بررسی اثر ریزپوشانی با نانوذرات کیتوزان/آلژینات بر کارایی و ایمنی زایی واکسن تزریقی استرپتوکوکوزیس/لاکتوکوکوزیس در ماهی قزل‌آلای رنگین‌کمان (Oncorhynchus mykiss)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم درمانگاهی، دانشکده دامپزشکی، دانشگاه شهیدچمران اهواز، اهواز، ایران

2 گروه پاتوبیولوژی، دانشکده دامپزشکی، دانشگاه شهیدچمران اهواز، اهواز، ایران

3 گروه بیوشیمی و بیولوژی مولکولی، دانشکده دامپزشکی، دانشگاه شهیدچمران اهواز، اهواز، ایران

چکیده

در این تحقیق اثر ریزپوشانی واکسن تزریقی دوگانه استرپتوکوکوزیس/لاکتوکوکوزیس با ریزذرات آلژینات/ کیتوزان بر ایمنی ­زایی در ماهی قزل‌آلای رنگین‌کمان بررسی گردید. به این منظور ابتدا باکتری استرپتوکوکوس اینیه و لاکتوکوکوس گارویه در محیط TSB کشت و با فرمالین غیر فعال شده، سپس باکتری­ های غیر فعال‌شده با ریز ذرات آلژینات /کیتوزان ریزپوشانی شدند. 600 قطعه ماهی قزل‌آلای رنگین‌کمان (1/2± 14گرم) به چهار تیمار، هر تیمار در سه تکرار به ­صورت زیر تقسیم گردیدند: تیمار اول با واکسن ریزپوشانی شده، تیمار دوم با واکسن بدون ریزپوشانی و تیمار سوم با آلژینات /کیتوزان بدون باکتری، و به تیمار چهارم نیز PBS استریل تزریق گردید. ماهی‌ها به مدت دو ماه تغذیه و نگه داری شده و در روزهای صفر، 20 ،40 و 60 نمونه سرم از ماهی‌ها تهیه و شاخص ­های ایمنی شامل: عیار آنتی ­بادی سرمی، فعالیت کمپلمان، قدرت باکتری کشی سرم، فعالیت لایزوزیم، میزان بیگانه ­خواری لکوسیت ها، میزان پروتئین و ایمونوگلوبولین سرم، و میزان بیان دو ژن IL-6 و IgM در کلیه قدامی ماهی‌ها ارزیابی گردیدند. تیمارها با هر دو باکتری به‌طور جداگانه چالش داده شده و تلفات بین تیمارها مقایسه گردید. نتایج حاکی از بهبود شاخص ­های ایمنی در ماهیان واکسینه شده با واکسن ریزپوشانی شده نسبت به سایر تیمارها بود، هم چنین میزان بیان دو ژن IL-6 و IgM و بازماندگی بعد از چالش باکتریایی نیز در تیمار ریزپوشانی به‌طور معنی­ داری بیش ­تر از سایر تیمارها بود. لذا روش ریزپوشانی واکسن با ریزذرات کیتوزان و آلژینات برای بهبود کارایی واکسن دوگانه استرپتوکوکوزیس/لاکتوکوکوزیس در ماهی قزل‌آلا کارایی داشته و قابل استفاده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of alginate/chitosan nanoencapsulation on immunogenicity and efficacy of Streptococosis/lactococosis vaccine in rainbow trout (Oncorhynchus mykiss)

نویسندگان [English]

  • Mojtaba Alishahi 1
  • Zahra Tulaby Dezfuly 1
  • Masoud Ghorbanpour 2
  • Mohamad Reza Tabandeh 3
  • Mehrzad Masbah 1
1 Department of Clinical Sciences, Faculty of Veterinary Medicine, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
2 Department of Pathobiology, Faculty of Veterinary Medicine, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
3 Department of Biochemistry and Molecular Biology, Faculty of Veterinary Medicine, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
چکیده [English]

