- Источник:
- HHaskell/Shutterstock/Fotodom.ru
Рыба, выращиваемая в искусственных водоемах, становится все более важным источником питания во всем мире. Но вспышки заболеваний могут приводить к значительным потерям в аквакультуре.
Как вакцинируют рыб сейчас
Как и в обычном животноводстве, для предотвращения эпидемий рыбоводы используют вакцины, однако вакцинация рыбы — задача гораздо более сложная, чем вакцинация, скажем, коровы.
Рыбоводы применяют различные методы вакцинации — как автоматизированные, так и ручные, — у каждого из которых есть свои недостатки. Некоторые препараты можно добавлять в корм, но нет гарантии, что они попадут в организм каждой рыбы. Другой способ — внесение препарата непосредственно в водоем, где рыба оказывается в воде с растворенным в ней лекарством. Такой подход требует гораздо большего количества препарата и, опять же, не обеспечивает стопроцентной эффективности.
Наиболее надежный способ вакцинации рыбы — использование металлических игл. Процесс выглядит так: рыбу сначала вводят в состояние седации, затем извлекают из воды и помещают на конвейерную ленту. Там работники должны как можно быстрее провести вакцинацию и вернуть рыбу в воду, чтобы минимизировать вред ее организму.
То есть сотрудники делают инъекции каждой рыбе по отдельности. Это очень интенсивный труд, сопряженный с риском перекрестного заражения болезнями, передающимися через кровь. Кроме того, из-за высокой скорости работы сотрудники могут случайно уколоть себя. Таким образом, этот метод трудозатратен, дорог, вызывает стресс у рыбы и опасен для персонала.
Метод с использованием шелковых микроигл
Группа исследователей из Массачусетского технологического института (MIT) и Министерства сельского хозяйства США разработала более совершенный метод введения вакцин. Он основан на использовании водостойких микроигл, изготовленных из шелка: они способны прокалывать влажную кожу рыбы, слегка проникать внутрь, некоторое время удерживаться на теле рыбы во время ее движения, высвобождая вакцину, затем постепенно растворяться.
В статье, опубликованной в журнале ACS Nano, авторы описывают свою систему и демонстрируют, что с ее помощью можно доставлять в организм рыбы различные препараты, в том числе ДНК-вакцины и бактериальные вакцины.
Шелковые микроиглы изначально предназначались для доставки питательных веществ растениям. Шелк признан безопасным для употребления человеком (например, в составе пищевых покрытий) и со временем способен разлагаться — как в организме, так и в окружающей среде.
Как тестировали технологию
Адаптация «шелковой» технологии к условиям водной среды поначалу не удалась. Первые варианты игл из шелка быстро растворялись в воде: вакцина высвобождалась мгновенно, не успевая проникнуть сквозь кожу рыбы.
Для преодоления склонности шелка размягчаться при контакте с водой ученые использовали тонкий слой шеллака — смолы, выделяемой насекомыми (ее также применяют в пищевой промышленности и при производстве лекарственных препаратов). Этот слой делает шелковые микроиглы водостойкими, создавая барьер, который сохраняет целостность вплоть до момента введения иглы в организм рыбы.
Исследователи показали, что микроиглы могут служить средством для хранения различных вакцин; они также продемонстрировали разные варианты микроигл — одни из них дольше сохраняются в воде, а другие обеспечивают более быстрое высвобождение вакцины. В одних случаях может потребоваться, чтобы вакцина высвободилась в течение 15 минут, в других процесс может растянуться на 10 или даже 24 часа. Это может быть полезно не только для вакцинации, но и для других терапевтических целей.
Кроме того, шелковые микроиглы позволили сохранить структуру половины ДНК-плазмид при хранении в сухих условиях в течение четырех недель. Такая стабильность крайне важна, особенно на финальном этапе доставки препарата, ведь рыбоводческие хозяйства зачастую расположены в сельской местности. То есть рыбоводы могут не зависеть от инфраструктуры, необходимой для поддержания «холодовой цепи».
Сработает и на мальках
Как и в случае с наземными животными, вакцины для рыб наиболее эффективны, если их применять на ранних этапах жизни, до того как рыба столкнется с возбудителем болезни. Это означает, что вакцинировать приходится очень мелких особей, что значительно усложняет процесс. Исследователи полагают, что их метод может стать более эффективным решением для вакцинации мальков; они уже испытали его на радужной форели. Шелковые микроиглы позволяют вводить вакцины рыбам массой всего 1–2 грамма прямо в воде.
По словам ученых, предстоит еще немало работы, прежде чем устройство можно будет полноценно использовать в промышленных масштабах в рыбоводческих хозяйствах. Тем не менее они считают эту публикацию важным первым шагом.
