TechnoSpore® im Fischfutter – Ein ganzheitlicher Ansatz zur Verbesserung der Fischproduktion.

Das komplexe Ökosystem des Darmmikrobioms spielt eine zentrale Rolle bei Gesundheits-, Krankheits- und Produktivitätsmechanismen. Während die Wissenschaft bei der Erforschung des Mikrobioms in vielen Tierarten bereits große Fortschritte gemacht hat, ist unser Verständnis des Fischmikrobioms weniger fundiert. Nach aktuellem Forschungsstand spielt auch bei Fischen das Darmmikrobiom eine entscheidende Rolle für Wohlbefinden, Leistung und für wichtige biologische Prozesse.

Die einzigartige mikrobielle Zusammensetzung eines Fischdarms wird maßgeblich durch den Selektionsdruck im Wirt, seine Ernährungsweise und so wie Umweltbedingungen geprägt. Die relativen Beiträge der verschiedenen Faktoren zur Beeinflussung des Mikrobioms sind noch unklar. Studien zur Fischernährung und zum Darmmikrobiom haben gezeigt, dass das Darmmikrobiom mit verschiedenen Fütterungsformen, Futtermitteln und Nährstoffen zusammenhängt.

Es wurde festgestellt, dass die mikrobielle Vielfalt deutlich abnimmt, wenn Fischmehl durch pflanzliches Protein ersetzt wird. Auch die Art des verfütterten Proteins kann sich auf das Mikrobiom auswirken. Werden beispielsweise pflanzliche Proteine durch Geflügelmehl ersetzt, führt dies bei Regenbogenforellen zu einem Anstieg von proteinabbauenden Bakterien.

Auch der Einfluss von Fett auf das Darmmikrobiom von Fischen wurde untersucht. Pflanzenöle mit unterschiedlicher Fettsäurezusammensetzung hatten einen signifikanten Einfluss auf die Anzahl und Diversität der Darmmikroben. So wiesen Fische, die mit gesättigten Fettsäuren gefüttert wurden, eine höhere mikrobielle Diversität im Darm auf. Dabei war das Vorkommen von Pseudomonas spp. bei Fischen, die mit einem Futter mit hohem Gehalt an gesättigten Fettsäuren gefüttert wurden, erhöht, während die Zugabe von Fischöl das Wachstums von Pseudomonas spp. begrenzte.

Wasserqualität und Wasserchemie sind die wichtigsten Umweltfaktoren, die die mikrobiellen Gemeinschaften von Wildfischen beeinflussen. Studien an Atlantischen Lachsen, die vom Süßwasser ins Meerwasser überführt wurden, haben gezeigt, dass Salzgehaltsänderungen das Darmmikrobiom drastisch verändern. Dies könnte auch ein Grund für die verringerte Futteraufnahme und Gesamtleistung während dieser Übergangsphase sein.

Ähnlich sieht es mit der Wassertemperatur aus. Fische können aufgrund saisonaler Veränderungen höheren oder niedrigeren Wassertemperaturen ausgesetzt sein. Es wurde festgestellt, dass Kältestress die Diversität und Zusammensetzung des Darmmikrobioms von Blauen Tilapien reduziert. Die mikrobielle Reaktion von kälteresistenten und kälteempfindlichen Fischen wurde verglichen. Dabei zeigte sich, dass das Mikrobiom der kälteresistenten Fische widerstandsfähiger gegenüber Temperaturschwankungen war. Die Wassertemperatur ist also ein wichtiger Umweltfaktor.

In einer faszinierenden biologischen Wechselwirkung regulieren kommensale Bakterien viele wichtige Aspekte des Wirtes. Das Darmmikrobiom gilt als wichtiger Faktor bei der Regulierung der Ernährung und des Stoffwechsels von Fischen und kann viele Wirtsfunktionen regulieren, darunter das Fressverhalten, den Energiehaushalt, den Nährstoffstoffstoffwechsel und die Immunantwort.

Beispielsweise fördern Darmmikroben die Energieaufnahme des Wirts und regulieren die Expression von Genen, die am Energie- und Fettstoffwechsel beteiligt sind. Außerdem wird angenommen, dass das Mikrobiom pflanzenfressender Fische Kohlenhydrate in kurzkettige Fettsäuren umwandeln kann, die für die Ernährung und Gesundheit wichtig sind.

Auch bei der Entwicklung und Reifung des Immunsystems sind Darmmikroben von entscheidender Bedeutung. Im Zebrafisch konnte gezeigt werden, dass die Kolonisierung des Darmes die Expression von Genen auslöst, die mit der angeborenen Immunantwort assoziiert sind, und dass Transkriptionsfaktoren wie NF-κB im Gewebe aktiviert werden.

Eine frühe Besiedlung des Darmss mit bestimmten Bakterienarten ist für die Normalentwicklung des Neuroverhaltens bei Zebrafischen notwendig.