In this study, the effect of injection of streptococcus / lactococcosis vaccine with alginate / chitosan microparticles on immunogenicity in rainbow trout was investigated. For this purpose, first S. iniae and L. garviae were cultured in TSB medium and inactivated with formalin, then the inactivated bacteria were finely coated with alginate / chitosan particles. 600 pieces of rainbow trout (14 ± 2.1 g) divided to four Treatments: Each treatment was divided into three replications as follows: the first treatment with encapsulated vaccine, the second treatment with uncoated vaccine and the third treatment with alginate / chitosan without bacteria, and the fourth treatment was injected with sterile PBS as control. The fish were fed and maintained for two months and on days 0, 20, 40 and 60, serum samples were prepared from the fish and immunity indicators included: serum antibody titer, complement activity, bactericidal, lysozyme activity, Leukocyte phagocytosis, serum protein and immunoglobulin levels, and expression levels of IL-6 and IgM in anterior kidney were evaluated. Treatments with both bacteria were challenged separately and mortality was compared between treatments. The results showed that the immunity indices in fish vaccinated with encapsulated vaccine improved compared to other treatments. Also, the expression of IL-6 and IgM genes and survival after bacterial challenge were significantly higher in encapsulated treatment than other treatments. Therefore, the vaccine microencapsulated method with chitosan and alginate microparticles is effective and can be used to improve the efficiency of streptococcus / lactococcosis vaccine in rainbow trout.        

کلیدواژه‌ها [English]

