Pokarmy z probiotykiem dla ryb akwariowych

Probiotyki we współczesnym świecie są niemal tak powszechne jak witaminy. Stosuje się je podczas antybiotykoterapii, przy schorzeniach układu pokarmowego, a także w przypadku spadku odporności. Są dostępne jako produkty medyczne, ale też zawarte są w różnego rodzaju napojach mlecznych, do których trafiają wyselekcjonowane szczepy bakterii. Większość osób stosujących probiotyki nie do końca wie, jak one działają, ale widzi ich efekty. Dlaczego więc nie sięgnąć po pokarmy z probiotykiem dla ryb akwariowych? Wiedząc, jak trudna jest diagnostyka i leczenie tej grupy zwierząt, czy nie warto po prostu zadbać o ich naturalną odporność? Takie produkty już są i stają się coraz bardziej popularne.

Trochę historii

Pierwsze obserwacje o korzystnym wpływie fermentowanego mleka na organizm ludzki pochodzą ze starożytności. Jak dzisiaj wiemy, napój ten zawiera szczepy bakterii o właściwościach probiotycznych. Wtedy tego nie wiedziano, ale zwrócono uwagę na efekty, jakie przynosiło jego spożywanie. Piliniusz Starszy zalecał stosowanie napojów fermentowanych w dolegliwościach jelitowo-żołądkowych,  podobnego zdania byli inni znani starożytni myśliciele, jak Hipokrates i Galen.

Ogromny wkład w rozwój mikrobiologii miał Louis Pasteur. W latach 1857-1868 prowadził badania nad procesami fermentacji: odkrył, że prowadzą go drobnoustroje. Ponadto zauważył, że niektóre bakterie zdecydowanie nie lubią towarzystwa innych. Takie odkrycie bez wątpienia było pierwszym krokiem prowadzącym do wykorzystania w walce z bakteriami patogennymi innych bakterii.

Ilja Miecznikow, rosyjski immunolog, który w 1908 roku otrzymał Nagrodę Nobla z medycyny za pracę nad odpornością, pisze w swojej książce pt. Zarysy filozofii optymistycznej: „Z różnemi pokarmami poddanemi fermentacji mlecznej i spożywanemi w stanie surowym (kwaśne mleko, kefir, kapusta, ogórki) ludzie wprowadzili do swego kanału pokarmowego ilości olbrzymie mikrobów mlecznych, które mogą tam także rozmnażać się”. Miecznikow sam codziennie pił kwaśne mleko i był propagatorem spożywania produktów fermentowanych. Z kolei Serkowski w 1907 r. zauważa: „Mleko kwaśne może zachować mleko od gnicia”, „w karmie dla zwierząt ważną rolę ma fermentacja mleczna, bowiem pasza zafermentowana nie gnije”, „jeżeli więc fermentacja mleczna wykazuje, że jest środkiem przeciwko gniciu, to dlaczego nie miałaby zatrzymywać gnicia w kanale pokarmowym ludzi?”.

Cechy organizmów probiotycznych

W 1989 r. Roy Fuller określił, jakie cechy powinien posiadać organizm probiotyczny:

• odporność na niskie pH żołądka oraz enzymów i kwasów żółciowych w dwunastnicy;
• zdolność do przeżycia i aktywności metabolicznej w środowisku jelita grubego;
• zdolność adherencji do komórek nabłonka jelitowego i trwałej lub przejściowej kolonizacji przewodu pokarmowego;
• korzystne działanie na organizm gospodarza;
• trwałość i żywotność w czasie przechowywania oraz w środowisku dla niego niekorzystnym (np. w przewodzie pokarmowym: niskie pH, enzymy trawienne, czynniki hamujące wzrost lub zdolności adhezyjne);
• pochodzenie od człowieka/ryby/docelowego zwierzęcia.

