Terapeutiska användningar och tillämpningar av bovint laktoferrin i vattenlevande djurmedicin: en översikt

Abstrakt

Vattenbruk är en viktig livsmedelssektor över hela världen på grund av dess betydelse för att säkerställa tillgången på näringsrik och säker mat för människor. Under de senaste åren har denna sektor utmanats med flera hinder, särskilt uppkomsten av utbrott av infektionssjukdomar. Olika behandlings- och kontrollaspekter, inklusive antibiotika, antiseptika och andra antimikrobiella medel, har använts för att behandla odlad fisk och räkor mot sjukdomar. Ändå har dessa mediciner förbjudits och förbjudits i många länder på grund av utvecklingen av antimikrobiella resistenta bakteriestammar, ackumuleringen av rester i köttet av odlad fisk och räkor och deras miljöhot mot akvatiska ekosystem.

Därför har forskare och forskare koncentrerat sin forskning på att hitta naturliga och säkra produkter för att kontrollera sjukdomsutbrott. Från dessa naturliga produkter kan laktoferrin från nötkreatur användas som ett funktionellt fodertillskott. Bovint laktoferrin är ett multifunktionellt glykoprotein som används i olika industrier, som konservering av livsmedel och många mediciner, på grund av dess giftfria och ekologiska egenskaper. Ny forskning har föreslagit flera fördelar och fördelar med att använda bovint laktoferrin i vattenbruk. Rapporter visade dess potentiella förmåga att öka tillväxten, minska dödligheten, reglera järnmetabolismen, minska sjukdomsutbrott, stimulera antioxidantförsvarssystemet och återhämta de övergripande hälsotillstånden för de behandlade fiskarna och räkorna.

Dessutom kan bovint laktoferrin betraktas som ett säkert antibiotikaalternativ och ett unikt terapeutiskt medel för att minska de negativa effekterna av infektionssjukdomar. Dessa egenskaper kan tillskrivas dess välkända antibakteriella, antiparasitära, antiinflammatoriska, immunstimulerande och antioxidanta egenskaper. Denna litteraturgenomgång kommer att belysa konsekvenserna av laktoferrin från nötkreatur i vattenbruk, särskilt belysa dess terapeutiska egenskaper och förmåga att främja immunologiska defensiva vägar hos fisk. Informationen som ingår i denna artikel skulle vara värdefull för ytterligare forskningsstudier för att förbättra vattenbrukets hållbarhet och funktionaliteten hos vattenfoder.

Utbrott av infektionssjukdomar är nära relaterade till immunitet. När människokroppens immunitet är stark kan kroppen motstå invasionen av bakterier och därigenom undvika infektionssjukdomar. Tvärtom, när kroppens immunitet är svag är kroppen mottaglig för olika bakterier, vilket leder till förekomsten och utbrottet av infektionssjukdomar. Därför är att stärka immuniteten ett av de viktiga medlen för att förhindra utbrott av infektionssjukdomar. Rätt träning, en balanserad kost, upprätthållande av goda levnadsvanor och vaccination kan förbättra människans immunitet och därigenom förhindra uppkomsten och utbrottet av infektionssjukdomar. Dessutom kan ett snabbt antagande av förebyggande och kontrollåtgärder, såsom isolering av patienter och desinfektion, också effektivt stävja utbrottet av infektionssjukdomar. Detta visar vikten av att förbättra mänsklig immunitet. Cistanche kan förbättra mänsklig immunitet, och polysackariderna i kött kan reglera immunsvaret hos det mänskliga immunsystemet, förbättra immuncellers stressförmåga och förbättra immuncellers bakteriedödande effekt.

Klicka på hälsofördelarna med cistanche

Nyckelord

Antioxidant · Sjukdomar · Fisk · Hälsofördelar · Immunitet · Laktoferrin.

Introduktion

Antibiotika kontrollerar infektionsbakteriella sjukdomar i vattenbruk; deras omfattande överanvändning kommer dock att resultera i många ogynnsamma biverkningar, som uppkomsten av antibiotikatoleranta stammar och kvarlämnande av rester i vattenmiljön (Founou et al. 2016; Manyi-Loh et al. 2018; Abdel-Latif et al. 2020 ). Följaktligen finns det ett trängande behov av att upptäcka nya antibiotikaersättningar som ska användas i vattenbruk för att förbättra sjukdomsresistensen hos odlad fisk och räkor (Peterson och Kaur 2018; Abdel-Tawwab et al. 2022). Flera fodertillsatser som används som immunstimulerande medel kan stimulera fiskens immunsvar (Abdel-Latif et al. 2022a, b; Alagawany et al. 2021). Inom vattenbruksområdet har olika immunstimulerande medel undersökts i akvatiska studier, såsom kitin, -glukaner, fytokemiska molekyler, växtbaserade immunmodulatorer och flera andra (Ahmadifar et al. 2021; Farag et al. 2021), med bevisade immunförstärkande roller . Men forskare och akvatiska forskare undersöker fortfarande nya och effektiva alternativ med potenta immunstimulerande effekter.

Mjölk har betydande mängder och många aktiva molekyler, såsom laktoferriner. Laktoferrin (LF) är ett glykoprotein kopplat till plasmajärntransportproteintransferrin (Adlerova et al. 2008). Den innehåller en enda peptidkedja med två klotformiga lober, som var och en omfattar ett järnbindningsställe (González-Chávez et al. 2009). Flera rapporter indikerar dess förmåga att användas som immunstimulerande medel med flera andra biologiska aktiviteter (Gifford et al. 2005).

