Alterations in mucosal structures and key regulatory molecules of oxidative stress in Atlantic salmon (Salmo salar L.) induced by amoebic gill disease and oxidant-based chemotherapeutic interventions

Dissertação de Mestrado Integrado em Medicina Veterinária

Amoebic gill disease (AGD), a parasitic infestation caused by the ectoprotozoan Neoparamoeba perurans, is a serious problem in Atlantic salmon (Salmo salar) farming. Current treatments strategies (i.e. freshwater and hydrogen peroxide bathing) present several issues (economic cost, logistics, AGD resolution and animal welfare). Therefore, peracetic acid (PAA), a powerful oxidant, is a possible good alternative since it degrades rapidly into innocuous residues, requiring a short contact time and it is effective in low concentration against several microorganisms. In this study, the efficacy of PAA in treating AGD and the physiological response of salmon during treatment were investigated. AGD in smolts was experimentally induced and when the gill score (GS) reached 1-2, fish were treated with PAA via bath exposure. Three commercial PAA products were tested (Perfectoxid, AquaDes and ADDIAqua) at a concentration of 5 ppm. Two exposure durations were evaluated, 30 mins and 60 mins. Sampling was performed 1 day and 2 weeks after treatment. The reactive oxygen species (ROS) levels in plasma increased through time, especially in the groups treated for 30 mins. The groups exposed to AquaDes and Perfectoxid for 30 mins had higher ROS levels than the infected-untreated group (IUC) two weeks post-treatment. No significant differences in total plasma antioxidant capacity (TAC) were found among the treatments and between sampling points. 13 biomarkers for oxidative stress were evaluated in the gills and olfactory organs. Overall, PAA treatments resulted in the modulation of the expression of the marker genes. Parasitism alone did not cause significant changes in gene expression in the olfactory rosette, though treatment-induced regulation was found. In the gills, infection downregulated most of the genes and the majority remained so even after PAA treatment. In the olfactory rosette, PAA did not changed the organ’s condition, in relation to IUC. In the gills, treatment considerably reduced the proportion of damaged tissues in almost all groups. Mucosal organs responded to parasitism and PAA treatment in different ways. This study demonstrated that PAA treatment of AGD in salmon smolts resulted in quite varied response profiles. Disease resolution was not fully established as assessed by visual pathology, histopathology and qPCR, though there were indications that the type of PAA product might play a role in its treatment efficacy.

RESUMO - A Amoebic gill disease (AGD), doença parasitária causada pelo ectoparasita Neoparamoeba perurans, é um problema grave na cultura do salmão do Atlântico (Salmo salar). As atuais estratégias de tratamento (banhos de água doce e de peróxido de hidrogénio) apresentam vários problemas (económicos, logísticos, resolução da AGD e bem-estar animal). Posto isto, o ácido paracético (PAA), poderoso oxidante, é uma possível boa alternativa, uma vez que se degrada rapidamente em resíduos inócuos, exigindo um tempo de contacto curto e é eficaz numa baixa concentração contra vários microrganismos. Neste estudo, foi investigada a eficácia do PAA no tratamento da AGD e a resposta fisiológica do salmão durante o tratamento. A AGD em smolts foi induzida experimentalmente e quando na escala de pontuação (GS) as brânquias atingiram valores entre 1 e 2, os peixes foram expostos ao tratamento com PAA através de um banho. Foram testadas três formulações comerciais de PAA (Perfectoxid, AquaDes e ADDIAqua) a uma concentração de 5 ppm. Foram avaliados dois tempos de exposição, 30 e 60 minutos. A amostragem foi realizada um dia e duas semanas após o tratamento. Os níveis de radicais de oxigénio (ROS) no plasma aumentaram ao longo do tempo, especialmente nos grupos tratados durante 30 minutos. Os grupos expostos a AquaDes e Perfectoxid durante 30 minutos tiveram níveis de ROS mais elevados do que os do grupo infetados não-tratados (IUC) duas semanas após o tratamento. Não foram encontradas diferenças significativas na capacidade total antioxidante do plasma (TAC) entre os tratamentos e os pontos de amostragem. 13 biomarcadores de stress oxidativo foram avaliados nas brânquias e no órgão olfativo. Globalmente, os tratamentos com PAA resultaram na modulação da expressão dos genes marcadores. O parasitismo não causou alterações significativas na expressão dos genes na roseta olfatória, no entanto observou-se uma regulação induzida pelo tratamento. Nas brânquias, a infeção provocou inibição da expressão de alguns dos genes, que se manteve na maioria dos indivíduos, mesmo após o tratamento com PAA. Na roseta olfatória, o PAA não alterou o estado do órgão, comparativamente ao IUC. Nas brânquias, o tratamento reduziu a proporção de tecidos danificados em quase todos os grupos. Os órgãos mucosos responderam ao parasitismo e ao tratamento com PAA de formas distintas. Este estudo demonstrou que o tratamento da AGD com PAA resultou em perfis de resposta variados. A resolução da doença não foi total, como foi possível avaliar através da observação das lesões, histopatologia e qPCR. Ficaram, no entanto, indícios de que o tipo de PAA usado poderia ter um papel relevante na eficácia do tratamento.

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