  • Streptococosis/lactococosis vaccine
  • rainbow trout
  • Microencapsulation
  • Alginate/Chitosan
  • immunogenicity
  1. ایمانپور، م.؛ محسنی، م. و کرمی ­نسب، م.، 1398. عملکرد مکمل فیتاز بر جایگزینی پودر ماهی با آرد سویا بر شاخص ­های رشد و برخی پارامترهای خونی و بیوشیمیایی سرم خون ماهی آزاد دریای خزر (Salmo caspius trutta). فصلنامه محیط زیست جانوری. سال 11 ، شماره 4، صفحات 177 تا 186.
  2. آرامون، ا.؛ علیشاهی، م.؛ صیفی ­آبادشاپوری، م. و قربانپور، م.، 1397. بررسی میزان ایمنی واکسن بایوفیلم آئروموناس هیدروفیلا خوراکی و تزریقی در ماهی انگشت ­قد کپورمعمولی(Cyprinus carpio). فصلنامه محیط ­زیست جانوری. سال 10، شماره 3، صفحات 207 تا
  3. طولابی­ دزفولی، ز.؛ علیشاهی، م.؛ قربانپور، م. و مصباح، م. و تابنده، م.ر.، 1399. بررسی ایمنی­زایی و محافظت­ کنندگی لیپوپلی ساکارید یرسینیا راکری (Yersinia ruckeri) در برابر یرسینیوزیس در ماهی قزل‌آلای رنگین‌کمان .(Oncorhyncus mykiss) فصلنامه محیط زیست جانوری، دوره 12، شماره 3، صفحات 293 تا 304. DOI: 10.22034/aej.2020.119247
  4. علیشاهی، م.؛ سعیدی­ منش، م.؛ مصباح، م. و زارعی، م.، 1395. بررسی اثر نانوکیتوزان بر ایمنی­زایی واکسن خوراکی آئروموناس هیدروفیلا در ماهی کپور معمولی. مجله دامپزشکی ایران. دوره 12، شماره 1، صفحات 54 تا 65.
  5. علیشاهی، م. و طولابی دزفولی، ز.، 1396. واکسیناسیون ماهی، انتشارات دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران. چاپ اول، 782 صفحه.
  6. علیشاهی، م.؛ سعیدی ­منش، م.؛ مصباح، م. و محمدیان، ت.، 1395. بررسی اثر نانوکیتوزان بر ایمنی‌زایی واکسن خوراکی آئروموناس هیدروفیلا در ماهی کپور معمولی، مجله دامپزشکی ایران، دوره 12، شماره 1، صفحات 53 تا 64.
  7. Alishahi, M.; Esmaeili Rad, A.; Zarei, M. and Ghorbanpour, M., 2014. Effect of dietary chitosan on immune response and disease resistance in Cyprinus carpio. Iranian Journal of Veterinary Medicine. Vol. 8, No. 2, pp: 125-133.
  8. Alishahi, M.; Ranjbar, M.; Ghorbanpour, M.; Peyghan, R. and Mesbah, M., 2010. Effects of dietary on some specific and nonspecific immunity in the common carp. International journal of veterinary research. Vol. 4, pp: 189-195.
  9. Altun, S.; Kubilay, A.; Ekici, S.; Didinen, B.I. and Diler, O. 2010. Oral vaccination against lactococcosis in Rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) using sodium alginate and poly (lactide-co-glycolide) carrier. Kafkas Üniversitesi Veteriner Fakültesi Dergisi. Vol. 16, pp: 211-217.
  10. Balfry, S.K. and Higgs, D.A., Influence of dietary lipid composition on the immune system and disease resistance of finfish. Nutrition and fish health. pp: 213-234.
  11. Ballesteros, N.A.; Saint-Jean, S. R. and Perez-Prieto, S. I., 2014. Food pellets as an effective delivery method for a DNA vaccine against infectious pancreatic necrosis virus in rainbow trout (Oncorhynchus mykiss, Walbaum). Fish & shellfish immunology, Vol. 37, No. 2, pp: 220-228.
  12. Barnes, A.C.; Young, F.M.; Horne, M.T. and Ellis, A.E., 2003. Streptococcus iniae: serological differences, presence of capsule and resistance to immune serum killing. Diseases of aquatic organisms. Vol. 53, No. 3, pp: 241-247.
  13. Behera, T.; Nanda, P.K.; Mohanty, C.; Mohapatra, D.; Swain, P.; DAS, B.K.; Routray, P.; Mishra, B.K. and Sahoo, S.K., 2010. Parenteral immunization of fish, Labeo rohita with Poly D, L-lactide-co-glycolicacid (PLGA) encapsulated antigen microparticles promotes innate andadaptive immune responses. Fish and Shellfish Immunology. Vol. 28, No. 2, pp: 320-325.
  14. Bromage, E.S.; Thomas, A. and Owens, L., 1999. Streptococcus iniae, a bacterial infection in barramundi Lates calcarifer. Diseases of aquatic organisms. Vol. 36, pp: 177-181.
  15. Bustin, S.A.; Benes, V.; Garson, J.A.; Hellemans, J.; Huggett, J.; Kubista, M.; Mueller, R.; Nolan, T.; Pfaffl, MW.; Shipley, GL.; Vandesompele, J. and Wittwer, C.T., 2009. The MIQE Guidelines: Minimum Information for Publication of Quantitative Real-Time PCR Experiments. Clinical chemistry. Vol. 55, No. 4, pp: 611-622.
  16. Chen, H.H.; Lin, H.T.; Foung, Y.F. and Lin, J.H.Y., 2012. The bioactivity of teleost IL-6: IL-6 protein in orange-spotted grouper (Epinephelus coioides) induces Th2 cell differentiation pathway and antibody production. Developmental and Comparative Immunology. Vol. 38, No. 2, pp: 285-294.
