de Maxime Hugonin et Stéphane Frouel, MiXscience, La France
Activité antimicrobienne omniprésente d'un nouvel additif alimentaire contre plusieurs agents pathogènes dans les systèmes d'élevage aquacole
En tant que source potentielle de protéines de demain, pour une population toujours croissante, l'industrie aquacole est confrontée à plusieurs défis. Pour atteindre la demande, la production de rendement doit être maximisée. De cette façon, les agriculteurs augmentent toujours leurs densités de peuplement, passer de la culture intensive à la super-intensive, conduisant à l'apparition et à la propagation de nouveaux agents pathogènes avec une multiplication des foyers de maladies.
Les premières personnes touchées par ces problèmes sont les agriculteurs. Cette pression pathogène impacte fortement l'économie de l'élevage. La principale solution à ce problème reste l'utilisation d'antibiotiques, grâce à leur facilité d'utilisation en traitement curatif et à leurs effets visibles et rapides. Malheureusement, l'utilisation et l'abus de produits chimiques soulèvent des problèmes de santé publique, en raison de la résistance aux antibiotiques, et les effets néfastes sur l'environnement. Puis, ce remède participe à la mauvaise image associée à la production aquacole et produit des glissements dans l'opinion publique.
Des recherches actives sont en cours dans leur travail acharné pour explorer des alternatives. Cet article rend compte de l'utilisation d'un phytogène naturel, à base d'extraits de plantes spécifiquement sélectionnés, pour contrôler un large éventail d'agents pathogènes dans les systèmes d'aquaculture. L'histoire du produit est partie d'un laboratoire, associés aux essais RID, et s'est terminé sur le terrain à plus grande échelle et à une échelle commerciale. Ainsi, les effets antimicrobiens de ce phytogène ont été étudiés à la fois in vitro et in vivo, qui fournit un retour solide et pragmatique sur ses avantages.
Mécanismes d'action
Le large spectre de l'activité antimicrobienne de cet additif alimentaire repose sur des mécanismes d'action particuliers avec des cibles communes parmi les agents pathogènes :les protéines. Les propriétés anti-microbiennes de ce phytogénique sont fournies par les composés organiques soufrés (SOC) d'extraits d'alliacées. La famille des Alliacées comprend 13 genres et 600 espèces. Les principaux représentants sont l'oignon, Ail, poireau, échalotes et ciboulette.
Certaines études de recherche soulèvent la possibilité que, dans les systèmes biologiques, Les SOC peuvent pénétrer très rapidement dans différents compartiments des cellules où ils exercent leurs effets biologiques. Selon l'agent pathogène, il existe plusieurs façons pour les SOC de pénétrer dans les cellules (voir figure 1)
En raison de leur faible poids moléculaire, Les SOC peuvent facilement se diffuser par différents processus dans le volume interne des vésicules, dans le cytoplasme des bactéries, (Gram – ou Gram +), ou en virus. C'est le cas à Gram - où la couche de peptidoglycane est petite.
Les SOC confèrent les propriétés antibactériennes phytogéniques, en raison de différentes interactions avec les composés cellulaires. Une fois dans la cellule, Les SOC se combinent avec certaines protéines pour altérer la fixation et disloquer les fonctions thiols, contenus dans les ponts disulfures impliqués dans la structure des protéines et des enzymes. Sans leur conformation 3D, les protéines dénaturées ne sont plus fonctionnelles, (voir figure 2).
Parmi les fonctions altérées, l'expression du gène, le métabolisme énergétique et la synthèse des protéines sont des fonctions associées, dont l'altération entraîne un dysfonctionnement global de la cellule, à son apoptose finale puis à la mort du pathogène, (voir figure 3).
Pour les bactéries, Les SOC semblent cibler plusieurs voies, y compris la modulation des activités enzymatiques (par exemple, la glutathion S-transférase, impliqué dans plusieurs voies vitales), l'inhibition des enzymes de l'ADN (gyrase, polymérase), l'affection de la voie intrinsèque de la mort cellulaire apoptotique et de la machinerie du cycle cellulaire. Les SOC peuvent également bloquer la synthèse des polyamines, ainsi que perturber les microtubules cellulaires (qui forment le cytosquelette et le fuseau mitotique dans les cellules), demandé pour la division cellulaire.