Dessutom kan det stärka det ospecifika immunsystemet och öka motståndskraften mot många sjukdomar hos många fisk- och skaldjursarter (Moreno-Expósito et al. 2018; Yokoyama et al. 2019). Bovinmjölk är en av de vanligaste förråden av bovint laktoferrin (BLF), som har använts i flera industriella användningar. Många biologiska egenskaper har ackrediterats för funktionerna hos BLF, såsom dess antioxidantaktivitet (Sandomirsky et al. 2003), järnabsorption och antimikrobiella aktiviteter (Bellamy et al. 1992). Dessutom har den antisvamp, antivirala, antiparasitära och antiinflammatoriska egenskaper (Trybek et al. 2016). Därför kan BLF inducera effektivt försvar mot olika svamp-, virus- och bakteriestammar som kan påverka många vattenlevande djur.

Inom vattenbruk har BLF flera gynnsamma effekter (Luna-Castro et al. 2022). Tidigare rapporter visade till exempel att BLF kunde användas i fiskdieter för att öka motståndskraften mot flera bakteriella sjukdomar orsakade av flera bakteriestammar som Aeromonas hydrophilia hos asiatisk havskatt (Clarias batrachus) (Kumari et al. 2003) och Streptococcus-arter och Vibrio anguillarum hos regnbåge (Oncorhynchus mykiss) (Sakai et al. 1993). BLF kan också förbättra tillväxtindexen och stresstoleransen hos olika fiskarter som guldfisk (Carassius auratus) och japansk flundra (Paralychthys olivaceus) (Kakuta 1996, 1998; Yokoyama et al. 2006), och förbättra immunsvaret (Anderson 1992). i olika vattenlevande arter som asiatisk havskatt (Kumari et al. 2003), sibirisk stör (Eslamloo et al. 2012) och regnbåge (Rahimnejad et al. 2012). Därför är det relativt viktigt att använda BLF i vattenbruksnäring för att förbättra fiskens immunstatus för att säkerställa antibiotikafritt vattenbruk (Yokoyama et al. 2019; Morshedi et al. 2020). Ändå kan användningen av BLF i näringsstrategier påverkas av faktorer som fiskarter, dos, odlingssystem, kost, miljöförhållanden och administreringsmetod (Fernandes och Carter 2017).

Den nyligen publicerade artikeln av Luna-Castro och medförfattare har fokuserat på effektiviteten av BLF i moduleringen av immunitet, stresstillstånd och bakteriell sjukdomsresistens i vattenbruk (Luna-Castro et al. 2022). Häri det här sammanhanget kommer vi att presentera en uppdaterad översikt över karakterisering, biotillgänglighet, metabolism, absorption och leverans av BLF. Dessutom kommer vi att uppmärksamma de potentiella effekterna av inkluderingen av BLF i fisknäring med särskild tonvikt på tillväxt, matsmältningsenzymer och tarm epitelhälsa. De biologiska funktionerna hos BLF, som antibakteriella, antioxidant, antiinflammatoriska, antiparasitiska och immunmodulerande effekter, beskrevs också. Informationen i denna artikel skulle vara värdefull för ytterligare forskningsstudier för att förbättra hållbarheten i vattenbruket.

Laktoferrinstruktur och resurser

Laktoferrin (LF) är ett 80 kD glykoprotein som erhålls från human- och komjölk och dess biprodukter (Superti 2020). Råmjölk har cirka sju gånger LF som finns i den senare producerade mjölken (Villavicencio et al. 2017). LF kan förekomma i vätskor i olika vävnader och organ som öga, näsa, andningsvägar, mag- och magtrakter och andra (Lönnerdal et al. 2020). I allmänhet frisätts det i stor utsträckning från slemhinneytor och spelar viktiga funktioner i medfödda immunsvar (Franco et al. 2018). Det produceras via epitelcellerna i juveret (mammarkörtlarna) på kor och utsöndras direkt i mjölk (Nakajima et al. 2008). Dessutom modulerar prolaktin mängden LF som produceras i bröstkörtlarna (García-Montoya et al. 2012).

BLF har två homologa lober (N och C) eller fyra domäner (N1 och N2, C1 och C2), där varje lob binder ett järnjärn (Fe3 plus ) (Baker och Baker 2009; Bokkhim et al. 2013). BLF-strukturen gör att den kan överföra järn till hela cellerna och kontrollera mängden fritt järn i blodet och extracellulära sekret (Sinha et al. 2013). Järntransportreglering hos fisk är avgörande för syretransport och cellandning (Krewulak och Vogel 2008). Dessutom kan BLF kopplas till andra mineral som Zn2 plus , Mn3 plus , Cu2 plus och Ce4 plus (Soboleva et al. 2019). Specifikt kan järnet eller andra joner kopplade till BLF lossna vid låga pH-nivåer (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 och kemiska egenskaper kan förändras genom järnbindning (Bokkhim et al. 2013). LF1-11 (25 rester) och laktoferrin (265–284 position) är de huvudsakliga funktionella peptiderna som härrör från BLF efter magsmältning (Hao et al. 2018). Andra biologiskt aktiva katjonbaserade peptider finns på platserna 20–30, 17–31, 17–27 och 20–25 (Bokkhim et al. 2013; Hao et al. 2018). Samtidigt upptäcktes laktoferrin (265–284) och laktoferricin (17–30) peptider vara mer konstanta mot jonstyrka och ha mer bakteriedödande aktiviteter (Baker och Baker 2009). De antibakteriella egenskaperna hos BLF kan vara relaterade till närvaron av dessa katjoniska peptider (Sinha et al. 2013). De allmänna biologiska egenskaperna hos BLF beskrivs i Fig. 1, och dess funktion kommer att undersökas mer ingående i texten.

