Безмолвный пациент, или вакцинация в аквакультуре
В XXI веке сложно представить, что совсем недавно миллионы жизней уносили инфекционные заболевания. Сегодня только исторические сводки напоминают нам о таких опасных болезнях, как полиомиелит или натуральная оспа, победить которые удалось благодаря вакцинации. Неочевидно, но в новых вакцинах остро нуждаются не только люди, но и тихие обитатели аквахозяйств — рыбы, которых разводят и культивируют.
Часто ли вы задумываетесь, где родился и вырос лосось, лежащий у вас на тарелке? Если ещё век назад это могла быть рыба, выловленная из моря, реки или озера, то сейчас жителям мегаполисов о таком приходится только мечтать. Большая доля рыбы и беспозвоночных гидробионтов, лежащих на прилавках супермаркетов, — продукты аквакультуры.
Искусственное разведение некоторых видов рыб (карповых и нильской тиляпии) вошло в наш обиход давно. В Китае уже во втором тысячелетии до н. э. карпов (Cyprinus carpio) разводили в прудах, а также на рисовых чеках. А в недавней работе зооархеологи обнаружили остатки костей молодых и взрослых особей карпа возрастом около 8 тысяч лет. Вероятно, жители неолитического Китая вылавливали взрослую рыбу для еды, а мальков — для последующего воспроизводства. Выращивание карповых в странах Азии остаётся популярным и в настоящее время, что обеспечивает пищевые потребности быстрорастущего населения. Культ нильской тиляпии (Oreochromis niloticus) существовал в Древнем Египте, ей поклонялись, как священному животному. Для её выращивания строили специальные бассейны. О любви древних египтян к этой вкусной рыбе можно судить по многочисленным изображениям на фресках, стенах гробниц и других произведениях искусства. Образ тиляпии присутствует и в египетской письменности, где он служит элементом одного из иероглифов.
На сегодняшний день аквакультура — активно развивающееся направление сельского хозяйства во всём мире. Согласно последнему докладу Агентства мирового рыболовства и аквакультуры (The State of World Fisheries and Aquaculture, SOFIA), объём искусственно произведённой продукции в 2022 году составил 223,2 млн т, то есть более половины всей рыбы и беспозвоночных гидробионтов, поставляемых на рынок.
Россия не входит в число лидеров по производству аквакультурной продукции, причина тому — развитое морское рыболовство, способное удовлетворить потребности населения в дикой рыбе. Кроме того, рост индустриальной аквакультуры в стране существенно сдерживает проблема разработки и производства искусственных кормов (научные разработки ведут, но в небольшом объёме). Хотя в последнее время интерес к этой продукции растёт, и в 2023 году её производство в России выросло на 4,8% по сравнению с предшествующим годом, достигнув 402 тыс. т. Основные виды, выращиваемые в нашей стране искусственно, — рыбы (лососёвые, карповые, осетровые), а также другие ценные жители моря — устрицы, мидии, гребешки и иные моллюски, иглокожие.
В тесноте, да не в обиде?
В отличие от жителей морей, озёр и рек, развивающихся в диких условиях, их аквакультурные собратья существенно стеснены в квадратных метрах. Встречаются различные виды «коммунальных квартир» для выращивания рыбы в искусственных условиях: лиманы (лагуны, пруды), садки, бассейны, устройства замкнутого водоснабжения. И везде ведут контроль за множеством параметров, основные из которых — плотность посадки, водообмен, режим кормления, температура, аэрация.
Искусственное разведение рыбы связано с определёнными рисками. Среди них — высокая подверженность инфекционным заболеваниям, которые молниеносно распространяются среди большого количества особей одного вида, содержащихся совместно при высокой плотности. Такие эпидемии могут приводить к стопроцентной гибели рыб, а значит, к огромным экономическим уронам для аквахозяйств. Для лечения инфекций у рыб используют антибактериальные препараты. Однако растущая устойчивость к ним микроорганизмов и жёсткие требования к содержанию антибиотиков в рыбной продукции и окружающей среде существенно ограничивают их применение. Предпочтительнее проводить вакцинацию, которая даёт возможность противостоять не только бактериям, но и вирусам.
Впервые идея вакцинировать рыб для защиты от инфекций родилась у исследователей из Ягеллонского университета в Кракове (Польша) в 1938 году. Работа была опубликована на польском языке, что существенно ограничило её распространение в научном сообществе. Эстафету в 1942 году подхватили канадские специалисты-иммунологи во главе с Д. С. Даффом с Тихоокеанской биологической станции при Университете Британской Колумбии, опубликовавшие статью в The Journal of Immunology. В работе они сообщили, что атлантического лосося, сёмгу (Salmo salar), можно защитить от патогенного микроорганизма Aeromonas salmonicida путём пероральной вакцинации убитыми формалином бактериями. С тех пор количество разрабатываемых вакцин для аквакультуры неуклонно растёт. На сегодняшний день в мире коммерчески доступны несколько десятков лицензированных вакцин для использования на различных видах рыб и ещё около 150 находятся на этапе внедрения.
Технологии разработки и производства вакцин для аквакультурных видов существенно не отличаются от таковых для млекопитающих. И типы вакцин, которые используют для иммунопрофилактики заболеваний у рыб или креветок (да-да, этим ракообразным тоже делают прививки), вполне себе «человеческие». Это живые аттенуированные вакцины, инактивированные вакцины, субъединичные вакцины на основе рекомбинантных белков и пептидов, ДНК-вакцины, вакцины на основе вирусных векторов.
До сих пор основу рынка вакцин для аквакультуры составляют цельноклеточные инактивированные препараты, полученные по классической технологии, предложенной ещё Луи Пастером. Это связано, прежде всего, с экономической целесообразностью — у очень дорогой вакцины нового поколения есть большой шанс остаться невостребованной на рынке. Учитывая тот факт, что активные участники мировой аквакультуры — развивающиеся страны, такие как Египет, Индонезия, Индия, Чили, Мексика, где часто людям просто нечего есть, вопрос о внедрении новых технологий и вакцин для аквакультуры там не стоит на первом месте. Поэтому, как и в конце XIX века, современные производители вакцин выделяют патоген из заражённых рыб, культивируют его и инактивируют с помощью химических или физических методов. Данный процесс сводит на нет способность микроорганизмов вызывать заболевание (вирулентность), одновременно сохраняя у них антигенные свойства, то есть способность активировать иммунный ответ. Цельноклеточные инактивированные вакцины обладают высоким уровнем безопасности, хотя их иммуногенность считается низкой.