Development and evaluation of chimeric recombinant antigen, nano vaccine and probiotics for fish to Aeromonas hydrophila and Pseudomonas fluorescens control
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Data
2025-02-26
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Universidade Federal de Viçosa
Resumo
Aquaculture is an aquatic food production system whose main products are the cultivation of fish, bivalves and algae. It contributes approximately US$230 billion to the world economy annually. Growth estimates project trends until 2050 and, therefore, aquaculture is considered one of the most promising global markets. The high consumption of fish in the human diet has intensified in recent years due to the benefits it brings to human health and nutrition, since fish are a source of proteins, vitamins, minerals and “good” fats, which help prevent cardiovascular, bone, ophthalmological and degenerative diseases. However, fish production has been threatened by the establishment of pathogenic bacteria that cause a wide range of diseases and comorbidities in fish and are associated with high mortality rates and production losses in aquaculture production. The species Aeromonas hydrophila and Pseudomonas fluorescens are representatives of a group of Gram-negative bacteria that threaten fish health and have an alarming zoonotic potential. Vaccination of fish, as well as alternative methods such as the use of probiotics in supplementation, are considered the gold standard in the fight against these infectious agents. Therefore, this study aimed to develop and evaluate a chimeric, nanoencapsulated, probiotic antigen for fish against pathogenic strains of Aeromonas hydrophila and Pseudomonas fluorescens. The antigen was constructed using immunoinformatics tools using the sequence of the protein UDP-N-acetylmuramate-L-alanine ligase, which is important for the biogenesis of the precursor of the cell wall of bacteria, as a skeleton. A prediction of B and T cell epitopes was performed on the BepiPred 2.0 and NetCLT web servers, and the most immunogenic protein sequences of both bacteria were used to construct the chimeric antigen. The evaluation of the immunogenic property was evaluated in the animal model, zebrafish (Danio rerio), and the gene expression of genes related to the fish immune system was evaluated. Protection after immunization was evaluated by challenging the LD50 or lethal doses of A. hydrophila in vivo and survival was recorded over a period of seven days after challenge. The nano antigen was also nanoencapsulated by nanostructured lipid nanocarriers and the physicochemical characteristics of the formulations as well as the immunogenic and protective properties in vivo were evaluated. In addition, the antimicrobial and probiotic potential of two strains, Lactococcos lactis and Lactobacillus acidophilus, was performed and characterized in vivo. The results were promising and demonstrated an ease of production of the antigen on a large scale through expression in bacterial systems, as well as an immunogenic and protective potential culminating in the upregulation of genes of the fish immune system and in the high survival percentage of immunized fish that were challenged with the LD50 and lethal doses of A. hydrophila. The results were even more promising when the antigen was nanoencapsulated, demonstrating that after nanoencapsulation, the protection and survival of the fish were significant at low concentrations of the antigen and challenge of the fish with a highly lethal dose of A. hydrophila. However, the probiotic and antimicrobial evaluation of the strains of L. lactis and L. acidophilus was positive only in vitro, culminating in a direct antimicrobial activity against pathogenic strains of A. hydrophila and P. fluorescens, but the same was not observed in vivo, and the protection and survival of the fish that received the probiotic treatments were not significant in relation to the fish that were not treated. The data presented in this work demonstrate the power of using immunoinformatics and nanotechnology for the construction and production of products with antimicrobial and vaccine potential against pathogenic agents. Keywords: Aquaculture; Fish; Pathogenic bacteria; Aeromonas hydrophila; Vaccination; Immunoinformatics.