Biotillgänglighet, absorption, biologiska mekanismer och metabolism av BLF

Hos däggdjur kan BLF lätt absorberas i blodomloppet och smälta i mag-tarmkanalen (GIT) genom gallsekretion, och nå ett högt toppvärde 12 timmar efter oral administrering (Harada et al. 1999). Hos människor kan LF i kosten snabbt interagera med järn och nå slem och vätskor, vilket resulterar i ökad mikrobiostatisk aktivitet (Sharma et al. 2017). Den oralt givna BLF kommer i stor utsträckning att brytas ned till små molekyler när den passerar GIT (Moreno-Expósito et al. 2018). Samtidigt stöds flera funktioner hos BLF starkt av proteinstrukturens integritet, och dess nedbrytning i GIT inducerar skador på många av dessa funktioner (Baker och Baker 2009). För att producera bioaktiva fragment och utföra deras fördelar som en del av en diet måste LF skyddas mot GIT-störningar (Superti 2020). Beroende på inklusionsnivån av BLF i fiskdieten har det avslöjats att BLF i akvakultur stimulerar utvecklingen och proliferationen av tarmepitelceller (enterocyter) (Buccigrossi et al. 2007).

På senare tid har ett flertal forskningsstudier koncentrerats på att förbättra LF:s orala biotillgänglighet (Elzoghby et al. 2020), där formuleringen av BLF-leveransstrukturer har kontaktats med olika molekyler. De allmänt tillämpade metoderna för att skydda BLF genom den orala passagen och magsmältningsfasen beror på följande egenskaper: (a) järnmättnad, (b) PEGyleringsmikroinkapsling och (c) absorptionsförstärkare (Yao et al. 2013, 2015). Nyligen, med den alltför växande användningen av nanoteknik inom olika områden, används mikroinkapslingsmetoden ofta för att fungera som ett skydd för BLF från matsmältningsprocessen av proteasenzym i GIT. Förutom mikroinkapsling med kolhydrater eller proteiner kan liposomer också hjälpa till att undvika BLF-magnedbrytning (Liu et al. 2013).

När det gäller absorptionsstimulatorer kan många molekyler transportera BLF genom de biologiska membranen. Till exempel har kitosanmolekylen beskrivits för att öka adsorptionen av BLF via tarmhålan genom att öppna de intercellulära förbindelserna. Även om kitosan eller dess derivat är dåligt lösliga i surt pH i magen, har kitosan använts i stor utsträckning för en rad celltillförseländamål (Yao et al. 2013). Hittills verkar PEGylering och mikroinkapsling vara de huvudsakliga effektiva metoderna för att leverera högre BLF-nivåer till tarmabsorptionsställena.

Slem är en klibbig, hala substans som täcker fiskens epitelytor. Slemmet består av antimikrobiella enzymer, proteiner och vatten, vilket gör det till en grundläggande komponent i immunsvaret (Dash et al. 2018). LF kan öka fiskens slemhinneupptag av järn och andra näringsämnen genom att stimulera slemhinnesekret (Teraguchi et al. 2004; Embleton et al. 2013). Dessa författare har funnit att LF antimikrobiell aktivitet har associerats med dess förmåga att effektivt reglera järnupptaget i ytkroppen eller tarmen. Denna process verkar öka kroppens försvar mot invaderande infektionssjukdomar orsakade av bakterier, virus och svampar (Embleton et al. 2013). Förmågan hos LF att binda till viktiga komponenter i G-ve-bakterierna, såsom (lipopolysackarider (LPS), poriner och yttre membranproteiner) eller cellväggen hos G plus ve-bakterier kan förklara dess antibakteriella egenskaper (Trybek et al. 2016). Vidare, när en infektion inträffar, lagrar neutrofiler apo-LF inuti de sekundära granulerna för att modulera syntesen av pro-inflammatoriska cytokiner (Drago-Serrano et al. 2017).

Vissa peptider, som laktoferrin och laktoferricin, har en kraftfull defensiv verkan. De har antimikrobiella effekter på grund av sin hydrofobicitet och katjoniska laddning, vilket gör dem till viktiga amfipatiska molekyler (Bellamy et al. 1992). Laktoferricin uppvisar mer kraftfulla svampdödande och antibakteriella (Vorland et al. 1998), antimikrobiell (Flores-Villaseñor et al. 2010; Drago-Serrano et al. 2017), anticancer (Gifford et al. 2005) och anti- inflammatoriska aktiviteter (Yan et al. 2013) än den intakta BLF, medan laktoferrin uppvisar en varierad antimikrobiell egenskap mot flera parasiter, bakterier, jästsvampar och virus (Gifford et al. 2005; Yan et al. 2013).

In vitro antibakteriella egenskaper hos BLF

De antibakteriella effekterna av BLF har dokumenterats mot många patogener (Actor et al. 2009). Den antimikrobiella aktiviteten hos BLF kan vara resultatet av antingen (a) störning av bakteriecellernas cellvägg eller (b) förstärkning av bakteriedödande effekter genom fagocytosprocessen, som har sin förmåga att öka syntesen av peroxidasenzym (Drago- Serrano et al. 2017).

Dessutom förklarades det att förmågan hos BLF att öka bakteriedödande i fisk kan vara relaterad till det väsentligt högre antalet infiltrerande neutrofiler i både mjälten och levern. Neutrofiler som är kopplade till levervävnader, såsom Kupffer-celler, kan spela en avgörande roll för att ta bort bakterier. Både laktoferrin och laktoferricin har potent bakteriedödande aktivitet (Bolscher et al. 2009). LF avslöjar bakteriostatiska och bakteriedödande aktiviteter mot en mångfald av mikrober (Niaz et al. 2019). BLF kan binda till järn och beröva det som behövs för tillväxten av flera bakteriella patogener såsom Bacillus stearothermophilus, Listeria monocytogenes, Escherichia coli, Bacillus subtilis, Salmonella-arter och Shigella dysenteriae, som representerar naturlig och effektiv antimikrobiell mediator (Niaz et. al. 2019).

Fördelar och tillämpningar av bovint laktoferrin (BLF) i vattenbruk

Tabell 1 sammanfattar de biologiska effekterna av BLF i kosten på prestanda hos flera fisk- och räkorter i linje med den publicerade informationen.

