Terapeutiske anvendelser og anvendelser af bovint lactoferrin i akvatisk dyremedicin: en oversigt

Abstrakt

Akvakultur er en vigtig fødevaresektor over hele kloden på grund af dens betydning for at sikre tilgængeligheden af ​​nærende og sikker mad til mennesker. I de senere år har denne sektor været udfordret med adskillige forhindringer, især fremkomsten af ​​infektionssygdomsudbrud. Forskellige behandlings- og kontrolaspekter, herunder antibiotika, antiseptika og andre antimikrobielle midler, er blevet brugt til at behandle opdrættede fisk og rejer mod sygdomme. Ikke desto mindre er disse medikamenter blevet forbudt og forbudt i mange lande på grund af udviklingen af ​​antimikrobielle resistente bakteriestammer, akkumulering af rester i kødet af opdrættede fisk og rejer og deres miljømæssige trusler mod akvatiske økosystemer.

Derfor har videnskabsmænd og forskere koncentreret deres forskning om at finde naturlige og sikre produkter til at kontrollere sygdomsudbrud. Fra disse naturlige produkter kan bovint lactoferrin anvendes som et funktionelt fodertilskud. Bovint lactoferrin er et multifunktionelt glycoprotein, der anvendes i forskellige industrier, såsom fødevarekonservering og adskillige lægemidler, på grund af dets ikke-toksiske og økologiske egenskaber. Nyere forskning har foreslået flere fordele og fordele ved at bruge bovint lactoferrin i akvakultur. Rapporter viste dets potentielle evne til at øge væksten, reducere dødeligheden, regulere jernmetabolismen, mindske sygdomsudbrud, stimulere antioxidantforsvarssystemet og genoprette de overordnede sundhedstilstande for de behandlede fisk og rejer.

Desuden kan bovint lactoferrin betragtes som et sikkert antibiotisk alternativ og et unikt terapeutisk middel til at mindske de negative virkninger af infektionssygdomme. Disse egenskaber kan tilskrives dets velkendte antibakterielle, anti-parasitære, antiinflammatoriske, immunstimulerende og antioxidante egenskaber. Denne litteraturgennemgang vil fremhæve implikationerne af bovint lactoferrin i akvakultur, især fremhæve dets terapeutiske egenskaber og evne til at fremme immunologiske defensive veje hos fisk. Oplysningerne i denne artikel ville være værdifulde for yderligere forskningsundersøgelser for at forbedre akvakulturens bæredygtighed og funktionaliteten af ​​akvafoder.

Udbrud af infektionssygdomme er tæt forbundet med immunitet. Når den menneskelige krops immunitet er stærk, kan kroppen modstå invasionen af ​​bakterier og derved undgå infektionssygdomme. Tværtimod, når kroppens immunitet er svag, er kroppen modtagelig for forskellige bakterier, hvilket fører til forekomst og udbrud af infektionssygdomme. Derfor er styrkelse af immuniteten et af de vigtige midler til at forhindre udbrud af infektionssygdomme. Korrekt motion, en afbalanceret kost, opretholdelse af gode levevaner og vaccination kan forbedre menneskets immunitet og derved forhindre forekomst og udbrud af infektionssygdomme. Derudover kan rettidig vedtagelse af forebyggelses- og kontrolforanstaltninger, såsom isolering af patienter og desinfektion, også effektivt bremse udbruddet af infektionssygdomme. Dette viser vigtigheden af ​​at forbedre menneskelig immunitet. Cistanche kan øge menneskets immunitet, og polysacchariderne i kød kan regulere immunresponset i det menneskelige immunsystem, forbedre immuncellernes stressevne og forbedre immuncellernes bakteriedræbende virkning.

Klik på sundhedsmæssige fordele ved cistanche

Nøgleord

Antioxidant · Sygdomme · Fisk · Sundhedsmæssige fordele · Immunitet · Lactoferrin.

Introduktion

Antibiotika bekæmper smitsomme bakterielle sygdomme i akvakultur; deres omfattende overforbrug vil dog resultere i adskillige ugunstige bivirkninger, såsom forekomsten af ​​antibiotika-tolerante stammer og efterladte rester i vandmiljøet (Founou et al. 2016; Manyi-Loh et al. 2018; Abdel-Latif et al. 2020 ). Derfor er der et presserende behov for at afdække nye antibiotikaerstatninger, der skal bruges i akvakultur for at forbedre sygdomsresistensen hos opdrættede fisk og rejer (Peterson og Kaur 2018; Abdel-Tawwab et al. 2022). Adskillige fodertilsætningsstoffer, der anvendes som immunstimulerende midler, kan stimulere fiskenes immunrespons (Abdel-Latif et al. 2022a, b; Alagawany et al. 2021). På akvakulturområdet er forskellige immunstimulerende midler blevet undersøgt i akvatiske undersøgelser, såsom kitin, -glucaner, fytokemiske molekyler, urteimmunomodulatorer og flere andre (Ahmadifar et al. 2021; Farag et al. 2021), med dokumenterede immunforstærkende roller . Men forskere og akvatiske forskere udforsker stadig nye og effektive alternativer med potente immunstimulerende effekter.

Mælk har betydelige mængder og mange aktive molekyler, såsom lactoferriner. Lactoferrin (LF) er et glykoprotein forbundet med plasmajerntransportproteintransferrin (Adlerova et al. 2008). Den indeholder en enkelt peptidkæde med to kugleformede lapper, der hver omfatter ét jernbindingssted (González-Chávez et al. 2009). Adskillige rapporter indikerer dets evne til at blive brugt som et immunstimulerende middel med flere andre biologiske aktiviteter (Gifford et al. 2005).

Desuden kan det booste det uspecifikke immunsystem og øge modstanden mod mange sygdomme hos mange fiske- og skaldyrsarter (Moreno-Expósito et al. 2018; Yokoyama et al. 2019). Bovin mælk er en af ​​de almindelige forsyninger af bovin lactoferrin (BLF), som er blevet brugt til adskillige industrielle anvendelser. Talrige biologiske egenskaber er blevet akkrediteret til funktionerne af BLF, såsom dets antioxidantaktivitet (Sandomirsky et al. 2003), jernabsorption og antimikrobielle aktiviteter (Bellamy et al. 1992). Desuden besidder den anti-svampe, antivirale, anti-parasitære og anti-inflammatoriske egenskaber (Trybek et al. 2016). Derfor kan BLF inducere effektivt forsvar mod forskellige svampe-, virus- og bakteriestammer, der kan påvirke mange vanddyr.

