Suplementação de minerais em nanopartículas em dietas de peixes

Abstract

A nutrição é um dos principais componentes da produção aquícola comercial. Microelementos como zinco, ferro e cobre estão entre os nutrientes essenciais, e normalmente são incluídos na ração em concentrações acima das concentrações exigidas, devido a baixa biodisponibilidade das fontes de minerais inorgânicas. Nanopartículas possuem alta área superficial específica, o que aumenta sua biodisponibilidade, dessa forma, é possível utilizar menores concentrações na ração. O objetivo deste estudo foi comparar o crescimento e saúde de peixes alimentados com dietas suplementadas com minerais normalmente utilizados pela indústria ou em nanopartículas. Dois experimentos foram executados, no primeiro experimento, os produtos (tratamentos) a base de zinco: óxido de zinco (zinco inorgânico), bisglicinato de zinco (zinco orgânico), zinco em nanopartículas (nanozinco inorgânico) e zinco orgânico em nanopartículas (nanozinco orgânico) foram suplementados na dieta de tilápia na concentração de 15 mg por kg de ração por 60 dias. Após este período, os parâmetros de desempenho e hematoimunológicos, atividade de enzimas do sistema antioxidante, a concentração de zinco no músculo e a sobrevivência após infecção com Streptococcus agalactiae foram avaliados. Após o desafio bacteriano, a CHCM aumentou significativamente nas tilápias tratados com zinco orgânico, nanozinco inorgânico e nanozinco orgânico, enquanto no grupo controle (zinco inorgânico), a CHCM permaneceu inalterada. Em relação às células de defesa, o nanozinco inorgânico aumentou o número de basófilos em relação ao zinco orgânico. A contagem de linfócitos aumentou após o desafio apenas nos tratamentos com zinco orgânico (bruto e nanopartículas). Os neutrófilos diminuíram nos tratamentos controle (zinco inorgânico) e nanozinco inorgânico após o desafio. No segundo experimento as seguintes combinações de nanopartículas de ferro (IronNP) e nanopartículas de cobre (CopperNP) foram avaliadas por 9 semanas na dieta do bagre do canal: somente CopperNP; somente IronNP e; CopperNP + IronNP, em comparação a uma dieta controle suplementada com formas inorgânicas de ferro e cobre (FeSO4 and CuSO4). Foram avaliados parâmetros de crescimento e hematológicos, análise proximal dos peixes inteiros, microbiota intestinal e infecção experimental contra Edwardsiella ictaluri. Não foram detectadas diferenças para parâmetros de crescimento e sobrevivência após infecção experimental. O hematócrito e RBC dos peixes alimentados com o tratamento contendo nanopartículas de cobre foi significativamente menor do que o grupo controle. Maior abundância relativa de bactérias ácido láticas foi observada na digesta de peixes alimentados com dietas contendo nanopartículas de cobre. Em conclusão, independentemente do tamanho, o zinco orgânico, aumenta a contagem de neutrófilos e linfócitos após a infecção bacteriana, já na forma inorgânica, diminui o número de neutrófilos após infecção com Streptococcus agalactiae. Independentemente do tamanho, a suplementação com ferro é necessária para a produção de células vermelhas. Cobre em nanopartículas aumenta a abundância relativa de bactérias gram-positivas no trato gastrointestinal do bagre do canal. No geral, pode-se concluir que nanopartículas de zinco, cobre e ferro não afetam os parâmetros de crescimento e os parâmetros hematoimunológicos de peixes. Estudos futuros devem avaliar as implicações das nanopartículas de cobre na dieta sobre a microbiota intestinal.

Abstract: Nutrition is one of the main components of commercial aquaculture production. Microelements such as zinc, iron, and copper are among the essential nutrients and are typically included in feed above the required concentrations due to the low bioavailability of inorganic mineral sources. Nanoparticles have a high specific surface area, which increases their bioavailability, so it is possible to use lower concentrations in the feed. The aim of this study was to evaluate the growth and health of fish fed diets supplemented with minerals normally used by industry and nanoparticles. Two trials were carried out. In the first experiment, zinc-based products (treatments): zinc oxide (inorganic zinc), zinc bis-glycinate (organic zinc), zinc nanoparticles (inorganic nanozinc) and organic zinc in nanoparticles (organic nanozinc) were supplemented in the tilapia diet at a concentration of 15 mg per kg of feed during 60 days. After this period, performance and hematoimmunological parameters, activity of antioxidant system enzymes, survival after infection with Streptococcus agalactiae, and zinc concentration in the muscle were evaluated. After bacterial challenge, MCHC increased significantly in tilapia treated with organic zinc, inorganic nanozinc, and organic nanozinc, while in the control group (inorganic zinc), MCHC remained unchanged. Regarding defense cells, inorganic nanozinc increased the number of basophils compared to organic zinc. The lymphocyte count increased after the challenge only in the treatments with organic zinc (bulk and nanoparticles). Neutrophils decreased in the control (inorganic zinc) and inorganic nanozinc treatments after the challenge. In the second experiment the following combinations of iron nanoparticles (IronNP) and copper nanoparticles (CopperNP) were evaluated for 9 weeks in the diet of the channel catfish: CopperNP only; IronNP only, and; CopperNP + IronNP, compared to a control diet supplemented with inorganic forms of iron and copper (FeSO4 and CuSO4). Growth and hematological parameters, proximal parameters of whole fish, intestinal microbiota, and experimental infection against Edwardsiella ictaluri were evaluated. No differences were detected for growth and survival parameters after experimental infection. The hematocrit and RBC of the fish fed the treatment containing copper nanoparticles was significantly lower than in control group. Higher relative abundance of lactic acid bacteria was observed in the digesta of fish fed diets containing copper nanoparticles. In conclusion, regardless of size, organic zinc increases the count of neutrophils and lymphocytes after bacterial infection, while in the inorganic form, it decreases the number of neutrophils after infection with Streptococcus agalactiae. Regardless of size, iron supplementation is necessary for the production of red blood cells. Copper nanoparticles increase the relative abundance of gram-positive bacteria in the gastrointestinal tract of the canal catfish. Overall, it can be concluded that zinc, copper, and iron nanoparticles do not affect fish's growth parameters and hematoimmunological parameters. Future studies should evaluate the implications of dietary copper nanoparticles on the gut microbiota.