Quorum Quenching как перспективный подход к биоконтролю бактериальных инфекций в аквакультуре (обзор)
Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology
Рубрика: Обзоры, проблемы
Статья в выпуске: 4 т.61, 2026 года.
Бесплатный доступ
Бактериальные инфекции представляют серьезную угрозу для устойчивости и развития сектора аквакультуры, приводя к значительным экономическим потерям. Стремительный рост мирового производства аквакультурной продукции, сопровождающийся интенсификацией производства, приводит к ухудшению качества воды, повышению стресса у гидробионтов и вспышкам инфекционных заболеваний (C.E. Boyd с соавт., 2020; A. Mzula с соавт., 2021; X. Li с соавт., 2022). Традиционные методы, основанные на применении антибактериальных препаратов (АБП) для лечения и профилактики бактериальных инфекций, сопряжены с серьезными проблемами: формированием устойчивых популяций патогенов, распространением генов резистентности, включая горизонтальный перенос, а также значительным загрязнением водных экосистем (до 80 % вводимых соединений попадает в окружающую среду) (P. Chandra с соавт., 2021; M. Ifran с соавт., 2022; K. Holmström с соавт., 2003). Эти факторы не только снижают эффективность терапии, основанной на использовании АБП, но и создают прямую угрозу здоровью человека, а также могут приводить к нарушению экологического баланса, что требует поиска безопасных альтернатив (F.C. Cabello с соавт., 2013). В качестве перспективной стратегии рассматривается воздействие на системы Quorum Sensing (QS) — механизмы координации экспрессии генов у бактерий, работа которых зависит от плотности бактериальной популяции (C. Fuqua с соавт., 2001). QS регулирует ключевые процессы патогенности, включая образование биопленок, синтез факторов вирулентности, подвижность и антибиотикорезистентность. У основных патогенов аквакультуры (роды Aeromonas, Pseudomonas, Vibrio, Yersinia, Flavobacterium) сигнальную функцию выполняют N-ацил-гомосеринлактоны (АГЛ) (G.D. Sala с соавт., 2019). Подавление QS достигается ферментативной деградацией сигнальных молекул с помощью лактоназ, ацилаз и оксидоредуктаз, что позволяет ослаблять вирулентность без прямого уничтожения бактерий и, следовательно, без создания селективного давления на патогенные микроорганизмы (T. Naaz с соавт., 2023). В представленном обзоре систематизированы результаты многочисленных исследований in vitro и in vivo, демонстрирующих эффективность QQ-пробиотиков, преимущественно представителей рода Bacillus, выделенных из кишечного микробиома рыб, донных отложений и других источников. QQ-штаммы способны разрушать АГЛ, ингибировать биопленкообразование и снижать продукцию факторов вирулентности таких патогенов, как A. hydrophila, V. harveyi, V. parahaemolyticus, E. tarda (T. Defoirdt с соавт., 2011; G. Vinoj с соавт., 2014; W. Chu с соавт., 2014). В экспериментах на модельных объектах (Danio rerio, Carassius auratus, Oncorhynchus mykiss, Litopenaeus vannamei) (Y. Cao с соавт., 2020; D.H. Vadassery с соавт., 2020; S. Torabi Delshad с соавт., 2018; X. Sun с соавт., 2022) пероральное введение QQ-пробиотиков или очищенных ферментов достоверно повышало выживаемость при экспериментальном заражении до 80-86 % по сравнению с 13-50 % в контрольных группах (B. Zhang с соавт., 2019; S. Torabi Delshad с соавт., 2018). Отмечено их положительное влияние на рост, гематологические показатели, активность пищеварительных ферментов и иммунный статус. Вместе с тем, несмотря на обнадеживающие результаты, в настоящее время все еще недостаточно экспериментальных данных для всесторонней оценки эффективности и безопасности QQ-пробиотиков в реальных производственных условиях. Ключевыми нерешенными вопросами остаются влияние QQ-агентов на состав и функциональную активность микробных сообществ, ассоциированных с культивируемыми видами и окружающей средой, долгосрочные последствия для экосистем, а также отсутствие стандартизированных протоколов дозирования, способов введения и критериев оценки эффективности в зависимости от вида объекта, возраста и условий выращивания. Кроме того, требуются дальнейшие масштабные испытания для сравнения QQ-стратегий с другими биотехнологическими альтернативами (фаговая терапия, иммуностимуляторы, постбиотики) и разработки комплексных схем профилактики, сочетающих QQ с оптимизацией параметров среды.