Les effets antiprolifératifs et antimicrobiens des composés SOC semblent être liés à l'induction de l'apoptose cellulaire, résultant de l'altération des cellules pathogènes.
Pour les virus, Les SOC modifieront la protéine de leur capside. Sans la protection du génome fournie par cette enveloppe protéique, les virus mourront sur le même modèle que l'apoptose des cellules microbiennes.
Potentiel du produit :Une évaluation à trois échelles
In vitro, l'efficacité du produit a été évaluée par des tests de concentration minimale inhibitrice (CMI) et de concentration bactéricide minimale (CMB).
En utilisant des méthodes de microdilution, l'effet d'inhibition de la croissance du phytogénique contre un large éventail d'agents pathogènes, des systèmes d'aquaculture d'eau de mer et d'eau douce, a été comparée à la CMI d'extraits naturels connus pour avoir un potentiel antimicrobien élevé comme le carvacrol, à partir d'huiles d'origan et de thym, citral, isolé à partir d'huile d'agrumes et d'eugénol, à partir d'huile de clou de girofle.
De plus, afin d'évaluer le potentiel réel de ce produit comme alternative antibiotique, MIC et MBC ont été comparés aux antibiotiques couramment utilisés en aquaculture (oxytétracycline, érythromycine et enrofloxacine).
Les résultats in vitro ont indiqué que cet additif alimentaire présentait une large action bactéricide, car il présentait une efficacité élevée contre les bactéries gram-positives et gram-négatives. En outre, il a montré la plus forte activité antimicrobienne, par rapport aux produits en nature. Le phytogénique expérimental a présenté la CMI la plus faible de 16 à 125 ppm versus 32 à 250 ppm pour le carvacrol, 64 à 1, 000 ppm pour le citral et 64 à 2000 ppm pour l'eugénol (voir tableau 1).
Il a également démontré une concentration minimale inhibitrice et bactéricide du même ordre de grandeur (moins d'une unité logarithmique de différence) que les antibiotiques testés (tableau 2).
Sur la base de ces études prometteuses, le produit a ensuite été appliqué dans des essais de provocation.
Les essais in vivo en laboratoire ont été menés sur différentes espèces :poissons d'eau douce (bar), les poissons d'eau chaude (Tilapia) et les crevettes marines (White Leg Shrimp) qui ont été testés pour différents agents pathogènes dans un protocole d'utilisation préventive du produit.
Commencer avec, les animaux ont été acclimatés aux conditions expérimentales (entre une et quatre semaines), avant d'être alimenté en continu avec l'aliment expérimental, contenant le phytogène, à une concentration de 1-2Kg/tonne d'aliment (voir figure 4).
Après une période de trois ou quatre semaines, selon les espèces, les poissons et les crevettes ont été exposés à l'agent pathogène sélectionné et nourris avec le produit pendant au moins deux semaines supplémentaires après l'exposition. La survie a ensuite été observée (voir figure 5).
Les résultats présentés dans la figure 5 montrent clairement une amélioration significative de la survie (ANOVA p<0,05), quelles que soient les espèces d'élevage et les agents pathogènes associés (bactéries ou virus). L'utilisation du phytogénique a augmenté le taux de survie des crevettes de 54 pour cent contre Vibrio Parahaemolyticus, et 52% contre le syndrome des points blancs, les deux principales maladies rencontrées par l'industrie.
Chez le poisson, même si les résultats sont un peu moins impressionnants (en raison du système immunitaire existant pour les poissons puis taux de mortalité plus faible pour le contrôle), ils sont encore significatifs, et la réduction de la mortalité peut également représenter un gain économique fiable avec une augmentation de la survie de 18 pour cent pour le bar contre Pasteurella et de 19 à 12 pour cent pour le tilapia contre Streptococcus et Francissella, respectivement.
