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Enhancement of the antioxidant response in gilthead seabream (Sparus aurata) juveniles through dietary algal supplementation
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Fish in aquaculture are exposed to stressors such as handling and transport, which can lead to oxidative stress, compromising cellular integrity. Dietary intervention involving bioactive compounds can improve resilience and mitigate such damage. This study investigated the impact of algae-supplemented diets on the antioxidant and immune response of juvenile gilthead seabream following a short feeding trial and a subsequent stress challenge. A seven-day feeding trial was conducted using four diets: a control commercial-like diet (CTRL) and three alternatives supplemented with processed Tisochrysis lutea biomass (Tiso), Tisochrysis lutea biomass combined with Gelidium sp. extract (TisoG), and Tisochrysis lutea biomass and Skeletonema costatum extract (TisoS). Following the feeding trial, the challenge involved standardized events and infection with a pathogen (Photobacterium damselae subsp. piscicida) to assess if fish antioxidant responses were affected by the dietary treatments. Liver samples were collected post-feeding trial (Sampling 1-S1) and 6 hours post-infection (Sampling 2-S2) to evaluate growth performance, oxidative stress biomarkers, and expression of antioxidant and immune-related genes. Algae-supplemented diets had no negative effects on growth, feed efficiency, or survival. At S1, the TisoG group had significantly lower superoxide dismutase (SOD) activity and total antioxidant status (TAS) compared to other treatments. No differences were found in lipid peroxidation (LPO) or catalase (CAT) activity. At S2, SOD activity increased in Tiso, and TAS significantly increased in TisoG, with CAT and LPO remaining unaffected by diet. Gene expression at S1 showed no significant changes in oxidative stress markers, although igm was downregulated in Tiso and il-1β upregulated in TisoS. No differences were found in il-10, tnf-α, or hsp70. After S2, gpx1 was upregulated in CTRL and TisoG, sod2 was suppressed in TisoS, and nrf2 declined in all algae-fed groups. il-10 and tnf-α were highest in CTRL and significantly lower in TisoS. The Tisochrysis lutea and Gelidium extract diet was the most effective blend in enhancing antioxidant capacity and stress-related gene expression, especially after the challenge.
A aquacultura tornou-se o setor alimentar com o crescimento mais rápido, tendo já ultrapassado a produção proveniente da pesca. Esta atividade responde à crescente procura global por produtos aquáticos, combate a malnutrição e promove o crescimento económico ao gerar milhões de postos de trabalho. A dourada (Sparus aurata, Linnaeus 1758) é uma espécie marinha de elevado valor económico e relevância para a aquacultura no Sul da Europa e Mediterrâneo, sendo uma das principais espécies produzidas na região. No contexto da União Europeia (UE), a dourada como espécie de peixe ocupa atualmente a segunda posição em volume total de produção, correspondendo a aproximadamente 10% do total produzido, sendo superada apenas pela truta arco-íris (Oncorhynchus mykiss). Organismos em aquacultura estão sujeitos a diversos fatores de stress inerentes à sua produção, de natureza tanto biótica como abiótica. Entre estes, incluem-se atividades como o manuseamento, a transferência entre tanques ou jaulas, transporte e processamento, que podem induzir stress oxidativo. Este fenómeno danifica proteínas, DNA e lípidos, comprometendo a integridade celular. Uma estratégia para mitigar estes danos consiste na administração de rações suplementadas com compostos bioativos, capazes de aumentar a resiliência dos peixes a agentes de stress. As rações funcionais podem ser suplementadas com probióticos, pré-bióticos, enzimas, ácidos gordos essenciais, vitaminas, minerais, ou compostos e extratos de algas. O presente estudo foi realizado com juvenis de dourada (±5 g) e consistiu num curto ensaio de alimentação e um posterior desafio. Os peixes foram distribuídos por doze tanques de 100 L ligados a um sistema de recirculação de água (RAS), com parâmetros ambientais controlados. O ensaio alimentar teve a duração de sete dias, durante os quais os peixes foram alimentados com quatro dietas experimentais. As dietas incluíram: uma dieta controlo (CTRL), e três dietas baseadas na CTRL, suplementadas respetivamente com: biomassa processada de Tisochrysis lutea (Tiso); biomassa processada de Tisochrysis lutea