Polski wkład w badania nad probiotykami

W Polsce tą tematyką zajmował się między innymi pediatra i neurolog Józef Brudziński, który podawał bakterie mlekowe w niektórych chorobach jelit u niemowląt. W latach 70. i 80. XX w. Zychowicz i Cieplińska wykazali, że Lactobacillus acidophilus ma działanie antagonistyczne w stosunku do pałeczek Salmonella sp. i Shigella sp. Następnie jako pierwsi zastosowali fermentowany preparat mleczny w leczeniu dzieci w czasie wieloletniej epidemii czerwonki w Państwowym Domu Małych Dzieci w Mrągowie, u których wcześniejsze metody leczenia nie przynosiły efektów. Zastosowana przez nich terapia dała efekty już po 2-3 tygodniach. Nie tylko wyeliminowano czerwonkę, ale też zaobserwowano zmiany w zachowaniu dzieci, u których zwiększył się apetyt i odporność oraz nastąpił wyraźny skok w rozwoju psychomotorycznym.

Czym jest probiotyk?

Aktualnie obowiązująca definicja mówi, że probiotyk to żywe mikroorganizmy, które podawane w odpowiednich ilościach wywierają korzystne skutki zdrowotne. Jednak w przypadku ryb należałoby tę definicją rozszerzyć. Rodzaje mikroorganizmów obecne w przewodzie pokarmowym ryb to te same, które występują w ich środowisku lub w pokarmie. Można powiedzieć, że w środowisku wodnym gospodarz i mikroorganizmy dzielą ekosystem. W przypadku ryb mikroorganizmy mogą „wybrać”, czy chcą żyć w przewodzie pokarmowym, na skórze, skrzelach czy po prostu w otaczającym środowisku wodnym. Ponadto jest jeszcze jeden aspekt: u ryb, gdzie przeważająca większość gatunków składa jaja do środowiska, wylęg nie ma kontaktu z mikroflorą rodzica. Dlatego jaja są kolonizowane przez bakterie ze środowiska, tak samo przewód pokarmowy, skrzela i skóra narybku, które po wylęgu nie posiadają swojej mikroflory.

W związku z tym, w przypadku zwierząt wodnych definicja probiotyku powinna brzmieć: Probiotyk to żywe mikroorganizmy, które podawane w odpowiednich ilościach wywierają korzystne skutki zdrowotne poprzez modyfikację flory bakteryjnej gospodarza i otaczającego środowiska.

Mikroorganizmów probiotycznych jest wiele. Jednak ważne, by zdawać sobie sprawę, że określone właściwości ma konkretny szczep. Inny szczep, nawet tego samego gatunku, wcale nie musi zachowywać się tak samo. Szczepy mają nadane numery, które zapisuje się po nazwie gatunkowej bakterii np. Lactobacillus casei DN 11400. Najczęściej jako probiotyki u ryb wykorzystuje się bakterie: Bacillus subtilis, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus lactis, Streptococcus termophilus. Stosowane są również grzyby Sacharomyces cerevisiae i Sacharomyces exigous oraz glony Phaffia rhodozyma.

Jak działają organizmy probiotyczne

Wiemy już, co to jest probiotyk i jakie powinien mieć cechy. Ale jak probiotyk funkcjonuje w organizmie gospodarza? Przyglądając się bliżej zdolnościom organizmów probiotycznych, można dojść do wniosku, że są to wyrafinowani zabójcy. W celu wyeliminowania innych bakterii korzystają z metod fizycznych, jak i chemicznych.

Ograniczają dostęp do powierzchni „mieszkalnych”

Warunkiem kolonizacji przewodu pokarmowego jest przyczepienie się bakterii do nabłonka jelitowego. Bakterie probiotyczne nierzadko wykazują większe zdolności do adhezji niż patogenne, tworząc w ten sposób na powierzchni nabłonka szczelną barierę, uniemożliwiającą osiedlanie się innych bakterii.

Kształtują otoczenie

Duża grupa bakterii probiotycznych wytwarza kwasy organiczne, np. kwas mlekowy, które obniżają pH w przewodzie pokarmowym poza zakres optymalny dla patogenów, takich jak: Escherichia coli, Clostridium sp., Salmonella sp.. Ponadto kwasy organiczne biorą udział w wytwarzaniu bariery ochronnej na powierzchni nabłonka jelitowego, hamując w ten sposób adhezję patogenów.