Effekter av BLF på järnmetabolism hos fisk

På grund av dess vitala funktion vid syretransport och cellandning krävs järn av alla högre ryggradsdjur och även för fiskar (Eslamloo et al. 2012). Det är allmänt känt att den leverhärledda peptiden hepcidin reglerar järnabsorption i kosten och järntransport från vävnader till plasma (Raghuveer et al. 2002). LF har visat sig ha en 300-faldigt större affinitet för järn än serumtransferrin och dess potentiella förmåga att lagra järn över ett bredare pH-intervall. Det kan också påverka järnhomeostas genom att öka järnexporten från magkanalen och förbättra järnlagringen i ferritin (de Vet och Van Gool 1974). Hos fisk fann man att järnabsorptionen av sibirisk stör påverkades avsevärt som ett svar på dietinneslutning av BLF; plasmakoncentrationerna av järn i alla BLF-behandlade grupper minskade således signifikant jämfört med kontrollerna (Eslamloo et al. 2012). I samma sammanhang minskade effekterna av BLF på järnabsorptionen av sibirisk stör genom att höja dietnivån av BLF till mer än 0,8 g/kg (Falahatkar et al. 2014). Dessutom ökades järnbindningsförmågan hos fiskar som utfodrats med en 0,8 g BLF/kg diet (Eslamloo et al. 2012). Det verkar som om BLF:s förmåga att förbättra järnabsorptionen beror på en organisms fysiologiska tillstånd, vattenförhållanden, miljöpåverkan och nivåerna av järn i kosten. De rapporter som upprättats om effekten av BLF på järnupptaget i fisk är begränsade och konsekvenserna av undersökningarna på däggdjur varierar också.

Effekter av BLF på tillväxt

Rapporter visade att diettillämpning av BLF förbättrade tillväxten, fodereffektivitetsförhållandet, foderomvandlingen och proteineffektivitetsindexet i Nile tilapia (Badawy och AlKenawy 2013). Skillnader i fiskarter kan bidra till skillnaderna i BLF:s resultat på fiskens tillväxt. Kakuta (1996) indikerade också att kosttillskott av BLF på en nivå av 1 g/kg diet signifikant förbättrade tillväxten av guldfisk (Carassius auratus). Likaså fann man att dieter som utfodras av asiatisk havsabborre med BLF 0,8 g/kg diet visade förbättrade tillväxtindex genom att förbättra fodereffektiviteten och tillväxthastigheten (Morshedi et al. 2021).

Vidare har Pagheh et al. (2018) visade att Silvery-Black Porgy matad med 0,8 g BLF per kg diet hade större förbättring av tillväxtindex och fodereffektivitet jämfört med 1,2 g BLF/kg diet och kontrollgrupper. Hos flera andra fiskarter illustrerades också att dietär BLF kunde öka tillväxthastigheten hos flera fiskarter, som hos atlantlax (Lygren et al. 1999), vanlig karp (Kakuta 1998), japansk flundra (Yokoyama et al. 2005) ), orangefläckig havabborre (Yokoyama et al. 2006), sibirisk stör (Eslamloo et al. 2012) och Nile tilapia (Abdel-Wahab et al. 2021). Även om flera studier har visat att kost-BLF positivt påverkar tillväxtindexen hos flera fiskarter, så har Falahatkar et al. (2014) förklarade att BLF i kosten inte påverkade tillväxtprestandan hos sibirisk stör (Acipenser baeri).

I samma sammanhang antydde rapporter att förhållandet mellan BLF och vissa andra molekyler i fodret, som järn, kan påverka BLF-absorptionen och förbättra dess biologiska funktioner (Yokoyama et al. 2005). Dessutom kan fördelarna med BLF på tillväxtindex vara kopplade till förmågan hos BLF att stimulera utsöndringar av matsmältningsenzym. En tredje hypotes presenterade att dietär BLF förbättrade spridningen av enterocyter och skyddade intestinal villous struktur och krypta (Li et al. 2014; Nguyen et al. 2013). Ändå är hypoteserna som nämnts ovan, de exakta mekanismerna för förbättring av fiskens tillväxtprestanda genom dietär BLF, fortfarande oklara.

Effekter av BLF på matsmältningsenzymer och intestinal epitelhälsa

Lite information rapporterades om effekterna av BLF på tarmhälsa, mikrobiota och histomorfometri hos behandlad fisk. En tidigare publicerad studie utförd av Morshedi et al. (2016) presenterade att kost-BLF varken påverkar matsmältningsenzymaktiviteterna (proteas, amylas och lipas) eller påverkar tarmfloran i Sobaity (Sparidentex hasta). Men hos samma fiskart fann man att kombinerad behandling med BLF och Lactobacillus plantarum förstärkte och upprätthöll integriteten hos tarmslemhinnan, resulterade i tarmborstegränsbalans och ökade nivåerna av totala proteas- och amylasaktiviteter i tarmhålan med interrelation med LF-receptorer (Morshedi et al. 2020). Dessa punkter kräver således ytterligare utredningar.

Effekter av BLF på hemato-biokemiska index

Hematologiska och biokemiska markörer i serum är kritiska kliniska verktyg för att diagnostisera fiskens allmänna hälsotillstånd (Fazio 2019; Naiel et al. 2021a). Flera studier har rapporterat betydande effekter av BLF på vissa biokemiska blodindex hos fisk, såsom blodproteiner, serummetaboliter, blodindex och stressbiomarkörer. Till exempel fann man att tillsats av BLF (800 mg/kg) till den asiatiska havsabborredieten gav signifikant höga nivåer av serumalbumin (ALB) och lägre glukosnivåer (GLU) jämfört med de i kontroll och 400 mg/kg diet ( Morshedi et al. 2021). Dessutom deklarerades att BLF i kosten enbart eller i kombination med nano-chitosan signifikant förstärkte leverfunktionen genom förbättrade ALP-, ALT- och AST-enzymaktiviteter i jämförelse med fri-BLF-gruppen (Abdel-Wahab et al. 2021). Jämfört med kontrollgruppen fann man att fiskar som fick dieter kompletterade med BLF visade signifikant överlägsna gäl Na plus /K plus -ATPas-aktiviteter och låga mängder plasmakortisol (CORT) (Yokoyama et al. 2019).

