲

لینک کوتاه: کپی کن!