El impacto de la luz en la inmunidad de los salmones
Un estudio revela que las condiciones de luz afectan la respuesta inmune de los salmones durante la smoltificación.
― 9 minilectura
Tabla de contenidos
El salmón atlántico pasa por diferentes etapas en su vida, empezando como huevos y convirtiéndose en peces pequeños conocidos como parr. Cuando crecen lo suficiente, cambian a una forma llamada smolts, que migran de agua dulce al mar. Este proceso, llamado Smoltificación, los prepara para los desafíos que enfrentarán en el agua salada del océano. Un gran cambio en este proceso ocurre en sus branquias, que se adaptan para manejar la sal en el agua de mar. Sin embargo, moverse al océano también expone a los salmones a muchas nuevas enfermedades y patógenos que pueden dañarlos. La investigación muestra que el proceso de smoltificación también incluye cambios en el sistema inmune de los peces para ayudarles a combatir estas nuevas amenazas.
En 2023, un número significativo de salmones atlánticos murió en Noruega después de ser trasladados a jaulas marinas. Muchos de estos peces sufrieron de una enfermedad que afecta al páncreas y al corazón, causada por un virus conocido como el virus alfa de los salmones. Esta situación genera preocupaciones sobre si los sistemas inmunes de los smolts eran inadecuados durante la transición de agua dulce a agua salada, y si los métodos utilizados en las granjas de peces para la smoltificación podrían estar defectuosos.
En la naturaleza, los cambios en la duración del día a lo largo del año ayudan a los salmones a saber cuándo smoltificar. Los días cortos en invierno los preparan para los días más largos en primavera, desencadenando su cambio a smolts. Sin embargo, en la acuicultura, a menudo se utilizan cambios repentinos en los patrones de luz, lo que puede confundir a los peces. Esto tiene implicaciones para sus sistemas inmunes, ya que estudios han demostrado que los patrones de luz regulares son importantes para mantener una función inmune adecuada en otros animales.
Importancia de la Luz en la Función Inmune
La investigación indica que la luz juega un papel crucial en la regulación del sistema inmune. En los mamíferos, un ciclo regular de luz y oscuridad es esencial para mantener el reloj interno del cuerpo, que a su vez influye en la respuesta del sistema inmune. Por ejemplo, los ratones reaccionan de manera diferente a las infecciones dependiendo de si es de día o de noche. Producen diferentes químicos inmunes en diferentes momentos, destacando cuán importante es el tiempo para una respuesta inmune saludable.
Para los peces, sabemos menos sobre cómo la luz y el reloj interno del cuerpo afectan al sistema inmune. Estudios recientes sugieren que los peces pueden tener una conexión similar entre la exposición a la luz y la respuesta inmune como los mamíferos. Cuando se les prueba, ciertos peces mostraron reacciones inmunes más fuertes cuando se expusieron a patógenos durante la oscuridad. Sin embargo, no se han realizado estudios que examinen de cerca cómo se aplica esto al salmón atlántico, especialmente en los entornos controlados de las granjas de peces, donde se crían bajo condiciones de luz constante.
El Papel de los Interferones
Los interferones son proteínas importantes en el sistema inmune que ayudan a combatir virus. Señalan a las células inmunes para que respondan rápidamente cuando los virus invaden el cuerpo. En los mamíferos, hay diferentes tipos de interferones, cada uno cumpliendo roles distintos en la respuesta inmune. Algunos son producidos por casi todas las células, mientras que otros son específicos de las células inmunes. Estas proteínas ayudan a activar respuestas inmunes que pueden llevar a la destrucción de células infectadas por virus.
El salmón atlántico tiene sistemas de Interferón similares, pero con más complejidad debido a su historia genética. Los salmones tienen diferentes clases de interferones en comparación con los mamíferos, pero los procesos principales de cómo se activan estas proteínas y cómo funcionan son similares. El complejo mayor de histocompatibilidad (MHC) es otra parte crucial del sistema inmune, ayudando a presentar partes del virus a las células inmunes para que esas células puedan montar una defensa efectiva.
Configuración Experimental
Este estudio probó dos ideas clave. La primera era que los smolts de salmón atlántico criados en luz constante tendrían una respuesta inmune más débil en comparación con aquellos criados bajo un ciclo normal de luz-oscuridad. La segunda era que la respuesta inmune a una infección viral variaría según si los peces estaban infectados durante el día o la noche.
Para probar la primera idea, los investigadores criaron peces en condiciones de luz constante o bajo un ciclo normal de luz-oscuridad y luego los expusieron a una infección viral. Midieron cómo respondió el sistema inmune revisando los niveles de diferentes interferones y proteínas MHC en sus cuerpos.
De manera inesperada, los resultados mostraron que las condiciones de iluminación no afectaron significativamente el nivel de infección ni la respuesta inmune en los peces. Solo hubo diferencias menores en los marcadores inmunes medidos, y notablemente, un tipo de interferón fue más activo en peces criados bajo luz constante.
Para explorar la segunda idea, los investigadores compararon las respuestas inmunes entre peces infectados durante el día y aquellos infectados por la noche. Aunque hubo respuestas inmunes claras a la infección viral, el momento de la infección no pareció alterar la respuesta inmune, lo que contradice las expectativas basadas en cómo responden los mamíferos.
El Impacto del Fotoperíodo en el Desarrollo del Smolt
El estudio examinó primero cómo las dos condiciones de luz influyeron en el crecimiento y desarrollo de los smolts antes de ser infectados. Como se anticipaba, los peces en ambas condiciones mostraron una disminución en la condición corporal después de una exposición inicial a períodos de luz diurna más cortos. Sin embargo, no hubo diferencias significativas en el crecimiento general o en los indicadores de salud entre los grupos, lo que sugiere que ambos grupos de smolts se desarrollaron de manera similar hasta el punto de la infección.
