Биологи из КарНЦ РАН нашли способ снизить
необходимость использования антибиотиков при разведении форели. Ученые
экспериментально доказали эффективность применения натуральной биодобавки –
дигидрокверцетина, получаемого из отходов заготовки лиственницы. Он повышает
устойчивость рыбы к стрессовым факторам и заболеваниям. При этом добавка
безвредна для человека и экосистем водоемов.

Сотрудники Института биологии КарНЦ РАН завершили
пятилетний проект по изучению влияния дигидрокверцетина на радужную форель.
Подобное исследование проводилось в мировой науке впервые.


– Карелия – один из лидеров в России по выращиванию радужной форели. Но
садковое рыбоводство зачастую сопряжено со стрессом и болезнями рыб.
Антибиотики, основное средство для борьбы с заболеваниями, негативно влияют на
саму рыбу, на человека, потребителя рыбных продуктов, а также на водоемы. В
тренде мировой науки – поиск естественных добавок природного происхождения,
которые повышают устойчивость животных к неблагоприятным факторам. Мы обратили
внимание на биодобавку дигидрокверцетин, – рассказала Надежда
Канцерова, руководитель проекта, старший научный сотрудник лаборатории
экологической биохимии Института биологии КарНЦ РАН.


Дигидрокверцетин (ДГК) – это антиоксидант природного происхождения. В
промышленных масштабах его добывают из прикорневой части ствола сибирской
лиственницы – отходов ее заготовки. Дигидрокверцетин нашел применение в пищевой
промышленности и в медицине, в том числе для профилактики COVID-19.
Производители биодобавки также указывают, что ДГК может применяться в
рыбоводстве, однако в научной литературе данных о его использовании при
выращивании форели нет. Карельские ученые решили восполнить этот пробел.

Участники исследования – сотрудники Института
биологии КарНЦ РАН: Алексей Паршуков, Ирина Суховская, Людмила Лысенко, Мария
Кузнецова и Надежда Канцерова.

Исследование было поддержано грантом Российского научного фонда и
включало проведение садковых и аквариальных экспериментов. Один из садковых
экспериментов проводился в 2017–2018 годах форелеводческом хозяйстве. Рыбу
разделили на две группы: контрольную и опытную. Первую содержали на стандартном
корме, вторая с кормом получала ДГК. Примечательно, что оба года эксперимента
отличались неблагоприятными обстоятельствами: в 2017-м в хозяйстве произошла
вспышка бактериальной инфекции, а в 2018-м лето выдалось очень жарким,
температура воды поднималась выше 24 градусов, в то время как форель –
холодолюбивый вид, оптимальная температура для которого составляет 14–18
градусов.


– В результате эксперимента мы увидели снижение летальности в группе,
которая получала ДГКс кормом. В периоды, когда рыба жила в нормальных условиях,
разницы между двумя группами не было. Но когда возникали стрессовые факторы –
болезнь, повышение температуры и т.п. – ДГК срабатывал. То есть его можно
рассматривать как модулятор защитных сил организма, – отметила Надежда Канцерова.

Старший научный сотрудник лаборатории паразитологии
растений и животных Института биологии КарНЦ РАН Алексей Паршуков в ходе
эксперимента на форелеводческом хозяйстве.

Ученые проверили, стимулирует ли использование ДГК рост рыбы. Такой эффект
заявлен производителем добавки. Некоторые изменения в этом плане проявились на
биохимическом уровне: у форели из опытной группы оказался выше уровень
экспрессии гена миозина – основного структурного белка скелетных мышц, а
накопление жиров в мышцах, напротив, снижено. В целом же рыбы, получавшие ДГК,
не были крупнее остальных.


Если садковый эксперимент в основном был посвящен наблюдениям за
макропоказателями – выживаемостью рыбы, ее ростом и устойчивостью к
неблагоприятным факторам, то целью аквариального эксперимента стал поиск
молекулярных механизмов влияния ДГК на организм форели. Результаты этой работы
опубликованы в международном журнале Animals.

Работа исследователей в лаборатории.

Эксперимент проводили в аквариальном комплексе Института биологии КарНЦ РАН.
160 рыб поместили в восемь аквариумов, разделив на четыре группы. Рыбы первой
группы содержались на стандартном корме при температуре 14 °С. Рыбы второй
группы содержались на стандартном корме, а температуру воды в аквариумах
повышали на 1 °С в сутки до 23 °С. Рыбы третьей и четвертой группы также
содержались при температуре 14 °С и повышенной температуре, но с кормом
получали ДГК. Кроме того, ученые столкнулись с незапланированным фактором: вся
форель оказалась заражена паразитическими плоскими червями рода гиродактилюс.
Как оказалось, степень заражения рыб была меньше в группе, получавшей ДГК с
кормом. По окончании аквариального эксперимента у рыб были взяты пробы печени
на транскриптомный анализ.


Транскриптом – полный набор молекул матричной РНК в клетке. Транскрипт — это
молекула РНК, считываемая с соответствующего гена или участка ДНК. Некоторые из
генов считываются (экспрессируются) лишь при определенных обстоятельствах. Если
эти обстоятельства возникли, и организму потребовалось «включить» тот или иной
ген, то на основе матрицы ДНК синтезируется молекула РНК (этот процесс и
называется транскрипцией), которая затем в свою очередь передаст генетическую
информацию белку. Белки выполняют важнейшие функции организма, от строительных
до защитных, и именно они в конечном счете реализуют эффекты «включившегося»
гена.


– То есть, набор генов (геном) одинаков в любой клетке организма, но
набор транскриптов (транскриптом), которые с них синтезируются, уже разный, в
зависимости от условий. Анализ транскриптома дает информацию о состоянии
организма, органа или ткани в данный момент времени в конкретных условиях. По
результатам анализа мы можем говорить о том, что у организмов данной группы
экспрессируются определенные гены, потому что на них повлиял какой-либо фактор.
И в своем эксперименте мы провели анализ, изучая влияние трех факторов:
повышения температуры воды, зараженности и влияния добавки, – пояснила
ученый.

Объект исследования – радужная форель.

Транскриптомный анализ петрозаводские ученые проводили при участии
Санкт-Петербургского государственного университета и Лимнологического института
СО РАН (г. Иркутск).


При влиянии повышенной температуры мы увидели классический ответ: активируются
гены шаперонов – белков теплового шока. Но у рыб, получавших ДГК с кормом, был
более интенсивный запуск генов белков-шаперонов, их синтезировалось больше. В
присутствии ДГК продуцировалось меньше холестерина и других стеролов. В случае
же, когда температура не повышалась, разницы на уровне транскриптома между
группами, получавшими и не получавшими ДГК, не было.


В результате, ученые подтвердили свой вывод, сделанный в ходе предыдущих
экспериментов: на нормальную физиологию ДГК не влияет, но если появляется
стрессовый фактор (заболевание, повышение температуры, гипоксия и др.), добавка
может помочь организму справиться с ним. Таким образом, применение ДГК в качестве
пищевой добавки снижает необходимость использования антибиотиков при разведении
форели и не оказывает токсичного эффекта ни на человека, ни на окружающую
среду.


Подводя итоги пятилетней работы, Надежда Канцерова поблагодарила коллег и
отметила, что слаженная работа и взаимная поддержка всех участников
исследования стали одним из главных залогов успеха проекта.

Источник: КарНЦ
РАН.