دانشمندان به رازهای تاب آوری سرما توسط میگوی وانامی دست یافتند
4 جولای 2024
درک اینکه چگونه میگوی سفید (Litopenaeus vannamei) دمای سردتر را تحمل می‌کند برای رشد و تولید مثل موفق در مناطق خاص حیاتی است. یک مطالعه جدید نشان داد که مکانیسم‌های جالبی به برخی میگوها اجازه می‌دهند تا در آب‌های خنک‌تر رشد کنند.
محققان آکادمی علوم شیلات Guangxi (چین) شاخص‌های بیوشیمیایی، مرگ سلولی[1]* و پاسخ‌های متابولومیک را در L. vannamei مقاوم به سرما (Lv-T) و معمولی(Lv-C) را تحت تنش دمای پایین (18 و 10 درجه سانتیگراد) تجزیه و تحلیل کردند.
[1]مرگ سلولی یا آپوپتوز سلولی که به عنوان بخشی طبیعی و کنترل شده از رشد یا تکامل یک ارگانیسم رخ می دهد
اهمیت تحمل سرما
میگوهای دریایی نمی‌توانند دمای بدن خود را تنظیم کنند. این باعث می شود که آن‌ها به طور خاص نسبت به آب سرد حساس باشند، که می‌تواند متابولیسم آن‌ها را مختل کند و منجر به مرگ شود. از این نظر دمای آب نقش حیاتی در رشد و بقای میگو دارد.
دمای مطلوب پرورش L. vannamei، بین 25 تا 35 درجه سانتیگراد است. دمای کمتر از 13 درجه سانتیگراد یک محدوده خطرناک است که بر تغذیه، شنا و در نهایت بقا تأثیر می‌گذارد. این حساسیت، محدوده جغرافیایی و فصول پرورش میگو را محدود می کند و پتانسیل اقتصادی آبزی پروری را تحت تأثیر قرار می‌دهد.
بررسی ها در مورد میگوهای مقاوم به سرما
برای پرورش گونه‌های مقاوم به سرما، درک اینکه چگونه برخی از میگوها در آب‌های سردتر رشد می‌کنند بسیار اهمیت دارد. برخی از جمعیت‌های میگو، ظرفیت شگفت انگیزی در برابر تحمل محیط‌های سردتر از خود بروز می‌دهند.
هنگامی که میگو با تغییرات دما مواجه می شود، آبشاری از واکنش های بیوشیمیایی را آغاز می‌کند. این واکنش‌ها بر متابولیسم، چرخه زندگی و در نهایت توانایی آن‌ها برای زنده ماندن در محیط‌های خاص تأثیر می‌گذارند. در اینجا چند واکنش کلیدی وجود دارد:
- مدیریت انرژی: میگو فرآیندهایی مانند گلیکولیز و گلوکونئوژنز را برای حفظ تعادل انرژی تنظیم می‌کند.
- سیالیت غشاء: غشاهای سلولی برای حفظ عملکرد مناسب در دماهای مختلف خود را تطبیق می‌دهند.
- دفاع آنتی اکسیدانی: سیستم‌ها برای مبارزه با انواع اکسیژن فعال مضر (ROS) که تحت استرس تولید می گردند، فعال می‌شوند.
- تنظیم ایمنی: سیستم ایمنی میگو به گونه ای تنظیم شده که به میگو در مبارزه با عوامل بیماری‌زا کمک می کند.
برای پرورش دهندگانی که میگوی سفید را در مناطق سردتر تولید می‌کنند، اطمینان از تحمل سرما ضروری است. این مطالعه به بررسی تفاوت‌های بین میگوی سفید مقاوم به سرما (Lv-T) و گونه‌ی معمولی (Lv-C) در مواجهه با دمای پایین (18 درجه سانتیگراد و 10 درجه سانتیگراد) می‌پردازد.
پاسخ به استرس: آسیب سلولی و تغییرات بیوشیمیایی
این تحقیق نشان می‌دهد که دمای پایین می‌تواند در مجرای کبدی پانکراس، که یک عضو حیاتی برای هضم و متابولیسم می‌باشد باعث مرگ سلولی (آپوپتوز) بشود. با این حال، میگوهای مقاوم به سرما (Lv-T) پاسخ جالبی از خود نشان دادند:
- افزایش فعالیت آنتی‌اکسیدانی : میگوهای Lv-T سطوح بالاتری از سوپراکسید دیسموتاز(SOD) را نشان دادند، این آنزیم به مبارزه با مولکول‌های مضر تولید شده تحت استرس کمک می‌کند.
- تغییر در متابولیسم : میگوهای Lv-T سطوح بالاتری از تری گلیسیرید (TG) را نشان دادند. تری‌گلیسیرید نوعی ذخیره انرژی است که نشان دهنده سازگاری برای مدیریت محیط‌های سردتر می‌باشد. علاوه بر این، این مطالعه تغییراتی را در سایر نشانگرهای بیوشیمیایی شناسایی کرد که نشان‌دهنده تنظیمات در متابولیسم کلی هستند.
