Ανάλυση του μικροβιακού και παρασιτικού φόρτου σε φυσικούς και καλλιεργούμενους πληθυσμούς δίθυρων μαλακίων και παρασιτικού φόρτου εκτρεφόμενων ιχθύων: εποχικές και φυσιολογικές συσχετίσεις

Abstract

Climate change represents one of the most significant environmental challenges of the 21st century, as rapid temperature fluctuations directly affect and exert intense pressure on marine ecosystems. Sudden temperature changes have been shown, according to numerous scientific studies, to cause major disturbances in the physiological functions of marine organisms. The suppression of these functions results in a reduced capacity for immune response, rendering organisms more vulnerable to microorganisms inhabiting the marine environment, which may act as opportunistic pathogens. At the same time, the rapid increase in mean temperature, as a consequence of the climate crisis, favors the development and proliferation of pathogenic microorganisms. These microorganisms take advantage of the immunosuppression of marine organisms, induced by thermal stress, leading to an increased frequency of infectious diseases. When stress conditions persist over extended periods, these infections may evolve into extensive mass mortality events, with severe impacts on both biodiversity and the economic sustainability of marine aquaculture. The species Pinna nobilis, the largest bivalve mollusk in the Mediterranean Sea, has undergone a dramatic decline in population in recent years due to a combination of pathogenic infections, environmental factors, and anthropogenic pressures. Since 2016, mass mortality events have been recorded initially along the western coasts of Spain and subsequently throughout the entire Mediterranean basin,including the coasts of France, Italy, Greece, and Turkey. One of the main causative agents associated with these events is the protozoan Haplosporidium pinnae, which infects the digestive system of the organism, leading to progressive weakening andeventually death. In addition to this protozoan, Mycobacterium spp. have also been identified in affected individuals, possibly contributing to mortality. Moreover, the cultured species Mytilus galloprovincialis has experienced mass mortalities in Greece, mainly during the summer months, coinciding with prolonged increases in temperature. The thermal stress experienced by this species, combined with the simultaneous presence of the parasite Marteilia refringens, has caused mortalities that have been devastating for the shellfish farming sector in recent years. Parasitic infections in cultured fish also represent a major aquaculture issue,with direct effects on the physiology and immunology of these organisms, increasing production costs due to the use of treatments aimed at parasite control. A notable example is the cultured species Dicentrarchus labrax, which is affected by several parasitic organisms, including Lernanthropus kroyeri and other metazoan parasites that cause tissue and organ damage. Considering all the above, the present doctoral dissertation was conducted with the following main objectives: 1. To identify the microbial communities in infected individuals of P. nobilis. 2. To investigate the pathophysiology among infected individuals with different pathogens. 3. To study the seasonal pathophysiology of P. nobilis. 4. To examine the seasonal antioxidant defense of P. nobilis in the presence of pathogenic microorganisms. 5. To investigate the involvement of Vibrio spp. in the mortalities of P. nobilis.To examine the antioxidant defense of cultured M. galloprovincialis under increasing temperature and parasitism. 6. To study the pathophysiology of M. galloprovincialis under increasing temperature and parasitism 7. To investigate the pathophysiology of D. labrax under parasitic infection. For the detection of pathogens in the target species of this dissertation, both histological and molecular techniques (NGS, PCR) were employed. To explore seasonal physiology, biochemical markers were used to examine physiological pathways, including indicators of autophagy, cell death, inflammation, and apoptosis. In summary, the results of this study demonstrated the significant impact of climate change on the physiological and immunological responses of all three species examined. In both bivalve species, exposure to extreme temperatures led to reduced physiological and immune responses, rendering individuals unable to cope with infections. Conversely, better physiological performance was observed when the organisms were maintained within their optimal thermal range. Exposure to stress factors combined with infections resulted in mortality in both P. nobilis and M.galloprovincialis. As for the cultured species D. labrax, it exhibited similar physiological patterns but did not show extensive mortalities, likely due to effective management practices implemented at the aquaculture facilities.