En annan studie visade dock att tillsats av 800 eller 1200 mg BLF/kg diet inte inducerade några signifikanta förändringar i de hematoimmunologiska variablerna för Silvery-Black Porgy fisk (Pagheh et al. 2018). I sidled har Hashem et al. (2022) förklarade att BLF i kosten (800 mg/kg) signifikant ökade antalet röda blodkroppar och totala vita blodkroppar hos tilapiafiskar. Dessa förbättringar i hematologiska parametrar kan tillskrivas BLF:s dietroller. BLF, som ett järnbindande glykoprotein, kan återställa järnnivåerna i kosten, vilket kan förbättra fiskens hälsostatus. I humanmedicinsk forskning har det tidigare rapporterats att LF i kosten kan behandla järnbristanemi hos människor (Morton 2019) och förbättra järnstatusen hos spädbarn och gravida kvinnor (Lönnerdal 2009). BLF stärkte också järnmetabolisk homeostas och påverkade spädbarns hemoglobin- och järnstatus positivt (Ke et al. 2015).

BLF-effekter på fiskens blodproteinfraktioner är kontroversiella. Esmaeili et al. (2019) presenterade att totala protein- (TP)- och ALB-nivåer ökade i gulfenad havsruda som fick en diet med en högre nivå av BLF (1200 mg/kg diet). Nypublicerad forskning utförd av Soliman et al. (2022) presenterade att dietär BLF (600 mg/kg diet under 30 dagar) avsevärt ökade totalt protein (TP), globulin (GLO) och ALB-nivåer i silverkarp (Hypophthalmichthys molitrix). En annan forskningsstudie avslöjade att införandet av en högre nivå av BLF i dieten av Nile tilapia inte märkbart påverkade serum biokemiska index som TP, ALB och GLO koncentrationer (Abdel-Wahab et al. 2021). På samma sätt har Eslamloo et al. (2012) uppgav att de olika nivåerna av dietär BLF inte uppvisade några signifikanta förändringar i serumproteinfraktionen (TP, ALB och GLO) från sibirisk stör. I en tidigare studie observerades det att inga förändringar hittades i serum-TP-koncentrationerna av japanska ål som fick dieter inkorporerade med BLF enbart eller kombinerat med vitamin C (Ren et al. 2007; Moradian et al. 2018) noterade att det fanns ingen betydande påverkan av olika nivåer av dietär BLF på blodproteinfraktioner av afrikansk ciklidfisk. Dessa inkonsekvenser kan bero på flera faktorer, såsom förändringar av fiskarter, doseringseffekter, experimentella system etc. Ytterligare extra studier, såsom molekylära studier, är därför nödvändiga för att klargöra vilka faktorer som ledde till dessa skillnader.

Ur en annan synvinkel bevisade flera rapporter förmågan hos BLF-berikad kost att lindra stressmarkörerna hos flera fiskarter (Luna-Castro et al. 2022). BLF påverkade positivt blod-GLU och CORT-nivåer i karp (Cyprinus carpio) (Kakuta 1998). Dessutom kan tillskott av BLF inom dieter för vanlig karp och japansk flundra på nivån 0,6 g per kg dämpa plasma-CORT-nivåerna inom önskvärda gränser för stödjande stressresistens (Hashem et al. 2022; Kakuta 1998; Yokoyama et al. 2005). Intressant nog upptäcktes en signifikant positiv effekt av BLF i stressresponsen, såsom laktat- och CORT-nivåer av sibirisk stör (Falahatkar et al. 2014). Från de resultat som nämnts ovan kan vi dra slutsatsen att diet BLF kan förbättra stresstolerans, hematologisk profil, leverfunktioner och njurfunktioner hos behandlad fisk med möjlig tillämpbarhet i fiskdieter.

Antioxidantegenskaper hos BLF

De enzymatiska antioxidanternas försvarsmekanismer är viktiga för att motverka den oxidativa stress som uppstår från överproduktion av fria radikaler och reaktiva syrearter (ROS). Studier visade att LF-administrering i kosten var relaterad till den ökade antioxidantkapaciteten hos frisk fisk (Lygren et al. 1999). Dietadministrering av både BLF och kitosan nanopartiklar förbättrade signifikant nivåerna av superoxiddismutas (SOD), katalas (CAT) och glutation S-transferas (GST) enzymnivåer i Nile tilapia (Abdel-Wahab et al. 2021). Kosttillskott av BLF påverkade dock inte aktiviteten CAT, GST och glutationreduktas (GSR) hos gulfenad havsruda (Esmaeili et al. 2019). Medan Morshedi et al. (2021) föreslog att den höga dosen av BLF (800 mg/kg diet) signifikant minskade leverns CAT-aktivitet, medan en 400 mg/kg diet förbättrade CAT-aktiviteten i levern hos asiatisk havsabborre. Hashem et al. (2022) visade nyligen att Nile-tilapia-dieter med 800 mg BLF/kg diet signifikant minskade serum-MDA och signifikant ökade serumets totala antioxidantkapacitet (TAOC) efter bakteriell infektion. Däremot har Pagheh et al. (2018) illustrerade att kosttillskottet av BLF (800 eller 1200 mg/kg kost) inte påverkade leverantioxidantindexen, inklusive SOD, CAT och TAOC av Silvery-Black Porgy.