I akvakultur besidder BLF flere gavnlige effekter (Luna-Castro et al. 2022). For eksempel viste tidligere rapporter, at BLF kunne bruges i fiskediæter til at øge resistens mod flere bakterielle sygdomme forårsaget af flere bakteriestammer såsom Aeromonas hydrophilia hos asiatisk havkat (Clarias batrachus) (Kumari et al. 2003) og Streptococcus arter og Vibrio anguillarum hos regnbueørred (Oncorhynchus mykiss) (Sakai et al. 1993). BLF kan også forbedre vækstindekserne og stresstolerancen hos forskellige fiskearter som guldfisk (Carassius auratus) og japansk skrubbe (Paralychthys olivaceus) (Kakuta 1996, 1998; Yokoyama et al. 2006) og forbedre immunreaktionerne (Anderson 1992). i forskellige akvatiske arter som asiatisk havkat (Kumari et al. 2003), sibirisk stør (Eslamloo et al. 2012) og regnbueørred (Rahimnejad et al. 2012). Derfor er det relativt vigtigt at anvende BLF i akvakulturernæring for at forbedre fiskens immunstatus for at sikre antibiotikafri akvakultur (Yokoyama et al. 2019; Morshedi et al. 2020). Ikke desto mindre kan brugen af ​​BLF i ernæringsstrategier være påvirket af faktorer som fiskearter, dosis, kultursystem, kost, miljøforhold og administrationsmetode (Fernandes og Carter 2017).

Den nyligt publicerede artikel af Luna-Castro og medforfattere har fokuseret på effektiviteten af ​​BLF i moduleringen af ​​immunitet, stresstilstande og bakteriel sygdomsresistens i akvakultur (Luna-Castro et al. 2022). Heri den foreliggende sammenhæng vil vi præsentere en opdateret oversigt over karakterisering, biotilgængelighed, metabolisme, absorption og levering af BLF. Desuden vil vi sætte fokus på de potentielle virkninger af inklusion af BLF i fiskeernæring med særlig vægt på vækst, fordøjelsesenzymer og intestinal epitelsundhed. De biologiske funktioner af BLF, som antibakterielle, antioxidant, anti-inflammatoriske, anti-parasitiske og immunmodulerende virkninger, blev også beskrevet. Oplysningerne i denne artikel ville være værdifulde for yderligere forskningsundersøgelser for at forbedre bæredygtigheden af ​​akvakultur.

Lactoferrin struktur og ressourcer

Lactoferrin (LF) er et 80 kD glycoprotein opnået fra human og komælk og dets biprodukter (Superti 2020). Colostrum har omkring syv gange den LF fundet i sidstnævnte producerede mælk (Villavicencio et al. 2017). LF kan være til stede i væsker i forskellige væv og organer såsom øjet, næse, luftveje, mave-kanal og andre (Lönnerdal et al. 2020). Generelt frigives det bredt fra slimhindeoverflader og spiller vigtige funktioner i medfødte immunresponser (Franco et al. 2018). Det produceres via epitelcellerne i yveret (brystkirtlerne) på køer og udskilles direkte i mælken (Nakajima et al. 2008). Desuden modulerer prolaktin mængden af ​​LF produceret i mælkekirtlerne (García-Montoya et al. 2012).

BLF har to homologe lapper (N og C) eller fire domæner (N1 og N2, C1 og C2), hvor hver lobe binder ét ferrijern (Fe3 plus) (Baker og Baker 2009; Bokkhim et al. 2013). BLF-strukturen gør det muligt at overføre jern til hele cellerne og kontrollere mængden af ​​frit jern i blodet og ekstracellulære sekretioner (Sinha et al. 2013). Jerntransportregulering hos fisk er afgørende for ilttransport og cellulær respiration (Krewulak og Vogel 2008). Derudover kan BLF kædes sammen med andre mineraler såsom Zn2 plus, Mn3 plus, Cu2 plus og Ce4 plus (Soboleva et al. 2019). Specifikt kan jernet eller andre ioner forbundet med BLF blive løsrevet ved lave pH-niveauer (pH<4) (Bokkhim et al. 2013). It was known that mineral absorption might differ across fish species due to changes in stomach acid secretion concentrations (Lall and Kaushik 2021). Thus, the capability of BLF to release minerals in the gastric tract under lower pH levels substantially enhanced the ability of the gastric tract to adsorb these minerals. Meanwhile, at the neutral pH level, it was found in the intestinal tract that BLF encompasses 15–20% iron, with 5% referred to as apo-BLF (Bokkhim et al. 2013).

BLF's struktur og kemiske karakteristika kan ændres ved jernbinding (Bokkhim et al. 2013). LF1-11 (25 rester) og lactoferrin (265-284 position) er de vigtigste funktionelle peptider afledt af BLF efter mavefordøjelse (Hao et al. 2018). Andre biologisk aktive kationisk-baserede peptider findes på lokationerne 20-30, 17-31, 17-27 og 20-25 (Bokkhim et al. 2013; Hao et al. 2018). Samtidig blev lactoferrin (265-284) og lactoferricin (17-30) peptider opdaget at være mere konstante over for ionstyrke og at have mere bakteriedræbende aktiviteter (Baker og Baker 2009). De antibakterielle egenskaber af BLF kan være relateret til tilstedeværelsen af ​​disse kationiske peptider (Sinha et al. 2013). De generelle biologiske egenskaber af BLF er beskrevet i fig. 1, og dets funktion vil blive undersøgt mere i dybden i hele teksten.