Η κλιματική αλλαγή αποτελεί μία από τις σημαντικότερες περιβαλλοντικές προκλήσεις του 21ου αιώνα, καθώς οι ραγδαίες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας επιδρούν άμεσα και ασκούν έντονη πίεση στα θαλάσσια οικοσυστήματα. Οι απότομες μεταβολές της θερμοκρασίας έχουν αποδειχθεί, σύμφωνα με πληθώρα επιστημονικών μελετών, ότι προκαλούν σημαντικές διαταραχές στις φυσιολογικές λειτουργίες των θαλάσσιων οργανισμών. Η καταστολή αυτών των λειτουργιών έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της ικανότητας ανοσολογικής απόκρισης, καθιστώντας τους οργανισμούς περισσότερο ευάλωτους σε μικροοργανισμούς που διαβιούν στο θαλάσσιο περιβάλλον και μπορούν να δράσουν ως ευκαιριακά παθογόνα. Παράλληλα, η ραγδαία αύξηση της μέσης θερμοκρασίας, ως συνέπεια της κλιματικής κρίσης, ευνοεί την ανάπτυξη και τον πολλαπλασιασμό παθογόνων μικροοργανισμών. Οι μικροοργανισμοί αυτοί επωφελούνται από την ανοσολογική καταστολή των θαλάσσιων οργανισμών, η οποία προκαλείται από τη θερμική καταπόνηση, οδηγώντας σε αυξημένη συχνότητα μολυσματικών λοιμώξεων. Όταν η κατάσταση καταπόνησης παρατείνεται χρονικά, οι λοιμώξεις αυτές δύνανται να εξελιχθούν σε εκτεταμένα φαινόμενα μαζικών θνησιμοτήτων, με σοβαρές επιπτώσεις τόσο στη βιοποικιλότητα όσο και στην οικονομική βιωσιμότητα των θαλάσσιων εκτροφών. Το είδος Pinna nobilis, το μεγαλύτερο δίθυρο μαλάκιο της Μεσογείου, έχει υποστεί δραματική μείωση του πληθυσμού του τα τελευταία χρόνια λόγω συνδυασμού παθογόνων λοιμώξεων, περιβαλλοντικών παραγόντων και ανθρωπογενών πιέσεων.Από το 2016 και έπειτα, μαζικές θνησιμότητες καταγράφηκαν αρχικά στις δυτικές ακτές της Ισπανίας και στη συνέχεια επεκτάθηκαν σε ολόκληρη τη Μεσόγειο,συμπεριλαμβανομένων των ακτών της Γαλλίας, της Ιταλίας, της Ελλάδας και της Τουρκίας. Ένας από τους κύριους αιτιολογικούς παράγοντες που σχετίζονται με αυτά τα φαινόμενα είναι το πρωτόζωο Haplosporidium pinnae, το οποίο προσβάλλει το πεπτικό σύστημα του οργανισμού, οδηγώντας σε σταδιακή εξασθένιση και τελικά θάνατο. Εκτός από το πρωτόζωο αυτό, στα προσβεβλημένα άτομα έχουν εντοπιστεί και Mycobacterium spp., παθογόνα που ενδέχεται να συμβάλλουν στη θνησιμότητα. Επιπλέον, το εκτρεφόμενο είδος Mytilus galloprovincialis βιώνει μαζικές θνησιμότητες στον ελλαδικό χώρο κυρίως τους θερινούς μήνες κατά την παρατεταμένη άνοδο της θερμοκρασίας. Η θερμική καταπόνηση που βιώνει το είδος μαζί με την ταυτόχρονη ύπαρξη του παρασίτου Marteilia refringens, προκαλεί θνησιμότητες που είναι καταστροφικές για τον κλάδο της οστρακοκαλλιέργειας τα τελευταία χρόνια. Τέλος οι παρασιτικές λοιμώξεις σε εκτρεφόμενους ιχθύες