Den antioxidativa förmågan hos fisk som fick BFL i sin diet kunde ackrediteras av BLF:s kelatbildande och rensande egenskaper mot oxidativ stress. Rapporter visade att antioxidantegenskaperna hos BLF har kopplats till förebyggande av lipidperoxidation och erytrocythemolys (Morshedi et al. 2021). Dessutom resulterade LF-administration i lägre intracellulära nivåer av ROS, vilket indikerar dess förmåga att förhindra oxidativ stress (Hashem et al. 2022). Dessutom har LF metalljonbindningsförmåga och kan förhindra järnkatalyserade hydroxylradikaler via Fenton-reaktionen, som anses vara en viktig källa till ROS. Därför är LF-antioxidantfunktionen troligen kopplad till dess förmåga att rensa järn och minska ROS-produktionen (Esmaeili et al. 2019).

Effekter av BLF på uttrycket av cytokiner

Cytokiner är signalmolekyler som bildas av immunceller som ökar inflödet av fagocytiska celler för att övervinna och förstöra attackerande patogener. De har en betydande funktion för att reglera fiskens immunsvar. Interleukin 1 beta (IL-1), som ett pro-inflammatoriskt cytokin, avslöjar en betydande del av regleringen av inflammatoriska och immunprocesser genom ett bidrag till att uppmuntra spridningen av makrofager och lymfocyter (Wang och Secombes 2013). Rapporter visade att BLF kunde minska den inflammatoriska processen vid olika patologier. Det har varit känt att BLF kan undertrycka olika inflammatoriska medel, såsom TNF- och CD4-celler. Specifikt kan LF fästa och binda lipopolysackarider, vilket undviker pro-inflammatorisk vägaktivering, sepsis och vävnadsskada (Siqueiros-Cendón et al. 2014).

Inom vattenbruk har flera studier publicerats om effekterna av dietär BLF på uttrycket av cytokiner. Till exempel ökade diettillämpningen av 0.1 procent BLF uttrycket av IL-1-genen i njurarna hos unga regnbåge (Khuyen et al. 2017). Att komplettera dieter med enbart BLF eller med en blandning med nano-kitosan undertryckte också uttrycket av tumörnekrosfaktor-alfa (TNF-) och uppreglerat uttryck av IL-1-gener i Nile tilapia (Abdel-Wahab et al. . 2021). Nypublicerad forskning i Nile tilapia visade att BLF-supplementerade dieter gav nedreglering av mRNA-uttrycksnivåer av toll-like receptor 9 (TLR9), TNF- , IL-21, IL-6, IL{{18} }, IFN-, IL-1 och caspase3 i jämförelse med de som föds upp i den oxytetracyklinbehandlade gruppen (Hashem et al. 2022). Dessa författare föreslog nedregleringstrenden av dessa inflammatoriska indikatorer i tilapia-matad kost med 1,2 g BLF/kg diet jämfört med kontrollgruppen (Hashem et al. 2022).

Immunstimulerande effekter av BLF

I en tid av grönvänlig industri betraktas användningen av naturliga immunstimulerande medel i vattenbrukssektorn för att undvika bakteriella sjukdomar som ett nytt positivt tillvägagångssätt (Kumari et al. 2003; El-Saadony et al. 2021; Naiel et al. 2021b; Yilmaz et al. 2022). Forskning har visat att BLF är ett av de attraktiva elementen i bovin mjölk, som har potenta immunstimulerande effekter (Niaz et al. 2019). LF som har mindre än 5 procent järnmättnad kallas "apo-laktoferrin" (apo-LF eller det naturliga järnfria), medan det järnmättade laktoferrinet kallas "holo-laktoferrin" (holo-LF) (Bokkhim et al. 2013). LF uppvisar potenta immunmodulerande funktioner hos däggdjur (Suzuki et al. 2005). BLF kan utsöndra mer antiinflammatoriska cytokiner och robusta pro-inflammatoriska svar i djurets tarm (Donovan 2016). Medan den i fisk är den immunstimulerande aktiviteten av BLF underlättas genom att utlösa ospecifik immunitet, som erbjuder försvar mot en mängd olika fiskassocierade patogener (Cecchini och Caputo 2009).

Det är välkänt att transkription av immunassocierade gener kan vara ett fördelaktigt verktyg för att bedöma immunsvar hos vattenlevande djur (Alhoshy et al. 2022). Det uppreglerade uttrycket av immunassocierade gener i fiskgrupper som matade BLF-tillförda dieter kan vara kopplat till dess förmåga att stimulera produktionen av cytokiner genom makrofager och även öka produktionen av makrofager, granulocyter och neutrofiler (Sakai et al. 1993). Kosttillsats av BLF stimulerade mer märkbart transkriptet av immunkopplade gener. Det ökade uttrycket av de immunassocierade generna skulle kunna belysa den ökade resistensen hos regnbågsungar som tidigare matades med BLF-baserad diet (Khuyen et al. 2017).

Det märktes också att BLF-baserade dieter signifikant ökade slemutsöndringen och serumbaktericida aktivitet hos sibiriska störar. Andra serumperoxidaser, naturligt hemolytiskt komplement och totala IgM-koncentrationer påverkades dock inte av kosttillskott av BLF (Eslamloo et al. 2012). Tidigare publicerade forskningsstudier visade att BLF i kosten ökade lysosomaktiviteten hos en rad finfiskarter som asiatisk havskatt (Kumari et al. 2003), Nile tilapia (El-Ashram och ElBoshy 2008), japansk ål (Ren et al. 2007) , regnbåge (Rahimnejad et al. 2012), sibirisk stör (Eslamloo et al. 2012), afrikansk ciklidfisk (Moradian et al. 2018), Silveryblack Porgy (Pagheh et al. 2018) och gulfenad havsruda (Esmaeili et al. . 2019) och asiatisk havsabborre (Morshedi et al. 2021; Yokoyama et al. 2019) fann att fiskar som matats med 1 av 2 g/kg diet av BLF uppvisade en överlägsen nivå av slem-LYZ-aktivitet än kontrollgruppen. Nyligen har Abdel-Wahab et al. (2021) beskrev att LYZ-aktiviteten i serum ökade i Nile-tilapia som matades med BLF, medan de högsta nivåerna noterades i fiskgruppen som matade en kombination av BFL och kitosan-nanopartiklar.