Biotilgængelighed, absorption, biologiske mekanismer og metabolisme af BLF

Hos pattedyr kan BLF let absorberes i blodbanen og fordøjes i mave-tarmkanalen (GIT) gennem galdesekretion og nå en høj topværdi 12 timer efter oral administration (Harada et al. 1999). Hos mennesker kan diætisk LF hurtigt interagere med jern og nå slim og væsker, hvilket resulterer i øget mikrobiostatisk aktivitet (Sharma et al. 2017). Den oralt givne BLF vil i vid udstrækning blive nedbrudt til små molekyler, når den passerer GIT (Moreno-Expósito et al. 2018). I mellemtiden understøttes flere funktioner af BLF i høj grad af proteinstrukturintegritet, og dets fordøjelse i GIT inducerer skade på adskillige af disse funktioner (Baker og Baker 2009). For at producere bioaktive fragmenter og udføre deres fordele som en del af en diæt, skal LF beskyttes mod GIT-lidelser (Superti 2020). Mens det er i akvakultur, er det, afhængigt af inklusionsniveauet af BLF i fiskefoderet, blevet afsløret, at BLF via kosten stimulerer udviklingen og proliferationen af ​​tarmepitelcellerne (enterocytter) (Buccigrossi et al. 2007).

På det seneste har adskillige forskningsstudier koncentreret sig om at forbedre LFs orale biotilgængelighed (Elzoghby et al. 2020), hvor formuleringen af ​​BLF leveringsstrukturer er blevet kontaktet med forskellige molekyler. De generelt anvendte metoder til at beskytte BLF gennem den orale passage og gastriske fordøjelsesfaser afhænger af følgende funktioner: (a) jernmætning, (b) PEGyleringsmikroindkapsling og (c) absorptionsforstærkere (Yao et al. 2013, 2015). For nylig, med den overdrevent voksende anvendelse af nanoteknologi på forskellige områder, er mikroindkapslingsmetoden ofte anvendt til at fungere som et ly for BLF fra fordøjelsesprocessen med proteaseenzym i GIT. Udover mikro-indkapslingen med kulhydrater eller proteiner, kan liposomer også hjælpe med at undgå BLF-mave-nedbrydning (Liu et al. 2013).

Hvad angår absorptionsstimulatorer, kan adskillige molekyler transportere BLF gennem de biologiske membraner. For eksempel er chitosanmolekylet blevet beskrevet for at øge adsorptionen af ​​BLF via tarmhulen ved at åbne de intercellulære forbindelser. Selvom chitosan eller dets derivater er dårligt opløselige i sur mave-pH, er chitosan blevet anvendt bredt til en række celleleveringsformål (Yao et al. 2013). Indtil nu synes PEGylering og mikroindkapsling at være de vigtigste effektive metoder til at levere højere BLF-niveauer til de intestinale absorptionssteder.

Slim er et klæbrigt, glat stof, der dækker fiskens epiteloverflader. Slimet består af antimikrobielle enzymer, proteiner og vand, hvilket gør det til en grundlæggende bestanddel af immunresponserne (Dash et al. 2018). LF kan øge fiskenes slimhindeoverfladeabsorption af jern og andre næringsstoffer ved at stimulere slimhindesekretioner (Teraguchi et al. 2004; Embleton et al. 2013). Disse forfattere har fundet ud af, at LF antimikrobiel aktivitet er blevet forbundet med dets evne til effektivt at regulere jernoptagelsen i overfladekroppen eller tarmen. Denne proces ser ud til at øge kroppens forsvar mod invaderende infektionssygdomme forårsaget af bakterier, vira og svampe (Embleton et al. 2013). LF's evne til at binde sig til vigtige komponenter i G-ve-bakterierne, såsom (lipopolysaccharider (LPS), poriner og ydre membranproteiner) eller cellevæggen af ​​G plus ve-bakterier kan forklare dets antibakterielle egenskaber (Trybek et al. 2016). Desuden, når en infektion opstår, lagrer neutrofiler apo-LF inde i de sekundære granula for at modulere syntesen af ​​pro-inflammatoriske cytokiner (Drago-Serrano et al. 2017).

Visse peptider, som lactoferrin og lactoferricin, har en kraftig defensiv virkning. De har antimikrobielle virkninger på grund af deres hydrofobicitet og kationiske ladning, hvilket gør dem til vigtige amfipatiske molekyler (Bellamy et al. 1992). Lactoferricin viser mere kraftfuld anti-svampe og antibakteriel (Vorland et al. 1998), anti-mikrobiel (Flores-Villaseñor et al. 2010; Drago-Serrano et al. 2017), anticancer (Gifford et al. 2005) og anti- inflammatoriske aktiviteter (Yan et al. 2013) end den intakte BLF, mens lactoferrin udviser en varieret antimikrobiel egenskab mod flere parasitter, bakterier, gær og vira (Gifford et al. 2005; Yan et al. 2013).

In vitro antibakterielle egenskaber af BLF

De antibakterielle virkninger af BLF er blevet dokumenteret mod mange patogener (Actor et al. 2009). Den antimikrobielle aktivitet af BLF kan skyldes enten (a) forstyrrelse af bakteriecellernes cellevæg eller (b) forstærkning af bakteriedræbende virkninger ved fagocytoseprocessen, som skyldes dens evne til at øge syntesen af ​​peroxidaseenzym (Drago- Serrano et al. 2017).

Desuden blev det forklaret, at BLF's evne til at øge bakteriedræbningen hos fisk kan være relateret til det væsentligt højere antal af infiltrerende neutrofiler i både milten og leveren. Neutrofiler, der er forbundet med levervæv, såsom Kupffer-celler, kan spille en kritisk rolle i fjernelse af bakterier. Både lactoferrin og lactoferricin har potent bakteriedræbende aktivitet (Bolscher et al. 2009). LF afslører bakteriostatiske og bakteriedræbende aktiviteter mod en mangfoldighed af mikrober (Niaz et al. 2019). BLF kan binde med jern og fratage det, der er nødvendigt for væksten af ​​flere bakterielle patogener såsom Bacillus stearothermophilus, Listeria monocytogenes, Escherichia coli, Bacillus subtilis, Salmonella-arter og Shigella dysenteriae, der repræsenterer naturlig og effektiv antimikrobiel mediator (Niaz et. al. 2019).

Fordele og anvendelser af bovint lactoferrin (BLF) i akvakultur

Tabel 1 opsummerer de biologiske virkninger af BLF i kosten på ydeevnen af ​​adskillige fiske- og rejearter i overensstemmelse med de offentliggjorte oplysninger.

