Current research on the use of plant-derived products in farmed fish

Over the years, aquaculture has shown increasing development in terms of production. However, due to intensive farming practices, infectious diseases represent the main problem in fish farms, causing heavy economic losses. The use of antibiotics for controlling diseases is widely criticized for its negative impact, including selection of antibiotic-resistant bacterial strains, immunosuppression, environmental pollution and accumulation of chemical residues in fish tissues. On the other hand, though vaccination is the most effective prophylactic method of preventing disease outbreaks, the development of effective formulations is often hindered by high production costs and the antigenic heterogeneity of the microbial strains. Recently, there has been increased interest in the possibility of using medicinal herbs as immunostimulants, capable of enhancing immune responses and disease resistance of cultured fish. Plant-derived products seem to represent a promising source of bioactive molecules, being at the same time readily available, inexpensive and biocompatible. The aim of this article is to provide an overview of recent research dealing with the use of medicinal plants in aquaculture. Special attention is given to the information about the effects of plant extracts/products on fish growth, haematological profiles, immune responses and resistance to infectious diseases

Growth parameters, innate immune response and resistance to Listonella (Vibrio) anguillarum of Dicentrarchus labrax fed carvacrol supplemented diets

The research was aimed to assess the effect of dietary carvacrol (0.025% and 0.05%) on sea bass (Dicentrarchus labrax) growth, immune response and resistance to Listonella anguillarum. Fish (69.2 ± 0.22 g) were fed the experimental diets for 9 weeks. Dietary carvacrol did not negatively affect fish survival, growth performance, feed intake and feed conversion ratio (P > 0.05) nor carcass yield and viscerosomatic, hepatosomatic and mesenteric fat index (P > 0.05). Serum and head kidney leucocytes were collected after 1, 4 and 8 weeks of feeding. Carvacrol significantly reduced serum proteins, immunoglobulins and lysozyme activity (P < 0.01) and moderately increased phagocytosis and pinocytosis of head kidney macrophages. The release of reactive oxygen species by leucocytes was reduced in carvacrol-fed fish, even if significantly (P < 0.05) only in those fed 0.05% carvacrol for 1 week. Dietary carvacrol did not significantly affect the aspecific immune response, although a potential antioxidant activity might be speculated. Moreover, feeding carvacrol provided an appreciable resistance to a challenge with L. anguillarum, when a bacterial dose lower than the Lethal Dose50 was used. Cumulative mortality in fish fed 0.025% carvacrol was significantly lower than that of untreated controls (75% Relative Per cent Survival)

Computational modeling of immune system of the fish for a more effective vaccination in aquaculture

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Growth and Welfare of Rainbow Trout (Oncorhynchus mykiss) in Response to Graded Levels of Insect and Poultry By-Product Meals in Fishmeal-Free Diets

This study compared the nutrient-energy retention, digestive function, growth performance, and welfare of rainbow trout (ibw 54 g) fed isoproteic (42%), isolipidic (24%), fishmeal-free diets (CV) over 13 weeks. The diets consisted of plant-protein replacement with graded levels (10, 30, 60%) of protein from poultry by-product (PBM) and black soldier fly H. illucens pupae (BSFM) meals, either singly or in combination. A fishmeal-based diet was also tested (CF). Nitrogen retention improved with moderate or high levels of dietary PBM and BSFM relative to CV (p &lt; 0.05). Gut brush border enzyme activity was poorly affected by the diets. Gastric chitinase was up-regulated after high BSFM feeding (p &lt; 0.05). The gut peptide and amino acid transport genes were differently regulated by protein source and level. Serum cortisol was unaffected, and the changes in metabolites stayed within the physiological range. High PBM and high BSFM lowered the leukocyte respiratory burst activity and increased the lysozyme activity compared to CV (p &lt; 0.05). The BSFM and PBM both significantly changed the relative percentage of lymphocytes and monocytes (p &lt; 0.05). In conclusion, moderate to high PBM and BSFM inclusions in fishmeal-free diets, either singly or in combination, improved gut function and nutrient retention, resulting in better growth performance and the good welfare of the rainbow trout

ANTIBACTERIAL AND IMMUNOMODULATORY PROPERTIES OF NATURAL COMPOUNDS FOR THE CONTROL OF INFECTIOUS DISEASES IN FARMED FISH

The present PhD thesis reports and discusses the literature concerning the use of products derived from medicinal plants and marine algae as antimicrobial agents or immunostimulant substances in aquaculture. Moreover, it describes the results of some in vitro and in vivo studies aimed to evaluate the antibacterial and immunomodulatory properties of plant extracts and marine microalgae in two fish species of interest for European and Italian aquaculture, such as rainbow trout and sea bass.Co-supervisore: Donatella Volpatti - Dipartimento di aggregazione: Dipartimento di Scienze degli Alimenti, Sezione di Patologia Veterinaria, Università degli studi di UdineopenLa presente tesi di dottorato riporta e discute la bibliografia inerente l’utilizzo di prodotti ottenuti da piante medicinali e alghe marine quali agenti antimicrobici o sostanze immunostimolanti in acquacoltura. Inoltre, descrive i risultati di alcuni studi in vitro e in vivo condotti al fine di valutare l’attività antibatterica e le proprietà immunomodulanti di estratti vegetali e microalghe marine in due specie ittiche di interesse per l’acquacoltura europea e nazionale, quali trota iridea e branzino.Dottorato di ricerca in Scienze e biotecnologie agrarieembargoed_20161014Bulfon, Chiar