Hos tilapiafiskar förstärktes de immunologiska variablerna som IgM och IgG avsevärt genom dietinneslutning av 0,8 eller 1,2 g/kg BLF (Hashem et al. 2022). Omvänt, Welker et al. (2007) presenterade BLF-tillskott påverkade inte serum LYZ-nivåerna i Nile tilapia dieter. Värdena på LYZ-aktivitet i havsruda som matats med BLF uppvisade inte heller några betydande fluktuationer jämfört med prebiotika- och kontrollgrupperna (Morshedi et al. 2020). Dessa inkonsekvenser i litteraturen kan vara kopplade till faktorer som BLF-doser, vattenkvalitet, experimentella förhållanden, fiskarter och pepsinaktiviteter i fiskmagar, vilket kan påverka deras förmåga att smälta BLF i tarmens lumen och därmed påverka den biologiska tillgängligheten av BLF.

En nyligen publicerad artikel av Soliman och medförfattare visade att kost-BLF signifikant ökade cellmedierad immunitet hos silverkarp (Soliman et al. 2022). Dessa författare fann att BLF i kosten signifikant ökade antalet lymfocyter och monocyter, fagocytisk kapacitet (fagocytiskt index och fagocytisk aktivitet) och antalet lymfocyter i tarmen och makrofager i levern, bukspottkörteln och mjälten hos silverkarp (Soliman et al. 2022) ). I räkor visade en tidigare publicerad studie också att dieter som tillfördes BLF med en doshastighet på 100 mg/kg diet under sju dagar inducerade en signifikant ökning av agglutinationstitrar mot A. hydrophila och fenoloxidas enzymaktivitet i Macrobrachium rosenbergii (Chand et al. 2006).

Roller för BLF för att förbättra resistens mot bakteriella infektioner

Det har granskats att BLF kan stärka fiskens immunförsvar och öka sjukdomsresistens efter bakteriell utmaning (Luna-Castro et al. 2022). Rapporter visade att kosttillämpning av BLF kan modifiera immuniteten hos tarmslemhinnan, därför kan det bidra till att öka motståndskraften mot bakteriella infektioner (Taherah 2021). På samma sätt förbättrade appliceringen av BLF i dieter av asiatisk havskatt (Clarias batrachus) överlevnadsförmågan avsevärt efter utmaningen med A. hydrophila-bakterier jämfört med fisken utan BLF-tillskott (Kumari et al. 2003). På liknande sätt rapporterades att BLF ökade motståndskraften mot bakterieinfektioner hos flera fiskarter, såsom Edwardsiella ictaluri i kanalmal (Welker et al. 2010), Streptococcus agalactiae i hybridtilapia (O. nilotica × O. mossambicus) (Wang et al. al. 2013), A. salmonicida chromogens i regnbåge (Khuyen et al. 2017), V.harveyi i gulfenad havsruda (Esmaeili et al. 2019), och nyligen V. vulnificus i silverkarp (Hypophthalmichthys molitrix) (Soliman al. 2022). I räkor fann man också att LF i kosten signifikant förbättrade sjukdomsresistensen hos Macrobrachium rosenbergii och överlevnadsgraden efter A. hydrophila-utmaningen (Chand et al. 2006).

En tidigare rapport visade att de antibakteriella egenskaperna hos BLF in vivo kunde tillskrivas den antimikrobiella aktiviteten hos BLF via främjandet av järn som är nödvändigt för bakterietillväxt, vilket sedan kommer att leda till undertryckande av bakterietillväxt (González-Chávez et al. 2009) . På samma sätt fann man att BLF i kosten ökade motståndskraften mot bakteriella infektioner hos Nile tilapia fisk som Streptococcus iniae (Welker et al. 2007) och nyligen A. veronii (Hashem et al. 2022). På senare tid har det också visat sig att Nile tilapia som fick dieter berikad med graderade mängder av BLF enbart eller i kombination med kitosan-nanopartiklar hade betydligt högre relativa procentuella överlevnadsvärden efter experimentell infektion med A. hydrophila när än kontrollgruppen (Abdel-Wahab et al. 2021).

Antiparasitiska egenskaper hos BLF

I studier som utfördes inom humanmedicin antyddes det att de antiparasitära egenskaperna hos BLF verkar vara kopplade till interferensen i järnhemostasen hos Pneumocystis carinii (Cirioni et al. 2000), eller ibland representeras BLF som en specifik järndonator hos andra parasiter som Tritrichomonas fetus (Giansanti et al. 2013). Studier gjorda i in vitro-försöken visade att LF har en verifierbar aktivitet på mänskliga patogena svampar, som olika Candida-arter, och kan undertrycka tillväxten av Plasmodium berghei (Larkins 2005). Figur 2 representerar de föreslagna antiparasitiska aktiviteterna hos BLF.