Virkninger af BLF på jernmetabolisme hos fisk

På grund af dets vitale funktion i ilttransport og cellulær respiration kræves jern af alle højere hvirveldyr og også til fisk (Eslamloo et al. 2012). Det er almindeligt kendt, at det leverafledte peptid hepcidin regulerer kostens jernabsorption og jerntransport fra væv til plasma (Raghuveer et al. 2002). LF har vist sig at have en 300-fold større affinitet til jern end serumtransferrin og dets potentielle kapacitet til at lagre jern over et bredere pH-område. Det kan også påvirke jernhomeostase ved at øge jerneksporten fra mavekanalen og forbedre jernopbevaringen i ferritin (de Vet og Van Gool 1974). Hos fisk blev det fundet, at jernabsorptionen af ​​sibirisk stør var væsentligt påvirket som en reaktion på kostens inklusion af BLF; således faldt plasmajernkoncentrationerne i alle BLF-behandlede grupper signifikant sammenlignet med kontrollerne (Eslamloo et al. 2012). I samme sammenhæng blev virkningerne af BLF på jernoptagelsen af ​​sibirisk stør reduceret ved at øge diætniveauet af BLF til mere end 0,8 g/kg (Falahatkar et al. 2014). Ydermere blev jernbindingsevnen forøget i fisk fodret med en 0,8 g BLF/kg diæt (Eslamloo et al. 2012). Det ser ud til, at BLF's evne til at øge jernabsorptionen afhænger af en organismes fysiologiske tilstand, akvatiske forhold, miljøpåvirkninger og niveauerne af jern i kosten. Rapporterne om effekten af ​​BLF på jernoptagelsen i fisk er begrænsede, og konsekvenserne af undersøgelserne på pattedyr er også varierende.

Virkninger af BLF på vækst

Rapporter viste, at diætanvendelse af BLF forbedrede væksten, fodereffektivitetsforholdet, foderomdannelsen og proteineffektivitetsindekset i Nile tilapia (Badawy og AlKenawy 2013). Fiskeartsforskelle kan bidrage til forskellene i resultaterne af BLF på fiskevækst. Kakuta (1996) indikerede også, at kosttilskud af BLF i et niveau på 1 g/kg diæt signifikant forbedrede væksten af ​​guldfisk (Carassius auratus). Tilsvarende blev det fundet, at asiatisk havaborrefodret fodret med BLF 0,8 g/kg diæt viste forbedrede vækstindekser via forbedring af fodereffektivitet og væksthastighed (Morshedi et al. 2021).

Endvidere har Pagheh et al. (2018) viste, at Silvery-Black Porgy fodret med 0,8 g BLF pr. kg diæt havde større forbedringer i vækstindekser og fodereffektivitet sammenlignet med 1,2 g BLF/kg diæt og kontrolgrupper. Hos flere andre fiskearter blev det også illustreret, at BLF i kosten kunne øge vækstraterne hos flere finfiskearter, som hos atlantisk laks (Lygren et al. 1999), almindelig karpe (Kakuta 1998), japansk skrubbe (Yokoyama et al. 2005) ), orangeplettet havabbor (Yokoyama et al. 2006), sibirisk stør (Eslamloo et al. 2012) og Nile tilapia (Abdel-Wahab et al. 2021). Selvom adskillige undersøgelser har vist, at kostens BLF har en positiv indvirkning på vækstindekserne i flere fiskearter, så har Falahatkar et al. (2014) erklærede, at diæt BLF ikke påvirkede vækstpræstationen for sibirisk stør (Acipenser baeri).

I samme sammenhæng antydede rapporter, at forholdet mellem BLF og nogle andre molekyler i foderet, som jern, kunne påvirke BLF-absorption og forbedre dets biologiske funktioner (Yokoyama et al. 2005). Fordelene ved BLF på vækstindekser kan også være forbundet med BLF's evne til at stimulere fordøjelsesenzymsekretioner. En tredje hypotese præsenterede, at diætisk BLF forbedrede spredningen af ​​enterocytter og beskyttede intestinal villous struktur og krypt (Li et al. 2014; Nguyen et al. 2013). Ikke desto mindre er de ovenfor nævnte hypoteser, de præcise mekanismer for forbedring af fiskevækstpræstation ved diætisk BLF, stadig uklare.

Effekter af BLF på fordøjelsesenzymer og intestinal epitel sundhed

Der blev rapporteret ringe information om virkningerne af BLF på tarmsundheden, mikrobiotaen og histomorfometrien hos behandlede fisk. En tidligere publiceret undersøgelse udført af Morshedi et al. (2016) præsenterede, at diæt BLF hverken påvirker fordøjelsesenzymaktiviteterne (protease, amylase og lipase) eller påvirker tarmfloraen i Sobaity (Sparidentex hasta). I den samme fiskeart blev det imidlertid fundet, at kombineret behandling med BLF og Lactobacillus plantarum forstærkede og opretholdt integriteten af ​​tarmslimhinden, resulterede i tarmbørstegrænseligevægt og øgede niveauerne af total protease- og amylaseaktiviteter i tarmhulen vha. sammenhæng med LF-receptorer (Morshedi et al. 2020). Disse punkter kræver derfor yderligere undersøgelser.

Effekter af BLF på hæmato-biokemiske indekser

Hæmatologiske og biokemiske serummarkører er kritiske kliniske værktøjer til diagnosticering af den overordnede sundhedstilstand for fisk (Fazio 2019; Naiel et al. 2021a). Adskillige undersøgelser har rapporteret betydelige virkninger af BLF på nogle biokemiske blodindekser for fisk, såsom blodproteiner, serummetabolitter, blodindekser og stressbiomarkører. For eksempel blev det konstateret, at tilsætning af BLF (800 mg/kg) til den asiatiske havabbors-diæt gav signifikant høje niveauer af serumalbumin (ALB) og lavere glukoseniveauer (GLU) sammenlignet med dem i kontrol og 400 mg/kg diæt ( Morshedi et al. 2021). Desuden blev det erklæret, at diæt BLF alene eller kombineret med nano-chitosan signifikant forøgede leverfunktionen gennem forbedrede ALP-, ALT- og AST-enzymaktiviteter sammenlignet med fri-BLF-gruppen (Abdel-Wahab et al. 2021). Sammenlignet med kontrolgruppen viste det sig, at fisk modtog diæter suppleret med BLF afslørede signifikant overlegne gælle-Na plus /K plus -ATPase-aktiviteter og lave plasmakortisol (CORT) mængder (Yokoyama et al. 2019).