Current research on the use of plant-derived products in farmed fish

Over the years, aquaculture has shown increasing development in terms of production. However, due to intensive farming practices, infectious diseases represent the main problem in fish farms, causing heavy economic losses. The use of antibiotics for controlling diseases is widely criticized for its negative impact, including selection of antibioticresistant bacterial strains, immunosuppression, environmental pollution and accumulation of chemical residues in fish tissues. On the other hand, though vaccination is the most effective prophylactic method of preventing disease outbreaks, the development of effective formulations is often hindered by high production costs and the antigenic heterogeneity of the microbial strains. Recently, there has been increased interest in the possibility of using medicinal herbs as immunostimulants, capable of enhancing immune responses and disease resistance of cultured fish. Plant-derived products seem to represent a promising source of bioactive molecules, being at the same time readily available, inexpensive and biocompatible. The aim of this article is to provide an overview of recent research dealing with the use of medicinal plants in aquaculture. Special attention is given to the information about the effects of plant extracts/products on fish growth, haematological profiles, immune responses and resistance to infectious diseases

Effetto di diete integrate con carvacrolo su risposta immunitaria e resistenza a Vibrio anguillarum del branzino (Dicentrarchus labrax)

Il carvacrolo (2-metil-5-(1-metil)-fenolo), derivato fenolico contenuto in alta percentuale negli oli essenziali di origano e timo (fam. Labiatae), è un additivo alimentare ufficialmente riconosciuto da FAO/WHO, Consiglio d’Europa, U.S. FDA, al quale sono attribuite funzioni di promotore della crescita (animali da reddito), antimicrobico, anti-infiammatorio, immunomodulante (medicina umana e veterinaria). La ricerca è stata finalizzata a valutare l'effetto dell’integrazione dietetica (0,025 e 0,05% della dieta) di carvacrolo sulle performances di crescita, sulla risposta immunitaria umorale (proteine totali, immunoglobuline totali, attività del lisozima), sulla risposta immunitaria cellulare (fagocitosi, burst respiratorio, contenuto di perossidasi, pinocitosi) e sulla resistenza a Listonella (Vibrio) anguillarum sierotipo O1 nel branzino (Dicentrarchus labrax ). Nove gruppi di giovanili di branzino (69,2 ± 0,22 g) sono stati mantenuti in condizioni controllate di allevamento e alimentati con le diete sperimentali per 9 settimane. L'inclusione di carvacrolo nella dieta non ha inciso negativamente sulla sopravvivenza dei pesci, sul comportamento alimentare, sulle performances di crescita, espresse come aumento di peso, tasso di crescita specifico, fattore di conversione (P>0,05). Similmente, la somministrazione di carvacrolo non ha determinato differenze significative nel rendimento della carcassa, negli indici viscerosomatico ed epatosomatico, nel tenore di grasso periviscerale (P>0,05). Il siero (10 sogg/dieta) e i leucociti di rene anteriore (5 sogg/dieta) sono stati prelevati dopo 1, 4 e 8 settimane di alimentazione. Le due dosi di carvacrolo hanno indotto una significativa diminuzione delle proteine, delle immunoglobul ine e dell’attività del lisozima nel siero (P<0,01), hanno stimolato solo moderatamente la fagocitosi e la pinocitosi dei leucociti mentre non hanno modificato il contenuto di perossidasi dei leucociti. Nel corso della prova la produzione di ROS da parte dei leucociti è risultata minore nei branzini alimentati con il carvacrolo rispetto a quanto rilevato nei soggetti di controllo, e significativamente più bassa (P<0,05) in quelli alimentati per 7 giorni con la dose 0,05%. Questi risultati suggeriscono che il carvacr olo somministrato con la dieta agisce come antiossidante, piuttosto che come promotore della risposta immunitaria aspecifica del branzino. Dopo 8 settimane di alimentazione, i branzini sono stati sottoposti ad infezioni sperimentali per via intraperitoneale con L. (V.) anguillarum (6x10 6 UFC/ml, 200 μl/sogg, >DL50; 2x10 6 UFC/ml, 200 μl/sogg, <DL 50). Come atteso, l’esposizione dei soggetti sperimentali alla dose infettante superiore alla DL50 non ha consentito di rilevare protezione nei confronti del patogeno, per entrambi i livelli di carvacrolo somministrati. Nel caso dell’infezione con dose inferiore alla DL50 il tasso di mortalità cumulativa nei pesci alimentati con entrambe le dosi di carvacrolo è risultato minore rispetto a quello dei soggetti non trattati. Il valore di RPS (percentuale relativa di sopravvivenza) era pari al 75% nei soggetti alimentati con carvacrolo allo 0,025% e al31% nei soggetti alimentati con carvacrolo allo 0,05%. La protezione conferita da questo derivato fenolico sembra dipendere principalmente dalla sua azione antibatterica, sebbene siano necessari ulteriori approfondimenti per spiegare l’apparente minore efficacia della dose più alta