e um extrato aquoso de Gelidium sp. (TisoG); e biomassa processada de Tisochrysis lutea e um extrato aquoso de Skeletonema costatum (TisoS). Após o período de alimentação, os peixes foram submetidos a um evento de stress composto por: sobrepopulação, perseguição, manuseamento e transporte, seguidos de uma infeção com um patógeno (Photobacterium damselae subsp. piscicida), com o objetivo de avaliar o impacto das dietas na resposta antioxidante e imune. As amostras foram recolhidas em dois momentos distintos: após o período de alimentação (Amostragem 1 – S1) e após o desafio, 6 horas após a infeção (Amostragem 2 – S2). Foram avaliados indicadores de desempenho, incluindo ganho de peso, taxa de conversão alimentar e taxa de crescimento relativo. Adicionalmente, foram recolhidas amostras de fígado para análise de biomarcadores fisiológicos de dano oxidativo e estado antioxidante, incluindo peroxidação lipídica (LPO), estado antioxidante total (TAS), e atividades da superóxido dismutase (SOD) e catalase (CAT). Adicionalmente, foram realizadas análises moleculares de biomarcadores de stress oxidativo no fígado, através de PCR quantitativo em tempo real. Os genes analisados incluíram a superóxido dismutase 2 (sod2), peroxiredoxina 1 (prdx1), catalase (cat), glutationa peroxidase 1 (gpx1), fator nuclear eritroide 2 (nrf2), proteína de choque térmico 70 (hsp70), imunoglobulina M (igm), interleucina-1 beta (il-1β), interleucina-10 (il-10) e fator de necrose tumoral alfa (tnf-α). Os resultados demonstraram que as dietas suplementadas com algas não tiveram impacto negativo no crescimento, eficiência alimentar ou sobrevivência. No final do ensaio alimentar (S1), o grupo TisoG apresentou níveis significativamente mais baixos de SOD e TAS em comparação com os restantes tratamentos. Não foram observadas diferenças nos níveis de LPO ou na atividade da CAT. Após o desafio (S2), surgiram diferenças notáveis: o grupo Tiso apresentou um aumento na atividade da SOD, enquanto o grupo TisoG revelou níveis significativamente mais elevados de TAS, sugerindo uma resposta antioxidante melhorada. A atividade da CAT e os níveis de LPO não foram afetados pelos tratamentos alimentares após o desafio. No final do período de alimentação (S1), não foram observadas alterações significativas na expressão dos genes de stress oxidativo entre os diferentes tratamentos. No entanto, a expressão de igm foi significativamente reduzida no tratamento Tiso em comparação com CTRL e TisoG, enquanto il-1β foi significativamente aumentada no tratamento TisoS. Não se observaram diferenças significativas na expressão de il-10, tnf-α ou hsp70. Após o desafio (S2), a expressão de vários genes relacionados com o stress oxidativo demonstrou ser dependente da dieta. O gene gpx1 foi significativamente mais expresso nos grupos CTRL e TisoG, enquanto sod2 foi significativamente reprimido apenas no grupo TisoS. A expressão de nrf2 diminuiu em todos os grupos suplementados com algas. Outros marcadores de stress oxidativo, como prdx1 e cat, não variaram significativamente. Relativamente aos marcadores imunitários, os níveis de expressão de il-10 e tnf-α foram mais elevados no grupo CTRL e significativamente mais baixos nos peixes alimentados com TisoS. Não se verificaram diferenças significativas na expressão de igm, il-1β ou hsp70. Estes resultados sugerem que a dieta TisoG, que combina biomassa processada de Tisochrysis lutea e um extrato aquoso de Gelidium sp., foi a mais eficaz em promover a capacidade antioxidante e a expressão de genes relacionados com stress, particularmente após o desafio. O que pode ser demonstrado pelo aumento dos níveis de TAS e pelo aumento da expressão de gpx1, indicando uma resposta imunitária reforçada. Em contraste, o tratamento apenas de Tisochrysis (Tiso) e a sua combinação com Skeletonema (TisoS) demonstraram uma resposta imunitária limitada, sendo que TisoS não conferiu benefícios antioxidantes claros. De forma geral, a suplementação com Gelidium sp. pareceu ser a mais eficiente, embora o possível efeito da sinergia com Tisochrysis lutea permaneça incerto. Estes resultados foram observados sem comprometer os parâmetros de crescimento ou a sobrevivência, comprovando o potencial desta alga como ingrediente funcional de rações para aquacultura. Os resultados deste estudo contribuem para a promoção da utilização de suplementos naturais para melhorar a saúde e o bem-estar animal, representando uma alternativa promissora às estratégias convencionais atualmente aplicadas em sistemas de produção intensivos de aquacultura.