Trują sublokatorów

Wytwarzają nadtlenek wodoru (H₂O₂), który rozrywa mostki disiarczkowe w białkach bakterii.

Sięgają po broń biologiczną

Mogą wytwarzać białka proteolityczne, które działają destrukcyjnie na ściany komórkowe bakterii, a także produkują bakteriocyny – substancje, które można określić jako naturalne antybiotyki. Mają one właściwości bakteriobójcze w stosunku do bakterii gram-dodatnich.

Ograniczają dostęp do pokarmu

Bakterie żyjące w przewodzie pokarmowym to heterotrofy, wykorzystują składniki organiczne jako źródła węgla i energii. Organizmy probiotyczne, które w warunkach jelita czują się doskonale i po pewnym czasie zyskują przewagę liczebną, wykorzystują składniki pokarmowe, ograniczając do nich dostęp mniej „przebojowym” bakteriom.

Immunostymulacja – tajna broń

Bez wątpienia jest to niezwykle skomplikowany mechanizm oddziaływania na układ odpornościowy gospodarza: bakterie pobudzają system limfatyczny związany z przewodem pokarmowym do produkcji limfotyców (komórek układu odpornościowego), a te z kolei produkują przeciwciała immunoglobuliny IgA, które stanowią pierwszą linię obrony organizmu przed szkodliwymi czynnikami środowiska zewnętrznego, odpowiadając za aglutynację bakterii, hamowanie adhezji komórek bakteryjnych do nabłonka błon śluzowych, a także neutralizację wirusów, toksyn oraz enzymów wytwarzanych przez mikroorganizmy.

Probiotyk w pokarmach dla ryb jajożyworodnych

Jednym z produktów dla ryb akwariowych w portfolio firmy Tropical są pokarmy z probiotykiem Pro Defence, które jako probiotyk wykorzystują bakterie Bacillus subtilis C-3102. Badania dotyczące wykorzystania tego szczepu w żywieniu ryb ozdobnych przeprowadził w 2008 roku Shubhadeep Gosh wraz z zespołem. Do badań wybrano cztery popularne gatunki ryb jajożyworodnych: gupika, platkę, mieczyka i molinezję. W badaniu każdy gatunek był reprezentowany przez 400 osobników. W związku z tym, że badany był wpływ 4 różnych dawek probiotyku (plus grupa kontrolna) dla każdego gatunku ryby przygotowano 5 zbiorników w 4 powtórzeniach, czyli 20 akwariów o pojemności 150 litrów.

Zawartość Bacillus subtilis w pokarmie użytym w doświadczeniu:

5 x 10¹¹ CFU Bacillus subtilis / kg pokarmu

5 x 10¹⁰ CFU Bacillus subtilis / kg pokarmu

5 x 10⁹ CFU Bacillus subtilis / kg pokarmu

5 x 10⁸ CFU Bacillus subtilis / kg pokarmu

	Poecilia reticulata	Poecilia sphenops	Xiphophorus helleri	Xiphophorus maculatus
Liczba ryb	400	400	400	400
Masa początkowa ryby	0,16 g	0,448 g	0,527 g	0,321 g
Liczba zbiorników	20 (4×5)	20 (4×5)	20 (4×5)	20 (4×5)
Pojemność akwarium	150 litrów	150 litrów	150 litrów	150 litrów
Liczba ryb w akwarium	20	20	20	20
Karmienie	4% masy ciała	4% masy ciała	4% masy ciała	4% masy ciała
Ilość probiotyku w karmie	5 dawek	5 dawek	5 dawek	5 dawek
Czas trwania eksperymentu	90 dni	90 dni	90 dni	90 dni

Po 90 dniach eksperymentu przeprowadzono jeszcze jedno doświadczenie, w którym zainfekowano badane ryby bakterią gram-ujemną Aeromonas hydrophila. Jest to jeden z częstszych patogenów ryb tropikalnych, który wywołuje chorobę wrzodową powodując masowe śnięcia ryb w hodowlach.