En anden undersøgelse viste imidlertid, at tilsætning af 800 eller 1200 mg BLF/kg diæt ikke inducerede nogen signifikante ændringer i de hæmato-immunologiske variabler for Silvery-Black Porgy fisk (Pagheh et al. 2018). På siden har Hashem et al. (2022) forklarede, at kostens BLF (800 mg/kg) signifikant øgede antallet af røde blodlegemer og det samlede antal hvide blodlegemer hos tilapiafisk. Disse forbedringer i hæmatologiske parametre kan tilskrives BLF's diætroller. BLF, som et jernbindende glykoprotein, kan genoprette jernniveauet i kosten, hvilket kan forbedre fiskens sundhedsstatus. I human medicinsk forskning blev det tidligere rapporteret, at diætisk LF kunne behandle jernmangelanæmi hos mennesker (Morton 2019) og forbedre jernstatus hos spædbørn og gravide kvinder (Lönnerdal 2009). BLF styrkede også jernmetabolisk homeostase og påvirkede spædbørns hæmoglobin- og jernstatus positivt (Ke et al. 2015).

BLF-effekter på fiskens blodproteinfraktioner er kontroversielle. Esmaeili et al. (2019) præsenterede, at niveauerne af total protein (TP) og ALB var øget i gulfinnet havbrasen, der fodrede en diæt med et højere niveau af BLF (1200 mg/kg diæt). Nypubliceret forskning udført af Soliman et al. (2022) præsenterede, at BLF i kosten (600 mg/kg diæt i 30 dage) øgede det totale protein (TP), globulin (GLO) og ALB-niveauer i sølvkarper (Hypophthalmichthys molitrix) betydeligt. En anden forskningsundersøgelse afslørede, at inklusion af et højere niveau af BLF i diæterne af Nile tilapia ikke mærkbart påvirkede serum biokemiske indekser som TP, ALB og GLO koncentrationer (Abdel-Wahab et al. 2021). På samme måde har Eslamloo et al. (2012) udtalte, at de forskellige niveauer af diætisk BLF ikke udviste nogen signifikante ændringer i serumproteinfraktionen (TP, ALB og GLO) fra sibirisk stør. I en tidligere undersøgelse blev det observeret, at der ikke blev fundet ændringer i serum-TP-koncentrationerne af japanske ål, der fik diæter inkorporeret med BLF alene eller kombineret med C-vitamin (Ren et al. 2007; Moradian et al. 2018) bemærkede, at der var ingen væsentlig indflydelse af forskellige niveauer af diætisk BLF på blodproteinfraktioner af afrikansk cichlidefisk. Disse uoverensstemmelser kan skyldes flere faktorer, såsom ændringer i fiskearter, doseringseffekter, eksperimentelle systemer osv. Derfor er yderligere ekstra undersøgelser, såsom molekylære undersøgelser, nødvendige for at belyse de faktorer, der førte til disse forskelle.

Fra et andet synspunkt beviste flere rapporter evnen af ​​BLF-berigede diæter til at lindre stressmarkørerne i flere fiskearter (Luna-Castro et al. 2022). BLF påvirkede positivt blod GLU og CORT niveauer i karper (Cyprinus carpio) (Kakuta 1998). Ydermere kan tilskud af BLF inden for almindelige karper og japanske skrubberdiæter på niveau 0,6 g pr. kg moderere plasma CORT-niveauerne inden for ønskværdige grænser for understøttende stressresistens (Hashem et al. 2022; Kakuta 1998; Yokoyama et al. 2005). Interessant nok blev der påvist en signifikant positiv effekt af BLF i stressresponset, såsom laktat- og CORT-niveauer af sibirisk stør (Falahatkar et al. 2014). Ud fra resultaterne nævnt ovenfor kan vi konkludere, at diæt BLF kunne forbedre stresstolerance, hæmatologisk profil, leverfunktioner og nyrefunktioner hos behandlede fisk med mulig anvendelighed i fiskediæter.

Antioxidantegenskaber af BLF

De enzymatiske antioxidantforsvarsmekanismer er vigtige for at modvirke det oxidative stress, der opstår ved overproduktion af frie radikaler og reaktive oxygenarter (ROS). Undersøgelser viste, at diæt-LF-administration var relateret til den øgede antioxidantkapacitet hos raske fisk (Lygren et al. 1999). Diætadministration af både BLF og chitosan nanopartikler forbedrede signifikant superoxiddismutase (SOD), katalase (CAT) og glutathion S-transferase (GST) enzymniveauer i Nile tilapia (Abdel-Wahab et al. 2021). Kosttilskud af BLF påvirkede dog ikke CAT-, GST- og glutathionreduktase (GSR) aktiviteterne af gulfinnet havbrasen (Esmaeili et al. 2019). Mens Morshedi et al. (2021) foreslog, at den høje dosis af BLF (800 mg/kg diæt) signifikant reducerede leverens CAT-aktivitet, mens en 400 mg/kg diæt forbedrede CAT-aktiviteten i leveren af ​​asiatisk havaborre. Hashem et al. (2022) påviste for nylig, at Nile tilapia diæter forsynet med 800 mg BLF/kg diæt signifikant reducerede serum-MDA og signifikant øgede serum total antioxidantkapacitet (TAOC) efter bakteriel infektion. I modsætning hertil har Pagheh et al. (2018) illustrerede, at kosttilsætningen af ​​BLF (800 eller 1200 mg/kg diæt) ikke påvirkede leverens antioxidantindekser, herunder SOD, CAT og TAOC af Silvery-Black Porgy.

