Fytochemische kracht tegen AHPND: nieuwe hoop voor de garnalenkwekerij

Fytochemische kracht tegen AHPND: nieuwe hoop voor de garnalenkwekerij

De garnalenproductie in Zuidoost-Azië wordt momenteel bedreigd door een nieuwe ziekte: acute hepato-pancreatische necroseziekte (AHPND). Deze bacteriële ziekte treft vooral de Pacifische witte garnaal, Litopenaeus vannamei, een economisch zeer belangrijke soort. Een gevaarlijke ziekteverwekker, Vibrio parahaemolyticus, is geïdentificeerd als de centrale ziekteverwekker. Deze ziekteverwekker kan een gen dragen dat codeert voor giftige eiwitten die cellen vernietigen door hun dood te veroorzaken.

Lopend onderzoek heeft manieren onderzocht om deze giftige eiwitten onschadelijk te maken. Vier plantaardige stoffen bleken veelbelovend: myricetine, ( +)-taxifoline, (-)-epigallocatechine-3-gallaat (EGCG) en strychnine. Met name ( +)-taxifoline en EGCG vertoonden goede effectiviteit in laboratoriumtests door de stabiliteit van de eiwitstructuren van de ziekteverwekker aan te tasten en zo hun destructieve effecten te beperken.

De onderzoekers testten ook de antibacteriële werking van deze stoffen tegen de ziekteverwekker. EGCG bleek bijzonder effectief bij een concentratie van 1 mg/ml en kon vrijwel alle ziekteverwekkers binnen 24 uur elimineren.

Mogelijke toekomstige toepassingen kunnen het gebruik van deze stoffen als toevoeging aan garnalenvoer zijn om uitbraken van AHPND te voorkomen of te beheersen. Dit zou de verliezen in de garnalenproductie aanzienlijk kunnen verminderen en nieuwe normen kunnen stellen voor het ziektebeheer in de aquacultuur.

Basistermen en concepten

• Aquakultur: Die Zucht und Haltung von Wassertieren oder Pflanzen in kontrollierten Umgebungen für kommerzielle Zwecke.
• Pathogen: Ein Mikroorganismus, der Krankheiten verursacht.
• Virulenzplasmid: Ein DNA-Fragment in Bakterien, das Gene trägt, die die Krankheit verursachen können.
• Phytocompounds: Chemische Verbindungen, die in Pflanzen vorkommen, oft mit gesundheitlichen Vorteilen.
• In silico: Computergestützte Analyse oder Simulationen von biologischen Prozessen.
• Docking Score: Ein Maß für die Bindungsstärke und -affinität eines Moleküls an ein Zielprotein in der Biochemie.
• Molekulardynamik: Eine Technik, die die physikalischen Bewegungen von Atomen und Molekülen simuliert.
• RMSD (Root Mean Square Deviation): Ein statistisches Maß für die Unterschiede zwischen beobachteten und berechneten Positionen von Molekülen.
• MIC (Minimale Hemmkonzentration): Die niedrigste Konzentration eines antimikrobiellen Mittels, die das Wachstum eines Mikroorganismus verhindert.
• MBC (Minimale bakterizide Konzentration): Die niedrigste Konzentration eines Mittels, das 99,9 % der Bakterienpopulation abtötet.

Afkortingen

• AHPND: Acute Hepatopancreatic Necrosis Disease
• Myr: Myricetin
• TF: ( +)-Taxifolin
• EGCG: (-)-Epigallocatechin-3-gallate
• STN: Strychnin
• RMSD: Root Mean Square Deviation
• MIC: Minimale Hemmkonzentration
• MBC: Minimale bakterizide Konzentration

Effectieve fytoverbindingen tegen Vibrio parahaemolyticus in de garnalenkweek

In de garnalenkwekerij in Zuidoost-Azië vormt de ziekte ‘Acute Hepatopancreatic Necrosis Disease’ (AHPND) een aanzienlijke bedreiging. De belangrijkste oorzaak is de bacterieVibrio parahaemolyticus, is vooral verwoestend voor de zeer gewilde witte garnaal uit de Stille Oceaan (Litopenaeus vannamei). Dit onderzoek identificeert de mechanismen en potentiële biochemische remmers tegen de pathogeniteit vanV. parahaemolyticus.

Pathogenetisch mechanisme

De pathogeniteitsroute vanV. parahaemolyticusis gebaseerd op een virulentieplasmide dat codeert voor binaire eiwittoxinen (PirA/B). Deze toxines zijn verantwoordelijk voor de vernietiging van cellen en kunnen andere vervoegen via een post-segregatie-dodingssysteemVibriosoorten worden overgedragen.

In Silico-analyse en moleculaire dynamicastudies

Voor de identificatie van effectieve remmers werden vier fytoverbindingen – myricetine (Myr), (+)-taxifoline (TF), (-)-epigallocatechinegallaat (EGCG) en strychnine (STN) – geselecteerd met behulp van in silico-analyses op basis van dockingscores en affiniteit. Analyse met behulp van Discovery Studio-software identificeerde kritische aminozuurinteracties die nodig zijn voor binding. Moleculair dynamische simulaties toonden aan dat vooral (+)-taxifoline en (-)-epigallocatechinegallaat scoren met lagere root mean square deviatie (RMSD)-waarden en verbeterde stabiliteit tegen de eiwittoxinen.

Antibacteriële effectiviteit

De antibacteriële effectiviteit van de geselecteerde fytoverbindingen werd bepaald door het bepalen van de minimale remmende concentratie (MIC) en de minimale bacteriedodende concentratie (MBC) tegen pathogene stammen vanV. parahaemolyticusgetest. De beste MBC-resultaten werden geregistreerd bij 1 mg/ml voor EGCG en 1,25 mg/ml voor TF. Na 24 uur incubatie werd bij deze concentraties een volledige vermindering van het aantal levensvatbare cellen waargenomen.

Conclusie

Deze studie biedt waardevolle inzichten in het gebruik van fytocompounds als potentieel efficiënte remmers tegenVibrio parahaemolyticus, vooral wat betreft de toepassing ervan in de aquacultuur ter bestrijding van AHPND. Verder onderzoek zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe op fytocompounds gebaseerde behandelingsstrategieën.

Voor meer informatie over het onderzoek, zie het oorspronkelijke onderzoek op: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36988845.