Effetto di diete integrate con carvacrolo su risposta immunitaria e resistenza a VIBRIO ANGUILLARUM del branzino (Dicentrarchus labrax)

Il carvacrolo (2-metil-5-(1-metil)-fenolo), derivato fenolico contenuto in alta percentuale negli oli essenziali di origano e timo (fam. Labiatae), \ue8 un additivo alimentare ufficialmente riconosciuto da FAO/WHO, Consiglio d\u2019Europa, U.S. FDA, al quale sono attribuite funzioni di promotore della crescita (animali da reddito), antimicrobico, anti-infiammatorio, immunomodulante (medicina umana e veterinaria). La ricerca \ue8 stata finalizzata a valutare l'effetto dell\u2019integrazione dietetica (0,025 e 0,05% della dieta) di carvacrolo sulle performances di crescita, sulla risposta immunitaria umorale (proteine totali, immunoglobuline totali, attivit\ue0 del lisozima), sulla risposta immunitaria cellulare (fagocitosi, burst respiratorio, contenuto di perossidasi, pinocitosi) e sulla resistenza a Listonella (Vibrio) anguillarum sierotipo O1 nel branzino (Dicentrarchus labrax ). Nove gruppi di giovanili di branzino (69,2 \ub1 0,22 g) sono stati mantenuti in condizioni controllate di allevamento e alimentati con le diete sperimentali per 9 settimane. L'inclusione di carvacrolo nella dieta non ha inciso negativamente sulla sopravvivenza dei pesci, sul comportamento alimentare, sulle performances di crescita, espresse come aumento di peso, tasso di crescita specifico, fattore di conversione (P>0,05). Similmente, la somministrazione di carvacrolo non ha determinato differenze significative nel rendimento della carcassa, negli indici viscerosomatico ed epatosomatico, nel tenore di grasso periviscerale (P>0,05). Il siero (10 sogg/dieta) e i leucociti di rene anteriore (5 sogg/dieta) sono stati prelevati dopo 1, 4 e 8 settimane di alimentazione. Le due dosi di carvacrolo hanno indotto una significativa diminuzione delle proteine, delle immunoglobul ine e dell\u2019attivit\ue0 del lisozima nel siero (P<0,01), hanno stimolato solo moderatamente la fagocitosi e la pinocitosi dei leucociti mentre non hanno modificato il contenuto di perossidasi dei leucociti. Nel corso della prova la produzione di ROS da parte dei leucociti \ue8 risultata minore nei branzini alimentati con il carvacrolo rispetto a quanto rilevato nei soggetti di controllo, e significativamente pi\uf9 bassa (P<0,05) in quelli alimentati per 7 giorni con la dose 0,05%. Questi risultati suggeriscono che il carvacr olo somministrato con la dieta agisce come antiossidante, piuttosto che come promotore della risposta immunitaria aspecifica del branzino. Dopo 8 settimane di alimentazione, i branzini sono stati sottoposti ad infezioni sperimentali per via intraperitoneale con L. (V.) anguillarum (6x10 6 UFC/ml, 200 \u3bcl/sogg, >DL50; 2x10 6 UFC/ml, 200 \u3bcl/sogg, <DL 50). Come atteso, l\u2019esposizione dei soggetti sperimentali alla dose infettante superiore alla DL50 non ha consentito di rilevare protezione nei confronti del patogeno, per entrambi i livelli di carvacrolo somministrati. Nel caso dell\u2019infezione con dose inferiore alla DL50 il tasso di mortalit\ue0 cumulativa nei pesci alimentati con entrambe le dosi di carvacrolo \ue8 risultato minore rispetto a quello dei soggetti non trattati. Il valore di RPS (percentuale relativa di sopravvivenza) era pari al 75% nei soggetti alimentati con carvacrolo allo 0,025% e al31% nei soggetti alimentati con carvacrolo allo 0,05%. La protezione conferita da questo derivato fenolico sembra dipendere principalmente dalla sua azione antibatterica, sebbene siano necessari ulteriori approfondimenti per spiegare l\u2019apparente minore efficacia della dose pi\uf9 alta