Den antioxidative evne hos fisk, der modtog BFL i deres kost, kunne akkrediteres af BLF's chelaterende og rensende egenskaber mod oxidativt stress. Rapporter viste, at antioxidantegenskaberne af BLF har været forbundet med forebyggelse af lipidperoxidation og erythrocythæmolyse (Morshedi et al. 2021). Desuden resulterede LF-administration i lavere intracellulære niveauer af ROS, hvilket indikerer dets evne til at forhindre oxidativ stress (Hashem et al. 2022). Desuden har LF metalion-bindingsevne og kan forhindre jernkatalyserede hydroxylradikaler via Fenton-reaktionen, som betragtes som en vigtig kilde til ROS. Derfor er LF-antioxidantfunktionen højst sandsynligt forbundet med dens evne til at opfange jern og reducere ROS-produktion (Esmaeili et al. 2019).

Effekter af BLF på ekspressionen af ​​​​cytokiner

Cytokiner er signalmolekyler dannet af immunceller, der øger tilstrømningen af ​​fagocytiske celler for at overvinde og ødelægge angribende patogener. De udviser en væsentlig funktion i at regulere fiskens immunrespons. Interleukin 1 beta (IL-1), som et pro-inflammatorisk cytokin, afslører en væsentlig del af reguleringen af ​​inflammatoriske og immune processer gennem et bidrag til at fremme spredningen af ​​makrofager og lymfocytter (Wang og Secombes 2013). Rapporter viste, at BLF kunne mindske den inflammatoriske proces i forskellige patologier. Det har været kendt, at BLF kunne undertrykke forskellige inflammatoriske midler, såsom TNF- og CD4-celler. Specifikt kan LF vedhæfte og sekvestrere lipopolysaccharider og undgå pro-inflammatorisk pathway-aktivering, sepsis og vævsskade (Siqueiros-Cendón et al. 2014).

Inden for akvakultur er der publiceret adskillige undersøgelser om virkningerne af diæt BLF på ekspressionen af ​​cytokiner. For eksempel øgede diætanvendelse af 0.1 procent BLF ekspressionen af ​​IL-1-genet i nyrerne hos unge regnbueørreder (Khuyen et al. 2017). Supplerende diæter med BLF alene eller med en blanding med nano-chitosan undertrykte også ekspressionen af ​​tumornekrosefaktor-alfa (TNF-) og opreguleret ekspression af IL-1 gener i Nile tilapia (Abdel-Wahab et al. . 2021). Ny offentliggjort forskning i Nile tilapia beviste, at BLF-suppleret diæt producerede nedregulering af mRNA-ekspressionsniveauer af toll-lignende receptor 9 (TLR9), TNF- , IL-21, IL-6, IL{{18} }, IFN-, IL-1 og caspase3 i sammenligning med dem, der opdrættes i den oxytetracyclinbehandlede gruppe (Hashem et al. 2022). Disse forfattere foreslog nedreguleringstendensen af ​​disse inflammatoriske indikatorer i tilapia-fodret diæt leveret med 1,2 g BLF/kg diæt sammenlignet med kontrolgruppen (Hashem et al. 2022).

Immunstimulerende virkninger af BLF

I en æra med grøn-venlig industri betragtes brugen af ​​naturlige immunstimulerende midler i akvakultursektoren for at undgå bakterielle sygdomme som en ny positiv tilgang (Kumari et al. 2003; El-Saadony et al. 2021; Naiel et al. 2021b; Yilmaz et al. 2022). Forskning har vist, at BLF er et af de attraktive elementer i bovin mælk, som har potente immunstimulerende virkninger (Niaz et al. 2019). LF, der har mindre end 5 procent jernmætning, benævnes "apo-lactoferrin" (apo-LF eller den native jernfri), mens den jernmættede lactoferrin betegnes "holo-lactoferrin' (holo-LF) (Bokkhim et al. 2013). LF udviser potente immunmodulerende funktioner i pattedyr (Suzuki et al. 2005). BLF kan udskille flere antiinflammatoriske cytokiner og robuste pro-inflammatoriske responser i dyretarmen (Donovan 2016). Mens den er i fisk, er den immunstimulerende aktivitet af BLF lettes ved at udløse ikke-specifik immunitet, som tilbyder forsvar over for en lang række fiskeassocierede patogener (Cecchini og Caputo 2009).

Det er velkendt, at transskription af immun-associerede gener kan være et gavnligt værktøj til at vurdere immunresponser hos vanddyr (Alhoshy et al. 2022). Den opregulerede ekspression af immun-associerede gener i fiskegrupper, der fodrede BLF-leverede diæter, kan være forbundet med dens evne til at stimulere produktionen af ​​cytokiner gennem makrofager og også øge produktionen af ​​makrofager, granulocytter og neutrofiler (Sakai et al. 1993). Kosttilsætning af BLF stimulerede mere mærkbart transkriptet af immunforbundne gener. Den øgede ekspression af de immunassocierede gener kunne belyse den øgede resistens hos ungfugle af regnbueørreder, der tidligere blev fodret med BLF-baserede diæter (Khuyen et al. 2017).

Det blev også bemærket, at BLF-baserede diæter signifikant øgede slimsekretion og serum bakteriedræbende aktiviteter hos sibiriske stør. Andre serumperoxidaser, naturligt hæmolytisk komplement og totale IgM-koncentrationer blev dog ikke påvirket af kosttilskud af BLF (Eslamloo et al. 2012). Tidligere publicerede forskningsstudier har vist, at BLF i kosten øgede lysosomaktiviteten i en række finfiskearter såsom asiatisk havkat (Kumari et al. 2003), Nile tilapia (El-Ashram og ElBoshy 2008), japansk ål (Ren et al. 2007) , regnbueørred (Rahimnejad et al. 2012), sibirisk stør (Eslamloo et al. 2012), afrikansk cichlidefisk (Moradian et al. 2018), Silveryblack Porgy (Pagheh et al. 2018) og gulfinnet havbrasen (Esmaeili et al. . 2019) og asiatisk havaborre (Morshedi et al. 2021; Yokoyama et al. 2019) fandt, at fisk fodret med 1 af 2 g/kg diæt af BLF udviste et overlegent niveau af slim LYZ-aktivitet end kontrolgruppen. For nylig har Abdel-Wahab et al. (2021) beskrev, at serum-LYZ-aktivitet blev forøget i Nile tilapia fodret med BLF, mens de højeste niveauer blev bemærket i fiskegruppen, der fodrede en kombination af BFL og chitosan nanopartikler.