  17. Costa, A.A.; Leef, M.J.; Bridle, A.R.; Carson, J. and Nowak, B.F., 2011. Effect of vaccination against yersiniosis on the relative percent survival, bactericidal and lysozyme response of Atlantic salmon, Salmo salar. Vol. 315, pp: 201-206.
  18. Craig, A.; Shoemaker., A.; Benjamin, R.; LaFrentz, R. and Julio, C., 2017. Additive genetic variation in resistance of Nile tilapia (Oreochromis niloticus) to Streptococcus iniae and S. agalactiae capsular type Ib: Is genetic resistance correlated? Aquaculture. Vol. 468, No. 1, pp: 193-198.
  19. Cui, M.; Zhang, Q.; Yao, Z.; Zhang, Z.; Zhang, H. and Wang, Y., 2010. Immunoglobulin M gene expression analysis of orange-spotted grouper, Epinephelus coioides, following heat shock and Vibrio alginolyticus Fish and shellfish immunology. Vol. 29, No. 6, pp: 1060-1065.
  20. Deshmukh, S.; Kania, P.W.; Chettri, J.K.; Skov, J.; Bojesen, A.M.; Dalsgaard, I. and Buchmann, K., 2013. Insight from molecular, pathological, and immune histochemical studies on cellular and humoral mechanisms responsible for vaccine-induced protection of rainbow trout against Yersinia ruckeri. Clinical and Vaccine Immunology. Vol. 20, No. 10, pp: 1623-1641.
  21. Dubey, S.; Avadhani, K.; Mutalik, S.; Madambithara, S. and Maiti, B., 2016. Aeromonas hydrophila OmpW PLGA Nanoparticle Oral Vaccine Shows a Dose-Dependent Protective immunity in Roho, Vaccine. Vol. 4, No. 21. pp: 2-11.
  22. Eldar, A. and  Ghittino, C., 1999. Lactococcus garvieae and Streptococcus iniae infections in rainbow trout Oncorhynchus mykiss: similar, but different diseases. Diseases of Aquatic Organisms. Vol. 36, No. 3, pp: 227-731.
  23. Ellis, A.E., 1999. Immunity to bacteria in fish. Fish and Shellfish Immunology. Vol. 9, pp: 291-308.
  24. Faghani, T.; Azari Takami, Gh.; Kousha, A. and Faghani, S., 2008. Surveying on Alginic Acid and Anti-Streptococcus Vaccine Effects on the Growth Performance, Survival Rate, Hematological Parameters in Rainbow Trout (Oncorhynchos mykiss). World Journal of Zoology. Vol. 3, No. 2, pp: 54-58.
  25. FAO Yearbook of fisheries and aquaculture statistics 2015. 2017. FAO publication, Rom Italy, fao.org/ fishery/static/Yearbook/YB2015_CD_Master/index.htm.
  26. Feldman, B.; Zinkl, J. and Jain, N., 2000. Schalm,s Veterinary Hematology. 5th Ed., Lippincott. Williams and Wilkins. AWolters company. Philadeia, Baltimore, Naw York, London, Buenos Aires, Hong Kong, Sydney, Tokyo.
  27. Firdaus-Nawi, M.; Sabri, M.Y.; Hanan, Y.; Siti-Zahrah, A. and Zamri-Saad, M., 2013. Efficacy of feed-based adjuvant vaccine against Streptococcus agalactiae in Oreochromis in Malaysia. Aquaculture Research. Vol. 45, pp: 87-96.
  28. Greenway, E.; Byars T.S. and Elliot, R.B., 2017. Validation of Fermentation and Processing Procedures for the Commercial-Scale Production of a Live, Attenuated Edwardsiella ictaluri Vaccine for Use in Channel Catfish Aquaculture, Journal of Aquatic Animal Health. Vol. 29, No. 2, pp: 83-88.
  29. Gudding, R.; Lillehaug, A. and Evensen, Y. 2014. Fish Vaccination, Wiley and Sons, Ltd, London, UK
  30. Halimi, M.; Alishahi, M.; Abbaspour, M.R.; Ghorbanpoor, M. and Tabandeh. M.R., 2019. High efficacy and economical procedure of oral vaccination against Lactococcus garvieae/Streptococcus iniae in rainbow trout (Oncorhynchus mykiss). Fish and Shellfish Immunology. Vol. 99, pp: 505-513.
  31. Hoshina, T.; Sano, T. and Morimoto, Y., 1958. A Streptococcus pathogenic to fish. Journal of the Tokyo University of Fisheries. Vol. 44, No. 5.
  32. Huang, H.Y.; Chena, Y.C.; Wanga, P.C.; Tsaia, M.A.; Yeha, S.C.; Liangb, H.J. and Chena, S.C., 2014. Efficacy of a formalin-inactivated vaccine against Streptococcus iniae infection in the farmed grouper Epinephelus coioides by intraperitoneal immunization. Vaccine. pp: 1-7.
  33. Huiyi, S.; Weiting, Y.; Meng, G.; Xiudong, L. and Xiaojun, M., 2013. Microencapsulated probiotics using emulsification technique coupled with internal or external gelation process. Carbohudrate polymers. Vol. 96: pp: 181-189.
  34. Ismail, M.S.;  Siti-Zahrah, ; Syafiq, M.R.M.; Amal, M.N.A.;  Firdaus-Nawi, M. and  Zamri-Saad, M., 2016. Feed-based vaccination regime against streptococcosis in red tilapia, Oreochromis niloticus x Oreochromis mossambicus. BMC Veterinary Research. Vol. 12, No. 1, pp: 194-210.