Lors des essais de recherche, les résultats significatifs ont confirmé l'effet antimicrobien du phytogène observé à l'échelle du laboratoire. Pour valider définitivement ces avantages, une dernière étape mais non des moindres a été franchie :des essais en conditions réelles d'élevage.
Échelle de terrain commerciale
L'effet du phytogène a été testé dans des conditions d'élevage commercial pour deux espèces au Vietnam, (crevettes et tilapia), et en Turquie pour la dorade et le bar. Pour ces derniers poissons, cinq essais ont été menés pour évaluer les effets du phytogène sur le contrôle des maladies, rencontrés au hasard dans des conditions naturelles, et comparez-les à ceux des antibiotiques. Les poissons ont été confrontés à la Vibriose, Flexibactériose ou infections parasitaires (voir tableau 3). De façon intéressante, l'utilisation du produit à 5Kg/tonnes d'aliment, pendant 20 jours après l'apparition des premiers symptômes, conduire à un contrôle complet de la maladie (au moins aussi efficace que les antibiotiques) et à un rétablissement total avec un retour à l'état métabolique initial des animaux.
Pour le tilapia en cage, le phytogénique a été appliqué temporairement à une dose de contrôle de la maladie de 4 kg/tonne d'aliment pendant 14 jours après l'émergence d'une infection streptococcique. Il a été appliqué au même montant, pour une durée de 35 jours, chez les crevettes élevées dans des étangs extérieurs après l'apparition de la vibriose. L'effet antimicrobien du phytogène a été confirmé, dans des conditions d'élevage, où il a significativement soutenu la résistance du tilapia et de la crevette (ANOVA p <0,05) lors d'une provocation avec Streptococcus spp. et Vibrio spp. respectivement (voir figures 6 et 7).
Nous avons conclu que ce nouvel additif alimentaire fournit un contrôle efficace contre une variété d'agents pathogènes et pourrait être considéré comme une approche holistique et naturelle pour réduire l'utilisation d'antibiotiques dans les systèmes d'aquaculture. Les données des essais ont également montré l'efficacité de l'additif fonctionnel pour contrebalancer les épidémies et pour maintenir une performance de croissance fiable et un profit agricole.
De plus, ce nouveau phytogène peut être appliqué dans un large éventail de conditions, soit en continu comme agent prophylactique, ou pendant certaines périodes critiques en tant qu'agent curatif. La durée optimale d'application est d'au moins 14 jours avant toute période critique connue, ou après la première apparition des symptômes de la maladie.
Récemment, l'efficacité du produit a été étendue à de nouvelles espèces contre de nouveaux agents pathogènes :Rickettsia (Salmonid RickettsialSepticaemia) au Chili. L'utilisation à grande échelle du produit a montré des avantages, en termes de taux de survie, puis retour sur investissement économique.
De nouveaux essais ont également été menés contre le virus dévastateur et émergent du lac Tilapia (TiLV) et ont montré des résultats positifs à confirmer dans des conditions de terrain. Au Vietnam, sur 219 étangs à crevettes sur 219 étangs utilisant le phytogène, 75 pour cent n'ont montré aucune mortalité et seulement 15 pour cent ont montré une mortalité due à l'EMS, 4% dus au WSSD et seulement 2% du syndrome des selles blanches.
L'histoire du succès est en cours, nous devons continuer sur notre lancée !
Figure 1:( Ci-dessous) Nature des voies potentielles de pénétration des SOC dans la cellule
Figure 2: (En haut à droite) Dénaturation de protéines microbiennes par fixation de SOC sur des ponts disulfure
Figure 3: (En bas à droite) Altérations métaboliques fonctionnelles par les COS contenus dans le
Figure 4 : Protocole d'application de produit préventif pour les essais en laboratoire in vivo pour trois espèces aquacoles testées
Figure 5 : Effet global du phytogène sur la survie finale (contrôle vs dosage préventif)
Figure 6 : Effet curatif du phytogénique sur le tilapia après provocation streptococcique
Image 7 : Effet curatif du phytogène sur crevette après défi Vibriose