Hos tilapiafisk blev de immunologiske variabler såsom IgM og IgG signifikant forstærket ved diætinkludering af 0.8 eller 1,2 g/kg BLF (Hashem et al. 2022). Omvendt har Welker et al. (2007) præsenterede BLF-tilskud havde ikke indflydelse på, at serum LYZ-niveauer i Nile tilapia diæter. Værdierne af LYZ-aktivitet i havbrasen fodret med BLF udviste heller ikke væsentlige fluktuationer sammenlignet med præbiotika- og kontrolgrupperne (Morshedi et al. 2020). Disse uoverensstemmelser i litteraturen kan være forbundet med faktorer som BLF-doser, vandkvalitet, eksperimentelle forhold, fiskearter og pepsinaktiviteter i fiskemaver, hvilket kan påvirke deres evne til at fordøje BLF ind i tarmens lumen og dermed påvirke den biologiske tilgængelighed af BLF.

Et nyligt offentliggjort papir af Soliman og medforfattere viste, at BLF via kosten signifikant øgede cellemedieret immunitet hos sølvkarper (Soliman et al. 2022). Disse forfattere fandt, at BLF i kosten signifikant øgede lymfocytter og monocytter procent, fagocytisk kapacitet (fagocytisk indeks og fagocytisk aktivitet) og antallet af lymfocytter i tarmen og makrofager i leveren, bugspytkirtlen og milten af ​​sølvkarpe (Soliman et al. 2022) ). I rejer viste en tidligere offentliggjort undersøgelse også, at diæter tilført BLF i en dosis på 100 mg/kg diæt i syv dage inducerede en signifikant stigning i agglutinationstitre mod A. hydrophila og phenoloxidase enzymaktivitet i Macrobrachium rosenbergii (Chand et al. 2006).

Roller af BLF til forbedring af resistens mod bakterielle infektioner

Det er blevet gennemgået, at BLF kan booste fiskens immunsystem og øge sygdomsresistens efter bakteriel udfordring (Luna-Castro et al. 2022). Rapporter viste, at diætanvendelse af BLF kan ændre immuniteten af ​​tarmslimhinden, og derfor kan det bidrage til at øge resistensen mod bakterielle infektioner (Taherah 2021). På samme måde forbedrede anvendelsen af ​​BLF i foderet til asiatisk havkat (Clarias batrachus) overlevelsesevnen signifikant efter udfordringen med A. hydrophila-bakterier sammenlignet med de ikke-BLF-supplementerede fisk (Kumari et al. 2003). Tilsvarende blev det rapporteret, at BLF øgede resistensen mod bakterielle infektioner i flere fiskearter, såsom Edwardsiella ictaluri i kanalmaller (Welker et al. 2010), Streptococcus agalactiae i hybrid tilapia (O. nilotica × O. mossambicus) (Wang et al. al. 2013), A. salmonicida chromogens i regnbueørred (Khuyen et al. 2017), V.harveyi i gulfinnet brasen (Esmaeili et al. 2019), og for nylig V. vulnificus i sølvkarpe (Hypophthalmichthys molitrix) (Soliman al. 2022). Også hos rejearter blev det fundet, at diætisk LF signifikant forbedrede sygdomsresistensen af ​​Macrobrachium rosenbergii og overlevelsesraterne efter A. hydrophila-udfordringen (Chand et al. 2006).

En tidligere rapport viste, at BLF's antibakterielle egenskaber in vivo kunne tilskrives BLF's antimikrobiske aktivitet via fremme af jern, der er essentielt for bakteriel vækst, hvilket derefter vil føre til undertrykkelse af bakteriel vækst (González-Chávez et al. 2009) . I samme forstand blev det konstateret, at BLF i kosten øgede resistensen mod bakterielle infektioner hos Nil-tilapia-fisk som Streptococcus iniae (Welker et al. 2007) og for nylig A. veronii (Hashem et al. 2022). På det seneste blev det også fundet, at Nil-tilapia, der modtog diæter beriget med graderede mængder af BLF alene eller kombineret med chitosan-nanopartikler, havde betydeligt højere relative procentvise overlevelsesværdier efter eksperimentel infektion med A. hydrophila, når end kontrolgruppen (Abdel-Wahab et al. 2021).

Anti-parasitiske egenskaber af BLF

I de undersøgelser, der er udført inden for humanmedicin, blev det foreslået, at BLFs antiparasitære egenskaber synes at være forbundet med interferensen i jernhæmostasen af ​​Pneumocystis carinii (Cirioni et al. 2000), eller nogle gange er BLF repræsenteret som en specifik jerndonor i andre parasitter såsom Tritrichomonas fetus (Giansanti et al. 2013). Undersøgelser udført i in vitro-forsøgene afslørede, at LF har en verificerbar aktivitet vedrørende humane patogene svampe, ligesom forskellige Candida-arter, og kunne undertrykke væksten af ​​Plasmodium berghei (Larkins 2005). Figur 2 repræsenterer de foreslåede anti-parasitiske aktiviteter af BLF.

I fisk er det blevet foreslået, at kostens inklusion af BLF har positive virkninger mod forskellige ektoparasitter såsom Ichthyophthirius multifiliis og Cryptocaryon irritans, der inficerer fiskens kropsoverflader (Kakuta 1996, 1998). Det forbedrer også hudslimsekretion, LYZ-aktivitet og lektinaktiviteter i rødbrasen (Kakuta 1996) og orangeplettet havabborre (Epinephelus coioides) (Yokoyama et al. 2006). På det seneste blev det observeret, at Neobenedenia-gorillaer fodret med en diæt beriget med 1 g/kg BLF havde færre parasitter end dem, der blev givet i kontroldiæten (Yokoyama et al. 2019). Derudover fandt disse forfattere også, at antallet af parasitter pr. arealenhed af fiskens kropsoverflade var ringere hos de fisk, der fik diætisk BLF, end kontrolgruppen. Diætanvendelse af BLF øgede lektinaktiviteterne i hudslimet og kan fjerne chancen for rekombinant patogenbinding til fiskekroppen. Som kendt er lektin anerkendt som hovedproblemet forbundet med den antiparasitiske aktivitet af fiskens kropsoverflade. Det er også blevet indikeret, at hudslim-lysozymaktiviteten var mærkbart forøget hos fisk, der modtog BLF. Denne forøgelse af lysozymaktivitet var forbundet med en lav forekomst af N. girlie-infektion (Yokoyama et al. 2019)