  35. Klesius, P.H.; Shoemaker, C.A. and Evans, J.J., 2000. Efficacy of single and combined Streptococcus iniae isolate vaccine administered by intraperitoneal and intramuscular routes in tilapia (Oreochromis niloticus). Aquaculture. Vol. 188, pp: 237-246.
  36. Liu, H.; Zhang, S.; Shen, Z.; Ren, G.; Liu, L.; Ma, Y.; Zhang, Y. and Wang, W., 2016. Development of a vaccine against Streptococcus agalactiae in fish based on truncated cell wall surface anchor proteins. Veterinary Research. Vol. 179, pp: 1036-1092.
  37. Løvoll, M.; Fischer, U.; Mathisen, G.S.; Bøgwald, J.; Ototake, M. and Dalmo, R.A., 2007. The C3 subtypes are differentially regulated after immunostimulation in rainbow trout, but head kidney macrophages do not contribute to C3 transcription. Veterinary immunology and immunopathology. Vol. 117, No. 3, pp: 284-295.
  38. Prabhugouda, S.K.M.; Shankar, B.T.; Naveen, K.; Rajreddy, P. and Omkar, V.B., 2014. Evaluation of biofilm of Aeromonas hydrophila for oral vaccination of Channa striatus. Fish and Shellfish Immunology. Vol. 41, pp: 581-585.
  39. Pridgeon, J.W. and Klesius, P.H., 2011. Development and efficacy of a novobiocin-resistant Streptococcus iniae as a novel vaccine in Nile tilapia (Oreochromis niloticus). Vaccine. Vol. 29, No. 35, pp.5986-5993.
  40. Raida, M.K. and Buchm ann, K., 2008. Bath vaccination of rainbow trout (Oncorhynchus mykiss Walbaum) against Yersinia ruckeri: effects of temperature on protection and gene expression. Vaccine. Vol. 26, No. 8, pp: 1050-1062.
  41. Sakai, M.; Otubo, T.; Atsuta, S. and Kobayashi, M., 1993. Enhancement of resistance to bacterial infection in rainbow trout, Oncorhynchus mykiss (Walbaum), by oral administration of bovine lactoferrin. Journal of fish Diseases. Vol. 16, pp: 239-247.
  42. Shelby, R.A.; Shoemaker, C.A. and Klesius, P.H., 2004. Development of and ELISA to measure the humoral immune response of hybrid striped bass Morone chrysops M. saxatilis to Streptococcus iniae. Aquaculture Vol. 35, pp: 997-1001.
  43. Soltani, M.; Alishahi, M.; Mirzargar, S. and Nikbakht, G., 2007. Vaccination of rainbow trout against Streptococcus iniae infection: comparison of different routes of administration and different vaccines. Iranian Journal of Fisheries Sciences. Vol. 7, pp:129-140.
  44. Soltani, M.; Pirali Kheirabadi, E.; Taheri Mirghaed, A.; Zargar, A.; Mohamadian, S.; Roohollahi, and Zakian, M., 2016. Study on Streptococcosis and Lactococcosis Outbreaks in Rainbow Trout Farms in Fars and Lorestan ProvincesJournal of Veterinary Microbiology. Vol. 30, pp: 49-58.
  45. Tulaby Dezfuly, Z.; Alishahi, M.; Ghorbanpoor, M.; Tabandeh, M.R. and Mesbah, M. 2020. Immunogenicity and protective efficacy of Yersinia ruckeri lipopolysaccharide (LPS), encapsulated by alginate-chitosan micro/nanoparticles in rainbow trout (Oncorhyncus mykiss). Fish and Shellfish Immunology. Vol. 104, pp: 25-35
  46. Vimal, S.; AbdulMajeed, S.; Nambi, K.S.N.; Madan, N.; Farook, M.A.; Venkatesan, C.; Taju, G. and Sahul Hameed, A.S., 2014. Delivery of DNA vaccine using chitosan–tripolyphosphate (CS/TPP) nanoparticles in Asian sea bass, Lates calcarifer (Bloch, 1790) for protection against nodavirus infection. Aquaculture. pp: 240-246.
  47. Wang, E.; Wang, K.; Chen, D.; Wang, J.; He, Y.; Long, B.; Yang, L.; Yang, Q.; Geng, Y.; Huang, X. and Ouyang, P., 2015. Evaluation and selection of appropriate reference genes for real-time quantitative pcr analysis of gene expression in nile tilapia (Oreochromis niloticus) during vaccination and infection. International journal of molecular sciences. Vol. 16, No. 5, pp: 9998-10015.
  48. Wang, T. and Secombes, C.J., 2009. Identification and expression analysis of two fish-specific IL-6 cytokine family members, the ciliary neurotrophic factor (CNTF)-like and M17 genes, in rainbow trout Oncorhynchus mykiss. Molecular immunology. Vol. 46, No. 11, pp: 2290-2298
  49. Zhu, L.; Q., Huang, H. and Wang, K., 2017. Effectivity of oral recombinant DNA vaccine against Streptococcus agalactiaein Nile tilapia. Developmental and Comparative Immunology. Vol. 77, pp: 77-87.