Короткий адрес: https://sciup.org/142248599
IDS: 142248599 | УДК: 639.3.09:619:579.62 | DOI: 10.15389/agrobiology.2026.4.579rus
Quorum Quenching as a promising approach for the biocontrol of bacterial infections in aquaculture (review)
Bacterial infections seriously threaten the sustainability and development of the aquaculture sector, driving considerable economic losses. The rapid expansion of global aquaculture production, coupled with intensification practices, deteriorates water quality, elevates stress in aquatic organisms, and precipitates infectious disease outbreaks (C.E. Boyd et al., 2020; A. Mzula et al., 2021; X. Li et al., 2022). Conventional disease management relies heavily on antibacterial agents (ABAs), yet this approach has critical problems: the emergence of resistant pathogen populations, dissemination of resistance genes via horizontal transfer, and pervasive pollution of aquatic ecosystems, where up to 80 % of administered compounds accumulate in the environment (P. Chandra et al., 2021; M. Ifran et al., 2022; K. Holmström et al., 2003). These issues not only compromise therapeutic efficacy but also threaten human health and disrupt ecological equilibrium, underscoring an urgent need for safer alternatives (F.C. Cabello et al., 2013). This review critically evaluates the current evidence for Quorum Quenching (QQ) probiotics as an alternative to antibacterial agents in aquaculture. QQ interferes with Quorum Sensing (QS) – population-density-dependent regulatory systems that control biofilm formation, virulence factor synthesis, motility, and antibiotic resistance in major aquaculture pathogens, notably Aeromonas hydrophila, Pseudomonas spp., Vibrio harveyi, Vibrio parahaemolyticus, Yersinia ruckeri, and Flavobacterium spp., where N-acyl-homoserine lactones (AHLs) serve as key signaling molecules (C. Fuqua et al., 2001; G.D. Sala et al., 2019). QQ-probiotics, predominantly Bacillus strains isolated from fish intestines, sediments, and other sources, enzymatically degrade AHLs via lactonases, acylases, and oxidoreductases. This attenuates virulence without directly killing bacteria, thereby avoiding selective pressure on pathogens (T. Naaz et al., 2023). The reviewed in vitro and in vivo evidence demonstrates that QQ-probiotics effectively degrade AHLs, inhibit biofilm formation, and reduce virulence factor production in key pathogens, including A. hydrophila, V. harveyi, V. parahaemolyticus, and Edwardsiella tarda (T. Defoirdt et al., 2011; G. Vinoj et al., 2014; W. Chu et al., 2014). In model organisms (Danio rerio, Carassius auratus, Oncorhynchus mykiss, Litopenaeus vannamei) (Y. Cao et al., 2020; D.H. Vadassery et al., 2020; S. Torabi Delshad et al., 2018; X. Sun et al., 2022), oral administration of QQ-probiotics or purified enzymes significantly improved survival after experimental infection, with rates of 80-86 % compared to 13-50 % in controls (B. Zhang et al., 2019; S. Torabi Delshad et al., 2018). Researchers have also reported positive effects on growth, hematological indices, digestive enzyme activity, and immune status. Despite these encouraging findings, the available experimental data remain insufficient for a comprehensive assessment of QQ-probiotic efficacy and safety under commercial production conditions. Critical unresolved questions persist: How do QQ agents affect the composition and function of microbial communities associated with cultured species and the surrounding environment? What are the long-term ecological consequences? Furthermore, the field lacks standardized protocols for dosage, administration routes, and efficacy criteria that account for host species, age, and rearing conditions. Additional large-scale trials are also needed to compare QQ strategies with other biotechnological interventions – particularly phage therapy, immunostimulants, postbiotics; and to develop integrated prophylactic regimens that combine QQ with environmental optimization. While QQ-probiotics show robust experimental promise, their transition to commercial application requires standardized protocols and comprehensive ecotoxicological assessment.
