Investigating Both Mucosal Immunity and Microbiota in Response to Gut Enteritis in Yellowtail Kingfish

Abstract

The mucosal surfaces of fish play numerous roles including, but not limited to, protection against pathogens, nutrient digestion and absorption, excretion of nitrogenous wastes and osmotic regulation. During infection or disease, these surfaces act as the first line of defense, where the mucosal immune system interacts closely with the associated microbiota to maintain homeostasis. This study evaluated microbial changes across the gut and skin mucosal surfaces in yellowtail kingfish displaying signs of gut inflammation, as well as explored the host gene expression in these tissues in order to improve our understanding of the underlying mechanisms that contribute to the emergence of these conditions. For this, we obtained and analyzed 16S rDNA and transcriptomic (RNA-Seq) sequence data from the gut and skin mucosa of fish exhibiting different health states (i.e., healthy fish and fish at the early and late stages of enteritis). Both the gut and skin microbiota were perturbed by the disease. More specifically, the gastrointestinal microbiota of diseased fish was dominated by an uncultured Mycoplasmataceae sp., and fish at the early stage of the disease showed a significant loss of diversity in the skin. Using transcriptomics, we found that only a few genes were significantly differentially expressed in the gut. In contrast, gene expression in the skin differed widely between health states, in particular in the fish at the late stage of the disease. These changes were associated with several metabolic pathways that were differentially expressed and reflected a weakened host. Altogether, this study highlights the sensitivity of the skin mucosal surface in response to gut inflammation.

Composición, Mecanismos E Importancia Del Microbioma Mucoso en Organismos Marinos

“…Uno de los órganos secundarios en vertebrados acuáticos es el MALT (Mucosaassociated lymphoid tissue) o folículos linfáticos , estas superficies se encuentran recubiertas por capas protectoras de mucosidad que se encuentra enriquecidas con una alta inmunidad de factores como lectinas, mucinas, péptidos antimicrobianos, defensinas, inmunoglobulinas y toxinas (Merrifield & Rodiles, 2015;Legrand et al, 2020). Este MALT se subdivide en tres grupos en relación a las funciones morfológicas, el tejido linfoide asociado al intestino (GALT), el tejido linfoide asociado a la piel (SALT), y por último el tejido linfoide asociado a las branquias (GIALT) (Lazado et al, 2014).…”

“…Existen cambios potenciales para aumentar la susceptibilidad a la enteritis en la piel, y conociendo el papel vital de esta superficie mucosa como barrera física para evitar patógenos. Se ha observado regulaciones positivas entre la vía de interacción ECM -receptor y las vías de adhesión focal en las etapas tardías de la enfermedad, esta interacción ECM -receptor desempeña las funciones de proliferación, diferenciación, comunicación intercelular, supervivencia celular, y regulación en leucocitos del tejido inflamado, más la regulación positiva de proteínas en esta vía reflejarían el proceso del pez, el cual está desarrollando respuestas para reparar los tejidos por esta enfermedad en etapa avanzada y en etapas tempranas regular la microbiota en todas las superficies mucosas a través de la producción de moco, células inmunes relacionadas y péptidos antimicrobianos, ya que la pérdida de esta diversidad microbiana podría estar relacionada con la regulación positiva del sistema inmunológico (Legrand et al, 2020).…”

“…Así mismo, la interleucina 8, cistina -aminoácido -cistina (CXC), regaquina-1 y los genes del tipo 2 del receptor de quimiocina, aumentan significativamente en las fases iniciales de la enfermedad en comparación con peces sanos. Por tal razón, estos genes son potencialmente usables como biomarcadores para la detección de esta inflamación intestinal (Legrand et al, 2020).…”

“…Existen diferencias entre la microbiota de herbívoros y otras dietas, en los estudios publicados trabajaron con una gran variedad de especies como, el pie espinal con manchas marrones (Siganus stellatus) (Forsskål, 1775), pez mantequilla (Odax (Linnaeus, 1758). Por factores alimenticios (pienso con harina de soja), por patógenos como Aeromonas hydrophila (Chester, 1901) o parasitarios (Legrand et al, 2020). Por ende, la microbiota específica en la piel y en el intestino juega un rol determinante en el inicio de la inflamación.…”

“…La composición de la microbiota que se encuentra en la mucosidad de los tejidos intestinales, superficie y branquias de muchas especies es uno de los principales mecanismos de defensa que tienen los organismos marinos para protegerse ante patógenos (Merrifield & Rodiles, 2015;Legrand et al, 2020); además desempeña un papel importante en la regulación de la homeostasis entre el sistema inmune y el medio ambiente (Lazado et al, 2014;Reverter et al, 2017).…”