Jednostka jtk

Jednostka, którą stosuje się przy podawania liczby bakterii to tzw. jednostka tworząca kolonię (jtk) lub w języku angielskim colony-forming unit (CFU). Określa ona liczbę komórek w materiale badanym przy zastosowaniu posiewu polegającego na możliwie równomiernym rozprowadzeniu próbki materiału na pożywce tak, by wszystkie mikroorganizmy leżały samotnie i w oddaleniu od siebie, tworząc przez rozmnażanie jedną kolonię. Inaczej mówiąc, jtk oznacza liczbę pojedynczych komórek, z których w wyniku podziałów powstaną kolonie komórek. Liczba kolonii jest w warunkach idealnych równa liczbie mikroorganizmów w próbce.

Wyniki badań

W wyniku tych badań stwierdzono:  

• większy wzrost ryb wszystkich czterech gatunków przy dawkach 5 x 10⁹ – 5 x 10¹¹ CFU/kg pokarmu w stosunku do grupy kontrolnej
• wzrost liczby baterii B.subtilis w przewodzie pokarmowym ryb
• większą odporność na Aeromonas hydrophila

Dodatkowo zespół badawczy przeprowadził analizę użytego pokarmu pod kątem zmiany zawartości bakterii probiotycznych w czasie. Zauważono spadek liczby bakterii, jednak dużo mniejszy w porównaniu do innych gatunków bakterii probiotycznych. Naukowcy tłumaczyli to faktem, że Bacilus subtilis wytwarza endospory, czyli rodzaj przetrwalników. Cały proces przetrwalnikowania jest wyjątkowo skomplikowany, mimo że mamy do czynienia z organizmem jednokomórkowym. Wokół nukleotydu zgromadzona jest cytoplazma, całość okrywa gruby korteks (najgrubsza warstwa przetrwalnika) i trójwarstwowa ściana. Endospora jest odporna na temperaturę nawet powyżej 100^oC, chociaż dla samej bakterii ta cecha nie ma większego znaczenia i taką temperaturę tak naprawdę może jej zafundować jedynie człowiek. Natomiast to, co istotne dla bakterii i co, jak się przypuszcza, przyczyniło się do wykształcenia u bakterii zdolności do przetrwalnikowania to odporność endospor na suszę, promieniowanie UV oraz zdolność do przeżywania przy braku pokarmu lub nieodpowiednim pH środowiska. Kiełkowanie endospor jest równie skomplikowane jak ich powstawanie. Jest to proces niezależny od zewnętrznych źródeł energii i pożywienia.

Wpływ probiotyku na rozród ryb

Ten sam zespół naukowców przeprowadził również badania, w których obserwował jak pokarmy z probiotykiem wpływały na rozród w/w gatunków ryb, a badania były prowadzone przez rok. W przypadku wszystkich gatunków stwierdzono: większą płodność, wyższy indeks gonado-somatyczny*, większą przeżywalność narybku, mniejszą liczbę deformacji i szybsze przyrosty.

Wpływ probiotyku na karpie koi

Kolejne badania dotyczące Bacillus subtilis pochodzą z 2011 roku – tym razem przeprowadzono je na karpiu koi. Głównym celem tych badań było określenie jak pokarmy z probiotykiem wpływają na wzrost ryb. Otrzymane wyniki świadczą o pozytywnym wpływie tego probiotyku na wzrost karpia koi. Stwierdzono także obecność tych bakterii w przewodzie pokarmowym oraz hamowanie rozwoju Aeromonas veronii, patogenu powszechnego w hodowlach ryb.

Wpływ pokarmów z probiotykiem na odporność ryb

Wpływ Bacillus subtilis na odporność badał w 2014 roku Telli i inni. Do badań wykorzystał tilapie nilową. Warunki stresowe badacze uzyskali umieszczając ryby w dużym zagęszczeniu (50 osobników w akwarium o poj. 800 litrów).