A aquacultura tornou-se o setor alimentar com o crescimento mais rápido, tendo já ultrapassado a produção proveniente da pesca. Esta atividade responde à crescente procura global por produtos aquáticos, combate a malnutrição e promove o crescimento económico ao gerar milhões de postos de trabalho. A dourada (Sparus aurata, Linnaeus 1758) é uma espécie marinha de elevado valor económico e relevância para a aquacultura no Sul da Europa e Mediterrâneo, sendo uma das principais espécies produzidas na região. No contexto da União Europeia (UE), a dourada como espécie de peixe ocupa atualmente a segunda posição em volume total de produção, correspondendo a aproximadamente 10% do total produzido, sendo superada apenas pela truta arco-íris (Oncorhynchus mykiss). Organismos em aquacultura estão sujeitos a diversos fatores de stress inerentes à sua produção, de natureza tanto biótica como abiótica. Entre estes, incluem-se atividades como o manuseamento, a transferência entre tanques ou jaulas, transporte e processamento, que podem induzir stress oxidativo. Este fenómeno danifica proteínas, DNA e lípidos, comprometendo a integridade celular. Uma estratégia para mitigar estes danos consiste na administração de rações suplementadas com compostos bioativos, capazes de aumentar a resiliência dos peixes a agentes de stress. As rações funcionais podem ser suplementadas com probióticos, pré-bióticos, enzimas, ácidos gordos essenciais, vitaminas, minerais, ou compostos e extratos de algas. O presente estudo foi realizado com juvenis de dourada (±5 g) e consistiu num curto ensaio de alimentação e um posterior desafio. Os peixes foram distribuídos por doze tanques de 100 L ligados a um sistema de recirculação de água (RAS), com parâmetros ambientais controlados. O ensaio alimentar teve a duração de sete dias, durante os quais os peixes foram alimentados com quatro dietas experimentais. As dietas incluíram: uma dieta controlo (CTRL), e três dietas baseadas na CTRL, suplementadas respetivamente com: biomassa processada de Tisochrysis lutea (Tiso); biomassa processada de Tisochrysis lutea e um extrato aquoso de Gelidium sp. (TisoG); e biomassa processada de Tisochrysis lutea e um extrato aquoso de Skeletonema costatum (TisoS). Após o período de alimentação, os peixes foram submetidos a um evento de stress composto por: sobrepopulação, perseguição, manuseamento e transporte, seguidos de uma infeção com um patógeno (Photobacterium damselae subsp. piscicida), com o objetivo de avaliar o impacto das dietas na resposta antioxidante e imune. As amostras foram recolhidas em dois momentos distintos: após o período de alimentação (Amostragem 1 – S1) e após o desafio, 6 horas após a infeção (Amostragem 2 – S2). Foram avaliados indicadores de desempenho, incluindo ganho de peso, taxa de conversão alimentar e taxa de crescimento relativo. Adicionalmente, foram recolhidas amostras de fígado para análise de biomarcadores fisiológicos de dano oxidativo e estado antioxidante, incluindo peroxidação lipídica (LPO), estado antioxidante total (TAS), e atividades da superóxido dismutase (SOD) e catalase (CAT). Adicionalmente, foram realizadas análises moleculares de biomarcadores de stress oxidativo no fígado, através de PCR quantitativo em tempo real. Os genes analisados incluíram a superóxido dismutase 2 (sod2), peroxiredoxina 1 (prdx1), catalase (cat), glutationa peroxidase 1 (gpx1), fator