Bei Tilapien wurde festgestellt, dass der Einsatz von Probiotika Veränderungen im Darmmikrobiom auslöst, die mit einer Aktivierung des endokrinen Systems einhergehen. Dazu gehört auch eine erhöhte Expression von Genen für insulinähnliche Wachstumsfaktoren. Das insulinähnliche Wachstumsfaktor -System ist an der Regulation von Zellwachstum, Zelldifferenzierung, Zellproliferation und Zellüberleben sowie am gesunden Wachstum von Jungfischen beteiligt.

Mikrobielle Probiotika können in zwei Hauptkategorien eingeteilt werden: Sporenbildner und Milchsäurebildner. Beide haben ihre Vorteile. Sporenbildende Mikroben sind im Sporenstadium leichter zu handhaben und zu verarbeiten. Außerdem produzieren einige von ihnen Verdauungsenzyme, die die Futterverwertung verbessern, und sind insbesondere für ihre Fähigkeit bekannt, grampositive, krankheitserregende Bakterien zu hemmen.

Milchsäurebakterien werden im Vergleich zu anderen Probiotika schnell im Darm aktiv. Diese Bakterien sind produktive Milchsäurebildner, die das gesamte Darmmilieu verbessern und bekanntermaßen gramnegative krankheitserregende Bakterien reduzieren.

Es gibt eine Bakterienart, die das Beste von beiden in sich vereint: Bacillus coagulans. Es ist derzeit das einzige bekannte Probiotikum, das sowohl Sporen bildet als auch große Mengen an Milchsäure produziert. D.h., als Probiotikum ist es einfach zu handhaben, während es sowohl grampositive aber auch gramnegative Bakterien hemmt, Verdauungsenzyme produziert und das gesamte Darmmilieu mit Hilfe von Milchsäure verbessert. Bacillus coaglans hat bekanntermaßen eine positive Wirkung auf die Darmmorphologie vieler Tierarten, nicht nur auf Schweine und Geflügel, sondern auch auf Fische und Garnelen.

Biochems einzigartiger Stamm dieses außergewöhnlichen Probiotikums, B. coagulans DSM32016, auch bekannt als TechnoSpore®, ist der erste B. coagulans, der in der EU für die Fütterung von Schweinen und Geflügel zugelassen ist, und bleibt bislang der Einzige, der für diesen Zweck zur Verfügung steht.

Mit der Ausbreitung der intensiven Aquakultur und der damit verbundenen Verschlechterung der physikalisch-chemischen Eigenschaften des Umgebungswassers haben Krankheitsausbrüche bei Zuchtfischen zugenommen. Dies gilt auch für den Nil-Tilapia (Oreochromis niloticus), einen der wichtigsten Fische in der weltweiten Aquakultur. Bei der Bewältigung dieser Herausforderungen hat sich die Verabreichung von Probiotika, darunter Lactobacillus spp., Bifidobacterium spp. und Bacillus spp. als wertvolles Hilfsmittel erwiesen.

Aufgrund der Bedeutung von Tilapia für die Aquakultur wurde ein 14-wöchiger Fütterungsversuch durchgeführt, um die Wirkung von TechnoSpore® (B. coagulans DSM32016) auf die Wachstumsleistung, die Körperzusammensetzung, die Darmmorphologie, die Immunreaktion und den antioxidativen Status von Nil-Tilapia zu bestimmen.

Gesunde Nil-Tilapia Jungfische wurden zufällig einer von drei Gruppen zugeteilt: Kontrolle (Basisfutter ohne Supplementation), BC1 (Basisfutter + 1 g TechnoSpore® mit 2,5 x 10⁹ KBE/kg Futter) oder BC2 (Basisfutter + 2 g TechnoSpore® mit 5 x 10⁹ KBE/kg Futter). Jede Gruppe bestand aus fünf Wiederholungen mit je zehn Fischen in Glasaquarien. Die Fische wurden täglich um 8.00, 13.00 und 16.00 Uhr ad libitum gefüttert. Die Aufzuchtbedingungen und die physikalisch-chemischen Eigenschaften des Wassers wurden auf einem für Tilapien optimalen Niveau gehalten.

Nach 14 Wochen wiesen die mit TechnoSpore® gefütterten Fische (BC1 und BC2) im Vergleich zur Kontrollgruppe eine signifikant höhere Endbiomasse, kumulative Körperzunahme und durchschnittliche Tageszunahme auf (P < 0,001) (Abbildung 1A, 1B). Darüber hinaus wiesen die mit TechnoSpore® supplementierten Fische eine bessere Fleischqualität mit signifikant höherem Protein- und geringerem Fettgehalt auf (Abbildung 1C, 1D).