αποτελούν και αυτές ένα μεγάλο πρόβλημα εκτροφής με άμεσες επιπτώσεις στην φυσιολογία και ανοσολογία των εκτρεφόμενων αυτών οργανισμών αυξάνοντας το κόστος παραγωγής στις εκμεταλλεύσεις εξαιτίας της εφαρμογής σκευασμάτων για την εξυγίανση των ιχθύων από τα παράσιτα. Σημαντικό παράδειγμα εκτρεφόμενου είδους με προβλήματα παρασιτισμών αποτελεί το είδος Dicentrarchus labrax, το οποίο προσβάλλεται από αρκετά είδη παρασιτικών οργανισμών συμπεριλαμβανομένων των Lernanthropus kroyeri και άλλων μεταζώων που προκαλούν βλάβες σε όργανα του είδους.12 Λαμβάνοντας υπόψιν όλα τα παραπάνω πραγματοποιήθηκε η συγκεκριμένη διδακτορική διατριβή με κύριους στόχους να: • Προσδιορίσει τις μικροβιακές κοινότητες σε προσβεβλημένα άτομα του είδους P. nobilis • Διερευνήσει την παθοφυσιολογία μεταξύ των προσβεβλημένων ατόμων με διαφορά παθογόνα • Διερευνήσει εποχικά την παθοφυσιολογία του είδους P. nobilis • Διερευνήσει εποχικά την αντιοξειδωτική άμυνα του είδους P. nobilis με παρουσία παθογόνων μικροοργανισμών • Διερευνήσει την συμμετοχή των Vibrio spp. στις θνησιμότητες του είδους P. nobilis • Διερευνήσει την αντιοξειδωτική άμυνα του εκτρεφόμενου ειδους M.galloprovincialis σε αυξανόμενη θερμοκρασία και παρασιτισμό • Διερευνήσει την παθοφυσιολογία του είδους Μ. galloprovincialis σε αυξανόμενη θερμοκρασία και παρασιτισμό • Διερευνήσει την παθοφυσιολογία του είδους D. labrax υπό παρασιτισμό. Για τον εντοπισμό των παθογόνων οργανισμών στα είδη στόχους της Διδακτορικής διατριβής, εφαρμόστηκαν ιστολογικές τεχνικές, αλλά και μοριακές τεχνικές (NGS, PCR). Για την διερεύνηση εποχικής φυσιολογίας χρησιμοποιήθηκαν βιοχημικοί δείκτες για να εξεταστούν μονοπάτια φυσιολογίας όπως δείκτες αυτοφαγίας, κυτταρικού θανάτου φλεγμονής και απόπτωσης. Συνοπτικά, τα αποτελέσματα τις διατριβής κατέδειξαν την σημαντική συμβολή της κλιματικής αλλαγής στις φυσιολογικές και ανοσολογικές αποκρίσεις και των τριών ειδών που εξετάστηκαν. Και στις δυο περιπτώσεις (δίθυρα-μαλάκια) εκθέτοντας άτομα δίθυρων σε ακραίες θερμοκρασίες μείωσαν τις φυσιολογικές και ανοσολογικές τους αποκρίσεις καθιστώντας τα ανίκανα να αντιμετωπίσουν λοιμώξεις. Αντίθετα οι φυσιολογικές τους αποκρίσεις παρουσίασαν καλύτερα αποτελέσματα όταν τα άτομα που εξετάζονταν βρίσκονταν μέσα στο θερμοκρασιακό τους εύρος. Η έκθεση σε παράγοντες καταπόνησης και παράλληλα λοιμώξεις επέφεραν θνησιμότητα τόσο στο είδος P. nobilis, όσο και στο M. galloprovincialis. Όσον αφορά το εκτρεφόμενο είδος D.labrax, επέδειξε παρόμοια συμπεριφορά χωρίς ωστόσο να παρουσιάσει εκτεταμένες θνησιμότητες εξαιτίας των στοχευμένων διαχειριστικών ενεργειών της μονάδας εκτροφής.