A aquicultura é um sistema de produção de alimentos aquáticos que tem como principais produtos o cultivo de peixes, bivalves e algas. Contribui anualmente com cerca de 230 bilhões de dólares para a economia mundial. A estimativa de crescimento projeta tendências até 2050 e, portanto, a aquicultura é considerada um dos mercados mundiais mais promissores. O elevado consumo de peixes na dieta humana tem sido intensificado nos últimos anos devido os benefícios que trazem para a saúde e nutrição humana uma vez que os peixes, são uma fonte de proteínas, vitaminas, minerais e gorduras “boas”, que auxiliam na prevenção de doenças cardiovasculares, ósseas, oftalmológicas e degenerativas. Entretanto, a produção de peixes tem sido ameaçada pelo estabelecimento de bactérias patogênicas que causam as mais diversas doenças e comorbidades nos peixes e que estão associados a altas taxas de mortalidade e perdas de produção na produção da aquicultura. As espécies, Aeromonas hydrophila e Pseudomonas fluorescens, são representantes de um grupo de bactérias Gram negativas que ameaçam a saúde dos peixes e possuem um potencial zoonótico alarmante. A vacinação dos peixes bem como métodos alternativos aliados como é o caso dos uso de probióticos na suplementação são considerados modelo ouro no combate contra estes agentes infecciosos. Este trabalho, portanto, teve como objetivo o desenvolvimento e avaliação de um antígeno quimérico, nano encapsulado e de probióticos para peixes contra cepas patogênicas de Aeromonas hydrophila e Pseudomonas fluorescens. O antígeno foi construído por meio de ferramentas de imunoinformática usando como esqueleto a sequência da proteína, UDP-N- acetylmuramate-L-alanine ligase, importante para a biogênese do precursor da parede celular das bactérias. Uma predição de epítopos de células B e T foi realizada no servidor de web BepiPred 2.0 e NetCLT, e as sequências mais imunogênicas da proteína de ambas as bactérias foram usadas para construção do antígeno quimérico. A avaliação da propriedade imunogênica foi avaliada no modelo animal, zebrafish (Danio rerio), e a expressão gênica de genes relacionados ao sistema imunológico de peixes foi avaliada. A proteção após a imunização foi avaliada com desafio das doses de LD50 ou letal de A. hydrophila in vivo e a sobrevida registrada em um período de sete dias após o desafio. O antígeno nano foi também nano encapsulado por nano carreadores lipídicos nano estruturados e as características físico-químicas da formulações bem como a propriedade imunogênica e protetiva in vivo foram avaliados. Além disso, o potencial antimicrobiano e probiótico de duas cepas, Lactococcos lactis e Lactobacillus acidophilus, foi performado e caracterizado in vivo. Os resultados foram promissores e demonstraram uma facilidade de produção do antígeno em larga escala através da expressão em sistemas bacterianos, bem como um potencial imunogênico e protetor culminando na regulação positiva de genes do sistema imunológico de peixes e no alto percentual de sobrevida dos peixes imunizados e que foram desafiados com as doses de LD50 e letal de A. hydrophila. Os resultados foram ainda mais promissores quando o antígeno foi nano encapsulado, demonstrando que após o nano encapsulamento a proteção e sobrevida dos peixes foi significativa em concentrações baixas do antígeno e desafio dos peixes com uma dose altamente letal de A. hydrophila. Entretanto, a avaliação probiótica e antimicrobiana das cepas de L. lactis e L. acidophilus foi positiva apenas in vitro, culminando em uma atividade antimicrobiana direta contra cepas patogênicas de A. hydrophila e P. fluorescens, porém o mesmo não foi observado in vivo, e a proteção e sobrevida dos peixes que receberam os tratamentos probióticos não foram significativas em relação aos peixes que não foram tratados. Os dados apresentados neste trabalho demonstram o poder do uso da imunoinformática e. Palavras-chave: Aquicultura; Peixes; Bactéria patogênica; Aeromonas hydrophila; Vacinação; Imunoinformática.