nuclear eritroide 2 (nrf2), proteína de choque térmico 70 (hsp70), imunoglobulina M (igm), interleucina-1 beta (il-1β), interleucina-10 (il-10) e fator de necrose tumoral alfa (tnf-α). Os resultados demonstraram que as dietas suplementadas com algas não tiveram impacto negativo no crescimento, eficiência alimentar ou sobrevivência. No final do ensaio alimentar (S1), o grupo TisoG apresentou níveis significativamente mais baixos de SOD e TAS em comparação com os restantes tratamentos. Não foram observadas diferenças nos níveis de LPO ou na atividade da CAT. Após o desafio (S2), surgiram diferenças notáveis: o grupo Tiso apresentou um aumento na atividade da SOD, enquanto o grupo TisoG revelou níveis significativamente mais elevados de TAS, sugerindo uma resposta antioxidante melhorada. A atividade da CAT e os níveis de LPO não foram afetados pelos tratamentos alimentares após o desafio. No final do período de alimentação (S1), não foram observadas alterações significativas na expressão dos genes de stress oxidativo entre os diferentes tratamentos. No entanto, a expressão de igm foi significativamente reduzida no tratamento Tiso em comparação com CTRL e TisoG, enquanto il-1β foi significativamente aumentada no tratamento TisoS. Não se observaram diferenças significativas na expressão de il-10, tnf-α ou hsp70. Após o desafio (S2), a expressão de vários genes relacionados com o stress oxidativo demonstrou ser dependente da dieta. O gene gpx1 foi significativamente mais expresso nos grupos CTRL e TisoG, enquanto sod2 foi significativamente reprimido apenas no grupo TisoS. A expressão de nrf2 diminuiu em todos os grupos suplementados com algas. Outros marcadores de stress oxidativo, como prdx1 e cat, não variaram significativamente. Relativamente aos marcadores imunitários, os níveis de expressão de il-10 e tnf-α foram mais elevados no grupo CTRL e significativamente mais baixos nos peixes alimentados com TisoS. Não se verificaram diferenças significativas na expressão de igm, il-1β ou hsp70. Estes resultados sugerem que a dieta TisoG, que combina biomassa processada de Tisochrysis lutea e um extrato aquoso de Gelidium sp., foi a mais eficaz em promover a capacidade antioxidante e a expressão de genes relacionados com stress, particularmente após o desafio. O que pode ser demonstrado pelo aumento dos níveis de TAS e pelo aumento da expressão de gpx1, indicando uma resposta imunitária reforçada. Em contraste, o tratamento apenas de Tisochrysis (Tiso) e a sua combinação com Skeletonema (TisoS) demonstraram uma resposta imunitária limitada, sendo que TisoS não conferiu benefícios antioxidantes claros. De forma geral, a suplementação com Gelidium sp. pareceu ser a mais eficiente, embora o possível efeito da sinergia com Tisochrysis lutea permaneça incerto. Estes resultados foram observados sem comprometer os parâmetros de crescimento ou a sobrevivência, comprovando o potencial desta alga como ingrediente funcional de rações para aquacultura. Os resultados deste estudo contribuem para a promoção da utilização de suplementos naturais para melhorar a saúde e o bem-estar animal, representando uma alternativa promissora às estratégias convencionais atualmente aplicadas em sistemas de produção intensivos de aquacultura.
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Palavras-chave
Aquaculture Sparus aurata Redox status Algae supplementation Functional feeds