Liczba ryb	520 osobników
Masa początkowa ryby	32,63 g
Pojemność akwarium	800 litrów
Liczba zbiorników	16
Liczba ryb w akwarium (małe i duże zagęszczenie)	15 50
Karmienie	3 x dziennie do syta
Ilość probiotyku w karmie	500 mg/kg
Czas trwania eksperymentu	84 dni

Analiza mikrobiologiczna pokazała obecność żywych B.subtilis w przewodzie pokarmowym tilapii. Jednak najciekawsze wyniki dotyczyły pozytywnego wpływu probiotyku na odporność nieswoistą ryb w warunkach stresu: naukowcy stwierdzili wzrost wartości indeksu fagocytarnego i aktywności lizozymu w warunkach stresu u ryb, które otrzymywały probiotyk w porównaniu do grupy kontrolnej.

Fagocyty pełnią istotną rolę we wrodzonym układzie immunologicznym. Są w stanie rozpoznawać i niszczyć komórki patogenów. Wzrost wartości indeksu fagocytarnego u ryb karmionych karmą z probiotykiem i przetrzymywanych w warunkach wysokiego zagęszczenia jest odpowiedzią na niekorzystne warunki życia i stres. Natomiast lizozym to białko, które rozkłada ściany komórkowe bakterii. Organizm probiotyczny może wpływać na większe jego wydzielanie przez układ odpornościowy gospodarza, jak również sam je produkować.

Korzyści dla ryb akwariowych ze stosowania probiotyków

Probiotyki w pokarmach dla ryb poprawiają ich odżywianie poprzez syntezę takich niezbędnych składników, jak witaminy i krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe oraz enzymy (amylazy, proteazy). Ponadto bakterie probiotyczne rozkładają składniki pokarmu, które bez ich udziału nie uległyby strawieniu. Zwiększają odporność na infekcje. Eliminują niepożądane bakterie, a tym samym substancje przez nie wytwarzane, które hamują wzrost. Ponadto wpływają korzystnie na rozród, jakość potomstwa i jego przeżywalność.

Stosując pokarmy z probiotykiem można wpływać na skład mikroflory przewodu pokarmowego ryb. Probiotyk podajemy rybom, które dysponują już dojrzałą mikroflorą przewodu pokarmowego. Aby ich udział w ogólnej masie mikroorganizmów osiągnął poziom, przy którym ich działanie jest widoczne, musi upłynąć czas, a podawanie wraz z pokarmem powinno być w pierwszym okresie stosowaniu pokarmu regularne.

*GSI – indeks gonado-somatyczny (masa gonad/masa ciała * 100). Jest to narzędzie do oceny dojrzałości seksualnej zwierząt w stosunku do stopnia rozwoju jajników i jąder.

dr inż. Aleksandra Kwaśniak-Płacheta

Literatura:

Fuller R. (1989) Probiotics in man and animals. J. Appl. Bacteriol., 66, 365–78.

Ghosh S., Sinha A., Sahu C. (2007) Effect of probiotic on reproductive performance in female livebearing ornamental fish. Aquaculture Research, 38, 518-526.

Ghosh S., Sinha A., Sahu C. (2008) Dietary probiotic supplementation in growth and health of live-bearing ornamental fishes. Aquaculture Nutrition, 14, 289-299.

He at al. (2011) Evaluation of probiotic strain Bacillus subtilis C-3102 as a feed supplement for koi carp (Cyprinus carpio), Aquaculture Research & Development, January.

Nowak A., Śliżewska K., Libudzisz Z. (2010) Probiotyki – historia i miechanizmy działania. ŻYWNOŚĆ. Nauka. Technologia. Jakość, 4 (71), 5 – 19

Telli G. i inni. (2014) Dietary administration of Bacillus subtilis on hematology and

non-specific immunity of Nile tilapia Oreochromis niloticus raised at different stocking densities. Fish & Shellfish Immunology, 39, 305-311.