При промышленном разведении рыб специалисты часто сталкиваются с болезнями, вызванными бактериями. Борьба с ними в основном ведется с помощью антибиотиков. Широкое использование таких препаратов может привести к появлению устойчивых к ним супербактерий, что опасно уже для здоровья людей. Ученые из лаборатории Физтех-школы биологической и медицинской физики МФТИ изучили альтернативный вариант защиты рыб от патогенов с помощью личинок мухи «Черная львинка». Результаты работы опубликованы в широко цитируемом журнале первого квартиля International Journal of Molecular Sciences.
Из-за растущего спроса на рыбу (особенно лососевых пород) и замедления объемов вылова в естественных условиях разведение рыбы в промышленных масштабах набирает темпы и составляет более 8% в год. Поэтому актуальной становится проблема борьбы с различными болезнями у рыб. Для этого в основном используется вакцинация рыб, хлорирование воды и антибиотики. Из-за постоянного использования антибиотиков у патогенных организмов вырабатывается резистентность к ним, так что они перестают быть эффективными. Также развитие и распространение устойчивых к антибиотикам бактерий и остатки антимикробных препаратов в окружающей среде могут представлять опасность для людей. Наиболее распространенные патогенные бактерии часто вызывают тяжелые инфекции у культивируемых видов рыб (в частности, лосося). Среди них есть бактерии, связанные с различными инфекционными заболеваниями также у животных и людей. Возможное появление супербактерий несет большие риски, поэтому поиск альтернативных методов борьбы с патогенами крайне актуален.
«Черная львинка» — это разновидность мухи родом из Южной Америки. Насекомое обитает в дикой среде, однако благодаря свойствам личинок, а именно большому содержанию белков и жиров под хитиновым покровом при непритязательности к питанию, его стали разводить в промышленных масштабах для сокращения и утилизации различных органических отходов с целью снижения затрат на кормление животных. Личинок этой мухи также используют для корма на рыбных фермах — как в «сыром» виде, так и в форме белкового экстракта, который выделяют разными способами. Помимо белков, личинки способны сами синтезировать уникальный набор свободных жирных кислот, состав и свойства которых еще недостаточно изучены для полноценной интеграции производства биомассы личинок в секторы кормов и здравоохранения.
Ранее в лаборатории разработки инновационных лекарственных средств и агробиотехнологий МФТИ обнаружили, что экстракт жира личинки мухи «Черная львинка» эффективен против патогенных бактерий. В новой работе ученые усовершенствовали свой метод экстракции. Они исследовали то, как последовательная экстракция свободных жирных кислот из жира личинок влияет на антибактериальную активность полученных препаратов. Для этого жировую массу растворяли в смеси воды, метанола и соляной кислоты и с помощью центрифуги отделяли тяжелые жиры и примеси. При этом вне осадка оставались в основном свободные жирные кислоты. С осажденными жирами провели ту же процедуру еще два раза. Для проверки антибактериальной активности полученных растворов исследователи обработали ими устойчивые к четырем разным антибиотикам бактерии, вызывающие тяжелые заболевания у лососевых рыб. Оказалось, что набор свободных жирных кислот и их производных в составе последнего (третьего) экстракта борется с антибиотикорезистентными бактериями гораздо лучше, чем выделенный при всех предыдущих экстракциях. При этом антибактериальный эффект зависел от дозы экстракта, с помощью которой ученые воздействовали на бактерии. Полученный коктейль кислот не только останавливал рост бактерий при меньшей концентрации, чем используемые сегодня антибиотики, но и убивал их при добавлении сравнительно небольшого количества экстракта.
«Мы впервые продемонстрировали, что выделенный из жира “Черной львинки” экстракт подавляет и убивает бактерии при более низких дозах по сравнению с активными соединениями (в том числе антибиотиками), которые часто используются сегодня. Предполагаемый механизм действия свободных жирных кислот может быть связан с наличием в молекуле как гидрофобной части, так и гидрофильной, а также с геометрией молекулы. Эффект жирных кислот сильно меняется в зависимости от химической структуры, например длины цепи и количества двойных связей», — рассказал Сергей Леонов, руководитель лаборатории разработки инновационных лекарственных средств и агробиотехнологий Физтех-школы биологической и медицинской физики МФТИ.
В течение многих лет антибиотики использовались в аквакультуре без разбора, что привело к высокой устойчивости к ним бактерий. Эта проблема стимулирует поиск безопасных для окружающей среды и людей альтернатив. Данная разработка послужит основой для новых экологически безопасных и эффективных препаратов (или биодобавок), которые защитят рыб от патогенов, а также поможет в поиске новых молекул подобного действия.
