Resumen de Microbiota como bioindicador de salud en especies marinas de interés acuícola
- español
La microbiota asociada a las mucosas de los peces teleósteos desempeña un papel crucial en diversas funciones fisiológicas. Conocer y entender la microbiota de los peces domesticados es de gran utilidad tanto para la mejora de la productividad de la industria como para el progreso de la sostenibilidad del sector. El interés de este trabajo es aportar conocimiento al incipiente campo de estudio de la microbiota de algunos de los peces marinos cultivados en la zona mediterránea. Para el estudio de la microbiota asociada a distintas regiones corporales de estos animales (tracto gastrointestinal y moco de la piel) se han utilizado diversas técnicas de biología molecular, tanto del campo de la microbiología como de la inmunología. En el Capítulo 1 se analizaron los cambios en el sistema inmunitario sistémico y local y en la diversidad de la microbiota del moco de la piel durante un episodio de estrés crónico en dorada. Además, se analizaron parámetros de estrés y crecimiento. En este experimento, no se encontraron diferencias en los indicadores de estrés ni en suero, ni en el moco de la piel. La inmunidad celular y sistémica no se vio afectada. Por el contrario, se obtuvieron diferencias significativas en los parámetros inmunitarios locales (aumento en el nivel de inmunoglobulinas totales y actividad peroxidasa, disminución en los niveles totales de inmunoglobulinas M) en el moco de la piel de los peces crónicamente estresados con respecto a los peces no estresados. En cuanto a la riqueza y diversidad microbiana, se observó un aumento significativo tanto en la riqueza como en la diversidad de las comunidades microbianas en los peces crónicamente estresados. El análisis de diversidad beta demostró que hubo diferencias significativas entre ambas comunidades bacterianas, especialmente a los 14 días. Los resultados de taxonomía indicaron un aumento en la abundancia de especies bacterianas con potencial capacidad de controlar la proliferación de especies patógenas y una disminución en especies consideradas oportunistas. Los resultados obtenidos ponen de manifiesto la alta sensibilidad de la mucosa de piel y la tendencia a proteger el tejido tanto del sistema inmunitario como de la microbiota local frente a las alteraciones provocadas por un agente estresante. En el Capítulo 2, se examinaron las variaciones en la microbiota del moco de la piel frente a las alteraciones del sistema inmunitario (sistémico y local) tras una infección bacteriana causada por Vibrio harveyi. Se detectó una disminución significativa de la actividad proteasa tanto en la inmunidad sistémica como en la local en los peces infectados en comparación con los peces no infectados. Adicionalmente, se observó una disminución significativa en la actividad lisozima y un aumento significativo en la actividad peroxidasa en la inmunidad local en peces infectados. Con respecto a la riqueza y diversidad bacteriana, los resultados mostraron un aumento significativo en la diversidad bacteriana en los peces infectados. Por otro lado, la diversidad beta indicó que las comunidades bacterianas de peces infectados y no infectados eran significativamente diferentes. Para terminar, el análisis discriminante lineal, efecto-tamaño (LEfSe) para detectar biomarcadores determinó que los biomarcadores asociados a los peces infectados fueron principalmente Proteobacterias (V. harveyi) para el grupo de los infectados mientras que Verrucomicrobia (Rubritalea) se asoció especialmente con el grupo no infectado. Como conclusión, los resultados de este experimento sugieren el papel temprano que juegan en la infección por vibriosis tanto la proteasa como la lisozima del moco de la piel. El análisis de la composición de la microbiota sugiere una posible disbiosis en los peces infectados, ya que existe una alteración tanto de composición como funcional. Además, el análisis LEfSe detectó a V. harveyi como biomarcador del grupo infectado, demostrando su potencial como herramienta para la detección de infecciones. Para finalizar, en el Capítulo 3 se estudió la posibilidad de utilizar contenido fecal, en lugar de tejido intestinal posterior como método no invasivo, para determinar la composición microbiana del tracto gastrointestinal de la dorada. Los resultados obtenidos demostraron que no existen diferencias significativas entre la composición bacteriana del tejido intestinal en comparación con la de las heces tanto en diversidad y riqueza como en taxonomía, poniendo de manifiesto la posibilidad de utilizar esta matriz y así evitar el sacrificio animal.
- English
The microbiota of teleost fish plays a crucial role in various physiological functions. Knowing and understanding the microbiota of domesticated fish is very useful both for improving the productivity of the industry and for the progress of the sustainability of the sector. The interest of this work is to contribute knowledge to the emerging field of study of the microbiota of some of the marine fish farmed in the Mediterranean area. To study the microbiota associated with different body regions of these animals (gastrointestinal tract and skin mucus), several molecular biology techniques have been used, both in the fields of microbiology and immunology. In Chapter 1, changes in the systemic and local immune system and in the diversity of the skin mucus microbiota during an episode of chronic stress in gilthead sea bream were analyzed. In addition, stress and growth parameters were analyzed. In this experiment, no differences were found in stress indicators in serum or skin mucus. Cellular and systemic immunity was not affected. In contrast, significant differences were obtained in local immune parameters (increase in the level of total immunoglobulins and peroxidase activity, decrease in total levels of immunoglobulins M) in the skin mucus of chronically stressed fish with respect to unstressed fish. Regarding microbial richness and diversity, a significant increase in both the richness and diversity of microbial communities was observed in chronically stressed fish. The beta diversity analysis showed that there were significant differences between both bacterial communities, especially at 14 days. The taxonomy results indicated an increase in the abundance of bacterial species with the potential ability to control the proliferation of pathogenic species and a decrease in species considered opportunistic. The results obtained show the high sensitivity of the skin mucosa and the tendency to protect the tissue from both the immune system and the local microbiota against the alterations caused by a stressful agent. In Chapter 2, variations in the skin mucus microbiota and alterations in the immune system (systemic and local) following bacterial infection caused by Vibrio harveyi were examined in sea bass. A significant decrease in protease activity in both systemic and local immunity was detected in infected fish compared to not infected fish. Additionally, a significant decrease in lysozyme activity and a significant increase in peroxidase activity were observed in local immunity in infected fish. Regarding bacterial richness and diversity, the results showed a significant increase in bacterial diversity in infected fish. On the other hand, beta diversity indicated that the bacterial communities of infected and uninfected fish were significantly different. Finally, the linear discriminant analysis, effect-size (LEfSe) to detect biomarkers determined that the biomarkers associated with the infected fish were mainly Proteobacteria (V. harveyi) for the infected group while Verrucomicrobia (Rubritalea) was especially associated with the not infected group. In conclusion, the results of this experiment suggest the early role played by both protease and lysozyme in skin mucus in vibriosis infection. The analysis of the composition of the microbiota suggests a possible dysbiosis in the infected fish, since there is an alteration both in composition and function. Furthermore, the LEfSe assay detected V. harveyi as a biomarker of the infected group, demonstrating its potential as a tool for early infection detection. Finally, in Chapter 3 the possibility of using fecal content, instead of posterior intestinal tissue, as a non-invasive method, to determine the microbial composition of the gastrointestinal tract of gilthead sea bream, was studied. The results obtained showed that there are no significant differences between the bacterial composition of the intestinal tissue compared to that of the faeces, both in diversity and richness as well as in taxonomy, highlighting the possibility of using this matrix and thus avoiding animal sacrifice.