Konklusioner og perspektiv

Denne artikel beskrev de potentielle anvendelser af BLF som fodertilsætningsstof i akvakultur. Det fremhævede også de fremtrædende virkninger af diætisk BLF på vækstindekser, fordøjelsesenzymer, fodereffektivitet, jernmetabolisme, blodmetabolitter, immunitet, sygdomsresistens, antioxidantstatus og udtryk for pro-inflammatoriske reaktioner i behandlede fisk og rejer. Baseret på den citerede litteratur kan BLF anvendes som et alternativ til en antibiotikaapplikation. Derudover kan det bruges som fodertilskud til at reducere de negative påvirkninger af stressende forhold, der påvirker fisk og rejer. Disse funktioner kan være forbundet med dets potentielle antimikrobielle, antiinflammatoriske, antiparasitære og antivirale aktiviteter. Selvom de ovenfor nævnte er vitale biologiske aktiviteter for BLF, kræver BLFs faktiske mekanismer til at forbedre fiskesundheden stadig yderligere undersøgelser og forskningsundersøgelser.

Forfatterbidrag

Alle forfattere bidrog ligeligt til konceptualisering, implementering og output af dette forskningsarbejde præsenteret i denne artikel.

Finansiering Fri adgangsfinansiering leveret af The Science, Technology & Innovation Funding Authority (STDF) i samarbejde med The Egyptian Knowledge Bank (EKB)

Kode tilgængelighed

Ikke anvendelig.

Datatilgængelighed

Forfatterne bekræfter, at de data, der understøtter resultaterne af denne undersøgelse, er tilgængelige efter rimelig anmodning fra den tilsvarende forfatter.

Erklæringer

Samtykke til offentliggørelse

Forfatterne godkender at behandle denne artikel til offentliggørelse.

Konkurrerende interesser

Ingen.

Etisk godkendelse

Der vil ikke være et krav om etisk godkendelse, da data fra tidligere offentliggjorte undersøgelser, hvor informeret tilladelse blev modtaget af primære efterforskere, ville blive tilgået og analyseret.

Åben adgang

Denne artikel er licenseret under en Creative Commons Attribution 4.0 International License, som tillader brug, deling, tilpasning, distribution og reproduktion i ethvert medie eller format, så længe du giver passende kredit til den eller de originale forfattere ) og kilden, angiv et link til Creative Commons-licensen og angiv, om der er foretaget ændringer. Billederne eller andet tredjepartsmateriale i denne artikel er inkluderet i artiklens Creative Commons-licens, medmindre andet er angivet i en kreditlinje til materialet. Hvis materiale ikke er inkluderet i artiklens Creative Commons-licens, og din påtænkte brug ikke er tilladt i henhold til lovbestemmelser eller overskrider den tilladte brug, skal du indhente tilladelse direkte fra indehaveren af ​​ophavsretten.

Referencer

1. Abdel-Latif HMR, Dawood MAO, Alagawany M, Faggio C, Nowosad J, Kucharczyk D (2022a) Sundhedsmæssige fordele og potentielle anvendelser af fucoidan (FCD) ekstraheret fra brune tang i akvakultur: en opdateret gennemgang. Fisk Skaldyr Immunol 122:115-130.

2. Abdel-Latif HMR, Dawood MAO, Menanteau-Ledouble S, El-Matbouli M (2020) Naturen og konsekvenserne af co-infektioner i tilapia: en gennemgang. J Fish Dis 43(6):651-664.

3. Abdel-Latif HMR, El-Ashram S, Yilmaz S, Naiel MAE, Abdul Kari Z, Hamid NKA, Kucharczyk D (2022b) Effektiviteten af ​​Arthrospira platensis og mikroalger til at lindre stressende forhold, der påvirker finne- og skaldyrarter: et overblik. Aquaculture Rep 24:101135.

4. Abdel-Tawwab M, Khalil RH, Nour AM, Elkhayat BK, Khalifa E, Abdel-Latif HMR (2022) Effekter af Bacillus subtilis-fermenteret risklid på vandkvalitet, ydeevne, antioxidanter/oxidanter og immunitetsbiomarkører for hvide ben rejer (Litopenaeus vannamei) opdrættet ved forskellige saltholdigheder uden vandudskiftning. J Appl Aquac 34(2):332-357.

5. Abdel-Wahab MM, Taha NM, Lebda MA, Elfeky MS, Abdel-Latif HMR (2021) Effekter af bovin lactoferrin og chitosan nanopartikler på serum biokemiske indekser, antioxidative enzymer, transkriptomiske reaktioner og resistens af Nileas hydrophila mod Aeromona. Fisk Skaldyr Immunol 111:160-169.

6. Skuespiller JK, Hwang SA, Kruzel ML (2009) Lactoferrin som en naturlig immunmodulator. Curr Pharm Des 15(17):1956–1973.

7.Adlerova L, Bartoskova A, Faldyna M (2008) Lactoferrin: en anmeldelse. Vet Med 53(9):457–468.

8. Ahmadifar E, Yousefi M, Karimi M, Fadaei Raieni R, Dadar M, Yilmaz S, Abdel-Latif HMR (2021) Fordele ved diætpolyphenoler og polyphenolrige tilsætningsstoffer til akvatisk dyresundhed: en oversigt. Anmeldelser i Fisheries Science & Aquaculture 29(4):478– 511.

9. Alagawany M, Farag MR, Abdelnour SA, Dawood MAO, Elnesr SS, Dhama K (2021) Curcumin og dets forskellige former: en gennemgang af fiskeernæring. Akvakultur 532:736030.

10. Alhoshy M, Shehata AI, Habib YJ, Abdel-Latif HMR, Wang Y, Zhang Z (2022) Nutrigenomics in crustaceans: current status and prospects. Fisk Skaldyr Immunol 129:1–12.

For more information:1950477648nn@gmail.com