تجزیه و تحلیل متابولیک: نگاهی عمیق‌تر
محققان از تکنیک قدرتمندی به نام متابولومیک برای تجزیه و تحلیل مولکول های خاص موجود در میگو استفاده کردند. آن‌ها تفاوت‌های قابل توجهی بین میگوهای Lv-T و Lv-C پیدا کردند. از جمله این تفاوت‌ها:
- افزایش سطح متابولیت‌های مفید: میگوی Lv-T (مقاوم به سرما)دارای سطوح بالاتری از مولکول‌های خاص مانند LysoPC (در متابولیسم چربی) و پیربوترول (به طور بالقوه دارای خواص آنتی اکسیدانی است) بود.
- کاهش سطوح متابولیت‌های مرتبط با استرس: در مقابل میگوی Lv-T ( مقاوم به سرما) سطوح پایین‌تری از مولکول‌های مرتبط با استرس مانند 4-hydroxystachydrine و Oxolan-3-one را نشان داد.
راه‌هایی برای تحمل سرما
این مطالعه با تجزیه و تحلیل مولکول‌های متفاوت تنظیم‌‌گر، مسیرهای متابولیکی کلیدی را که به طور بالقوه در تحمل سرما نقش دارند شناسایی کرد. این مسیرها با عملکردهایی مانند موارد زیر همراه هستند:
- هضم و جذب پروتئین: استفاده کارآمد از پروتئین ها ممکن است برای حفظ سطح انرژی میگوی Lv-T در آب های خنک تر حیاتی باشد.
- متابولیسم مرکزی کربن در سرطان: این یافته شباهت‌های جالبی را بین سازگاری با استرس سرما و بقای سلول‌های سرطانی نشان می‌دهد و تحقیقات بیشتری را به دنبال دارد.
- انتقال دهنده‌های ABC: این ناقل‌ها در میگویLv-T، ممکن است در حذف مولکول‌های مضر تولید شده در هنگام قرار گرفتن در معرض سرما نقش داشته باشند.
برنامه‌های کاربردی برای صنعت میگو
درک مکانیسم‌های تحمل سرما، به محققان اجازه می‌دهد تا استراتژی‌هایی را برای افزایش مقاومت میگوی پرورشی به سرما ایجاد کنند. این می تواند منجر به:
- طولانی شدن فصول پرورش: مزارع پرورش میگو می‌توانند برای مدت طولانی و فصول سرما در مکان‌های موجود کار کنند.
- مناطق جدید پرورش آبزیان: آب و هوای سردتر می‌تواند برای پرورش میگو قابل استفاده شود و بازارهای جدیدی را ایجاد کند.
- پایدارتر: گسترش جغرافیایی آبزی پروری میگو، می‌تواند به امنیت غذایی و رشد اقتصادی در مناطق مختلف کمک کند.
نتیجه گیری: یک مکانیسم چند وجهی
این مطالعه، مکانیسم چندوجهی تحمل سرما در میگوی سفید را نشان می‌دهد. به نظر می رسد افزایش فعالیت آنتی‌اکسیدانی، تنظیم متابولیسم چربی ها و تنظیم مسیرهای متابولیکی خاص به توانایی میگوی Lv-T برای رشد در محیط‌های خنک‌تر کمک می‌کند.
یافته‌های کلیدی مطالعه، عبارتند از:
- افزایش فعالیت آنتی‌اکسیدانی : میگوهایLv-T ( مقاوم به سرما) در مقایسه با میگوهای Lv-C، سطوح بالاتری از آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی را نشان دادند. این آنزیم‌ها به مبارزه با رادیکال‌های آزاد مضر تولید شده طی استرس سرما، کمک کرده و از سلول‌ها در برابر آسیب نیز محافظت می‌کنند.
- مزیت متابولیسم لیپید: همچنین این مطالعه تفاوت‌هایی را بین دو گروه میگو در سطوح متابولیت‌های خاص مرتبط با لیپید، نشان داد. میگوهای Lv-T سطوح بالاتری از این متابولیت ها را داشتند که نشان دهنده نقش بالقوه متابولیسم چربی در تحمل سرما است.
- استرس هپاتوپانکراس: این تحقیقات همچنین نشان می‌دهد که دمای سرد به مجاری هپاتوپانکراس که یک اندام حیاتی برای هضم و متابولیسم است در هر دو گروه میگو آسیب می‌رساند. با این حال، میگوی Lv-T ممکن است برای مقابله با این استرس مجهزتر باشد.یافته‌های این مطالعه نشان می‌دهد که میگوهای مقاوم به سرما از یک رویکرد چند جانبه برای زنده ماندن در آب‌های خنک‌تر استفاده می‌کنند:
- دفاع آنتی‌اکسیدانی قوی‌تر: افزایش فعالیت آنتی‌اکسیدانی آنزیمی به خنثی کردن رادیکال‌های آزاد مضر کمک می‌کند.
- متابولیسم تغییر یافته لیپیدها: متابولیت‌های خاص مرتبط با لیپید در تحمل سرما نقش داشته اساسی دارند.
این مطالعه بینش های ارزشمندی را هم برای تولیدکنندگان و هم برای محققان میگو ارائه می‌دهد. با درک مکانیسم‌های تحمل سرما می‌توانیم استراتژی‌های منعطفی را برای پرورش میگو و بهینه‌سازی شیوه‌های آبزی پروری در مناطق سردتر ایجاد کنیم.
این مطالعه توسط بنیاد ملی علوم طبیعی چین، پروژه ویژه بزرگ علم و فناوری Guangxi و سیستم تحقیقات فناوری کشاورزی مدرن چین انجام شده است.
