Сотрудники Института биологии КарНЦ РАН завершили пятилетний проект по изучению влияния дигидрокверцетина на радужную форель

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.