A aquicultura é um sistema de produção de alimentos aquáticos que tem como principais produtos o cultivo de peixes, bivalves e algas. Contribui anualmente com cerca de 230 bilhões de dólares para a economia mundial. A estimativa de crescimento projeta tendências até 2050 e, portanto, a aquicultura é considerada um dos mercados mundiais mais promissores. O elevado consumo de peixes na dieta humana tem sido intensificado nos últimos anos devido os benefícios que trazem para a saúde e nutrição humana uma vez que os peixes, são uma fonte de proteínas, vitaminas, minerais e gorduras “boas”, que auxiliam na prevenção de doenças cardiovasculares, ósseas, oftalmológicas e degenerativas. Entretanto, a produção de peixes tem sido ameaçada pelo estabelecimento de bactérias patogênicas que causam as mais diversas doenças e comorbidades nos peixes e que estão associados a altas taxas de mortalidade e perdas de produção na produção da aquicultura. As espécies, Aeromonas hydrophila e Pseudomonas fluorescens, são representantes de um grupo de bactérias Gram negativas que ameaçam a saúde dos peixes e possuem um potencial zoonótico alarmante. A vacinação dos peixes bem como métodos alternativos aliados como é o caso dos uso de probióticos na suplementação são considerados modelo ouro no combate contra estes agentes infecciosos. Este trabalho, portanto, teve como objetivo o desenvolvimento e avaliação de um antígeno quimérico, nano encapsulado e de probióticos para peixes contra cepas patogênicas de Aeromonas hydrophila e Pseudomonas fluorescens. O antígeno foi construído por meio de ferramentas de imunoinformática usando como esqueleto a sequência da proteína, UDP-N- acetylmuramate-L-alanine ligase, importante para a biogênese do precursor da parede celular das bactérias. Uma predição de epítopos de células B e T foi realizada no servidor de web BepiPred 2.0 e NetCLT, e as sequências mais imunogênicas da proteína de ambas as bactérias foram usadas para construção do antígeno quimérico. A avaliação da propriedade imunogênica foi avaliada no modelo animal, zebrafish (Danio rerio), e a expressão gênica de genes relacionados ao sistema imunológico de peixes foi avaliada. A proteção após a imunização foi avaliada com desafio das doses de LD50 ou letal de A. hydrophila in vivo e a sobrevida registrada em um período de sete dias após o desafio. O antígeno nano foi também nano encapsulado por nano carreadores lipídicos nano estruturados e as características físico-químicas da formulações bem como a propriedade imunogênica e protetiva in vivo foram avaliados. Além disso, o potencial antimicrobiano e probiótico de duas cepas, Lactococcos lactis e Lactobacillus acidophilus, foi performado e caracterizado in vivo. Os resultados foram promissores e demonstraram uma facilidade de produção do antígeno em larga escala através da expressão em sistemas bacterianos, bem como um potencial imunogênico e protetor culminando na regulação positiva de genes do sistema imunológico de peixes e no alto percentual de sobrevida dos peixes imunizados e que foram desafiados com as doses de LD50 e letal de A. hydrophila. Os resultados foram ainda mais promissores quando o antígeno foi nano encapsulado, demonstrando que após o nano encapsulamento a proteção e sobrevida dos peixes foi significativa em concentrações baixas do antígeno e desafio dos peixes com uma dose altamente letal de A. hydrophila. Entretanto, a avaliação probiótica e antimicrobiana das cepas de L. lactis e L. acidophilus foi positiva apenas in vitro, culminando em uma atividade antimicrobiana direta contra cepas patogênicas de A. hydrophila e P. fluorescens, porém o mesmo não foi observado in vivo, e a proteção e sobrevida dos peixes que receberam os tratamentos probióticos não foram significativas em relação aos peixes que não foram tratados. Os dados apresentados neste trabalho demonstram o poder do uso da imunoinformática e. Palavras-chave: Aquicultura; Peixes; Bactéria patogênica; Aeromonas hydrophila; Vacinação; Imunoinformática.
Descrição
Palavras-chave
Aquicultura, Peixes, Bactérias patogênicas, Aeromonas hydrophila, Vacinação, Imunoinformática
Citação
RODRIGUES, Jojo. Development and evaluation of chimeric recombinant antigen, nano vaccine and probiotics for fish to Aeromonas hydrophila and Pseudomonas fluorescens control. 2025. 124 f. Tese (Doutorado em Microbiologia Agrícola) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2025.