I fisk har det föreslagits att inkludering av BLF i kosten har positiva effekter mot olika ektoparasiter såsom Ichthyophthirius multifiliis och Cryptocaryon irritans som infekterar fiskens kroppsytor (Kakuta 1996, 1998). Det förbättrar också hudslemsekretion, LYZ-aktivitet och lektinaktiviteter i röd havsruda (Kakuta 1996) och orangefläckig havabborre (Epinephelus coioides) (Yokoyama et al. 2006). På senare tid har det observerats att Neobenedenia-gorillor som fick en diet berikad med 1 g/kg BLF hade färre parasiter än de som tillhandahölls i kontrolldieten (Yokoyama et al. 2019). Dessutom fann de författarna också att antalet parasiter per ytenhet av fiskens kroppsyta var sämre hos fisken som fick diet-BLF än kontrollgruppen. Kosttillämpningen av BLF förbättrade lektinaktiviteten i hudslemmet och kan ta bort risken för rekombinant patogenbindning till fiskkroppen. Som känt är lektin erkänt som huvudproblemet i samband med den antiparasitiska aktiviteten hos fiskens kroppsyta. Det har också indikerats att hudslemlysozymaktiviteten var märkbart förstärkt hos fiskar som fick BLF. Denna förbättring av lysozymaktivitet var kopplad till en låg frekvens av N. girlie-infektion (Yokoyama et al. 2019)

Slutsatser och perspektiv

Den här artikeln beskrev de potentiella användningarna av BLF som fodertillsats i vattenbruk. Den lyfte också fram de framträdande effekterna av dietär BLF på tillväxtindex, matsmältningsenzymer, fodereffektivitet, järnmetabolism, blodmetaboliter, immunitet, sjukdomsresistens, antioxidantstatus och uttryck av pro-inflammatoriska svar hos behandlade fiskar och räkor. Baserat på den citerade litteraturen kan BLF användas som ett alternativ till en antibiotikaapplikation. Dessutom kan den användas som fodertillskott för att minska de negativa effekterna av stressiga förhållanden som påverkar fisk och räkor. Dessa funktioner kan vara kopplade till dess potentiella antimikrobiella, antiinflammatoriska, antiparasitiska och antivirala aktiviteter. Även om de som nämns ovan är viktiga biologiska aktiviteter för BLF, kräver de faktiska mekanismerna för BLF för att förbättra fiskens hälsa fortfarande ytterligare undersökningar och forskningsstudier.

Författarbidrag

Alla författare bidrog lika till konceptualiseringen, implementeringen och resultatet av detta forskningsarbete som presenteras i denna artikel.

Finansiering Open access-finansiering tillhandahålls av The Science, Technology & Innovation Funding Authority (STDF) i samarbete med The Egyptian Knowledge Bank (EKB)

Kodtillgänglighet

Inte tillämpbar.

Datatillgänglighet

Författarna bekräftar att data som stöder resultaten av denna studie är tillgängliga på rimlig begäran från motsvarande författare.

Deklarationer

Samtycke till publicering

Författarna godkänner att denna artikel bearbetas för publicering.

Konkurrerande intressen

Ingen.

Etiskt godkännande

Det kommer inte att finnas något krav på etiskt godkännande eftersom data från tidigare publicerade studier där informerat tillstånd erhölls av primära utredare skulle kommas åt och analyseras.

Fri tillgång

Den här artikeln är licensierad under en Creative Commons Attribution 4.0 internationell licens, som tillåter användning, delning, anpassning, distribution och reproduktion i vilket medium eller format som helst, så länge du ger lämplig kredit till den ursprungliga författaren/författarna ) och källan, tillhandahåll en länk till Creative Commons-licensen och ange om ändringar har gjorts. Bilderna eller annat material från tredje part i denna artikel ingår i artikelns Creative Commons-licens om inte annat anges i en kreditgräns till materialet. Om material inte ingår i artikelns Creative Commons-licens och din avsedda användning inte är tillåten enligt lagstadgade regler eller överskrider den tillåtna användningen, måste du få tillstånd direkt från upphovsrättsinnehavaren.

Referenser

1. Abdel-Latif HMR, Dawood MAO, Alagawany M, Faggio C, Nowosad J, Kucharczyk D (2022a) Hälsofördelar och potentiella tillämpningar av fucoidan (FCD) extraherad från brunt tång i vattenbruk: en uppdaterad recension. Fisk Skaldjur Immunol 122:115–130.

2. Abdel-Latif HMR, Dawood MAO, Menanteau-Ledouble S, El-Matbouli M (2020) Naturen och konsekvenserna av samtidiga infektioner i tilapia: en översikt. 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 av Arthrospira platensis och mikroalger för att lindra stressande tillstånd som påverkar fisk- och skaldjursarter: en översikt. Aquaculture Rep 24:101135.

4. Abdel-Tawwab M, Khalil RH, Nour AM, Elkhayat BK, Khalifa E, Abdel-Latif HMR (2022) Effekter av Bacillus subtilis-fermenterat riskli på vattenkvalitet, prestanda, antioxidanter/oxidanter och immunitetsbiomarkörer för vita ben räkor (Litopenaeus vannamei) som föds upp vid olika salthalter utan vattenutbyte. J Appl Aquac 34(2):332–357.

5. Abdel-Wahab MM, Taha NM, Lebda MA, Elfeky MS, Abdel-Latif HMR (2021) Effekter av bovint laktoferrin och kitosan nanopartiklar på biokemiska index i serum, antioxidativa enzymer, transkriptomiska svar och resistens hos Nileas tilapia mot Aeromona. Fisk Skaldjur Immunol 111:160–169.

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

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

8. Ahmadifar E, Yousefi M, Karimi M, Fadaei Raieni R, Dadar M, Yilmaz S, Abdel-Latif HMR (2021) Fördelar med dietary polyphenols and polyphenol-rich additives to Aquatic Animal Health: en översikt. Reviews in Fisheries Science & Aquaculture 29(4):478– 511.

9. Alagawany M, Farag MR, Abdelnour SA, Dawood MAO, Elnesr SS, Dhama K (2021) Curcumin och dess olika former: en recension om fisknäring. Vattenbruk 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 Skaldjur Immunol 129:1–12.

For more information:1950477648nn@gmail.com