– 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.