Abbildung 1: (A) Die Gewichtszunahme stieg durch die Supplementierung mit TechnoSpore® um bis zu 18 % bei (B) signifikant höherem ADG (P < 0,001). Die Fleischqualität verbesserte sich mit (C) signifikant höherem Protein- und (D) niedrigerem Fettgehalt, wenn die Tilapien mit TechnoSpore® gefüttert wurden. Unterschiedliche Buchstaben kennzeichnen die statistische Signifikanz zwischen den Gruppen, P < 0,001, n = 5.

Der Einsatz von B. coagulans verbesserte signifikant den Zustand der Darmzotten. Fische, die mit TechnoSpore® gefüttert wurden, hatten eine signifikant verbesserte Zottenhöhe (P < 0,001) und eine signifikant geringere Kryptentiefe (P < 0,05). Außerdem war das Verhältnis von Zottenhöhe zu Kryptentiefe bei den supplementierten Fischen signifikant erhöht (P < 0,001, Abbildung 2).

Abbildung 2: Die histologische Untersuchung des Darmepithels zeigte signifikante Verbesserungen der Darmmorphologie mit (a) verlängerten Zotten (P < 0,001), (b) flachen Krypten (P < 0,05) und (c) einem günstigen Verhältnis von Zottenhöhe zu Kryptentiefe (P < 0,001) bei Fischen, die mit TechnoSpore® gefüttert wurden. Unterschiedliche Buchstaben geben die statistische Signifikanz zwischen den Gruppen an, n = 5.

Bei der Beurteilung des Dünndarms gilt das Verhältnis der Zottenhöhe zu Kryptentiefeals Hauptindikator für die Entwicklung, Gesundheit und Funktion. Die Zotten spielen eine grundlegende Rolle bei der Verdauung und Aufnahme von Nährstoffen, während die Krypten den Bereich markieren in dem neue Darmzellen gebildet werden.

Der Idealzustand sind daher lange Zotten mit flachen Krypten. Lange Zotten haben eine größere Resorptionsfläche, eine bessere Wirkung der Verdauungsenzyme und einen besseren Transport der Nährstoffe zur Folge. Flache Krypten spiegeln ein längeres Überleben der Zotten wider, ohne dass sie erneuert werden müssen. Die für die Erneuerung der Zotten eingesparte Energie konnte in diesem Versuch für das Wachstum anderer Gewebe bzw. das Körperwachstum genutzt werden.

Die Fütterung mit B. coagulans führte zu einer signifikanten Erhöhung der antioxidativen Aktivität im Serum und der Immunreaktionen, die durch den Gehalt an Malondialdehyd (MDA) und Lysozym bestimmt wurden. Unter Stressbedingungen ist die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) erhöht, was zu Lipidperoxidation und Zellmembranschäden führt.

Malondialdehyd ist eines der Endprodukte der Lipidperoxidation in den Zellen. Ein Anstieg der freien Radikale erhöht daher die Produktion von MDA, was den MDA-Spiegel zu einem Marker für oxidativen Stress und den antioxidativen Status macht. Fische, die mit TechnoSpore® gefüttert wurden, wiesen im Vergleich zur Kontrollgruppe sig. niedrigere MDA-Werte auf (P < 0,01, Abbildung 3).

Abbildung 3: Die Behandlung mit TechnoSpore® reduzierte den Marker der Lipidperoxidation (MDA, P < 0,01) und beeinflusste die Werte von Lysozym, einem Marker der Immunantwort, positiv (P < 0,05). Unterschiedliche Buchstaben geben die statistische Signifikanz zwischen den Gruppen an, n = 5.

Lysozym ist ein antimikrobielles Enzym, das vom angeborenen Immunsystem produziert wird. Es ist ein kleines Protein, das Bakterien abtötet, indem es ihre Zellwand lysiert, Bakterienmembranen aufbricht und autolytische Enzyme in der bakteriellen Zellwand aktiviert. Die Supplementierung mit B. coagulans erhöhte diesen Marker der Immunantwort signifikant (P < 0,05), was auf eine erhöhte zelluläre Immunaktivität und einen verbesserten Schutz gegen Krankheiten hinweisen könnte (Abbildung 3).

Abschließend betrachtet verbessert TechnoSpore® B. coagulans die Wachstumsleistung von Nil-Tilapia durch eine verbesserte Darmmorphologie. Darüber hinaus erhöht die Fütterung mit TechnoSpore® die Krankheitsresistenz durch Förderung der Immunantwort und Verbesserung der antioxidativen Kapazität.

Eine gesundes Darmmikrobiom, welches durch TechnoSpore® unterstützt wird, fördert eine ausgewogene Gemeinschaft von Darmmikroben. Dies kann das Wachstum, die Krankheitsresistenz und das allgemeine Wohlbefinden der Fische deutlich verbessern. Durch die Förderung eines gesunden Darm-Ökosystems schöpft TechnoSpore® das volle Potenzial der Fischgesundheit und -leistung aus.

Referenzen:

Fath El-Bab et al. 2022 doi: 10.3389/fvets.2022.1011715