Los investigadores midieron varios indicadores relacionados con la capacidad del pez para adaptarse al agua salada del mar, lo cual es crítico para la supervivencia después de migrar. Esto incluyó medir los niveles de sal en la sangre de los peces, la actividad de una enzima crítica involucrada en la regulación del equilibrio de sal, y la expresión de genes específicos conocidos por estar asociados con la smoltificación. Las mediciones indicaron que los peces tanto en condiciones de luz constante como en condiciones regulares de luz-oscuridad se adaptaron de manera efectiva, ilustrando que el fotoperíodo no afectó profundamente su preparación fisiológica para la vida en el océano.
Respuesta Inmune a la Infección Viral
Después de confirmar que ambos grupos de smolts estaban igualmente preparados para la infección, los investigadores examinaron cómo reaccionaron los sistemas inmunes al virus. Descubrieron que el nivel de infección era consistente entre los dos grupos, indicando que ambos conjuntos de peces eran igualmente susceptibles al virus.
Al evaluar las respuestas inmunes, se centraron en proteínas y genes específicos conocidos por estar involucrados en la lucha contra infecciones virales. Encontraron que solo un interferón mostró diferencias significativas entre los grupos. Curiosamente, este nivel de interferón fue más alto en los peces del grupo de luz constante después de la infección, lo que indica una respuesta más fuerte de ese grupo a pesar de que los niveles generales de infección eran similares.
El estudio también analizó los riñones en la cabeza de los peces, que son vitales para las respuestas inmunes. Sin embargo, no encontraron virus presente en estos tejidos, lo cual es típico ya que estos órganos no suelen infectarse con este virus en particular. Hubo cambios mínimos en los niveles de interferón en los riñones en la cabeza, subrayando que la respuesta inmune probablemente fue más localizada en áreas donde el virus se estaba replicando activamente.
Sin Efecto del Momento del Día
La segunda hipótesis giraba en torno a la idea de que el momento de la infección, ya sea durante el día o la noche, afectaría la respuesta inmune. Sorprendentemente, al comparar peces infectados durante el día con aquellos infectados por la noche, los investigadores no encontraron diferencias significativas en cómo el sistema inmune respondió al virus. Esto sugiere que, a diferencia de los mamíferos, el salmón atlántico puede no tener una conexión fuerte entre el momento del día y su respuesta inmune a infecciones virales.
Los resultados desafían la suposición de que los ciclos de luz-oscuridad son críticos para la función inmune en los salmones. Esto podría implicar que los salmones pueden tener mecanismos diferentes para responder a infecciones, o que la configuración de este estudio no ejerció suficiente estrés en el sistema inmune para revelar cualquier variación diurna.
Conclusión
El estudio ilustra que los salmones atlánticos criados bajo condiciones de luz constante y aquellos bajo un ciclo regular de luz-oscuridad se desarrollaron de manera similar y mostraron respuestas inmunes comparables a infecciones virales. Aunque algunos marcadores inmunes exhibieron ligeras variaciones, no hubo evidencia consistente de que las condiciones de luz o el momento de las infecciones influyeran en la defensa inmune general.
Esta investigación destaca la necesidad de una comprensión más profunda de cómo la luz afecta la función inmune en los peces, especialmente a medida que las prácticas de acuicultura continúan evolucionando. Estudios futuros podrían explorar cómo diferentes factores ambientales y biológicos se combinan para dar forma a las respuestas inmunes en diversas etapas de vida del salmón atlántico y otros peces. Los hallazgos podrían informar mejores prácticas de acuicultura para mejorar la salud y el bienestar de los peces, lo que llevaría, en última instancia, a pesquerías más sostenibles.
Título: Weak influence of light and time of day on transcriptional response to SAV3 infection in Atlantic salmon (Salmo salar) smolts
Resumen: Seventeen percent of aquaculture Atlantic salmon in Norway die after transfer from freshwater to seawater facilities, many from infectious disease. The degree to which these deaths are attributable to unseen weakness in smolt preparation is therefore an important concern. Strong evidence in mammals and supporting evidence in other teleosts show that the light environment shapes the immune response via entrainment of the circadian clock. These data are alarming as most smoltification protocols use constant light, which does not entrain the circadian clock and is associated with negative survival outcomes to disease challenge in other species. The goal of our study was to establish how different light environments affected the anti-viral immunity of Atlantic salmon smolts. To achieve this goal, we measured the transcriptional response of select type I and type II interferons and major histocompatibility complexes in the heart and head kidney following an intraperitoneal SAV3 viral challenge delivered under different lighting conditions. We began with two hypotheses. First, that compared with a regular light-dark cycle (LP), constant light (LL) would have a weaker resistance to viral challenge in Atlantic salmon smolts. Second, that Atlantic salmon smolts kept in a regular light-dark cycle would have altered immune sensitivity between the light and dark phases. To test our first hypothesis we photostimulated smoltification in parr through exposure to either LP or LL conditions for 6 weeks then challenged them by SAV3 infection. LP and LL groups showed indistinguishable measurements in classical smolt characteristics and comparable levels of SAV3 mRNA in the heart after 8 and 14 days post infection. They also showed comparable transcriptional responses of select type I interferons (IFNa, IFNb, IFNc) and both class I and class II major histocompatibility complexes (MHC I and MHC II) in both heart and head kidney tissue. IFN{gamma} induction in the heart, however, was marked higher in the LL compared to the LP group. While this data suggests a heightened sensitivity or better immune response of the LL group to viral challenge, the consistent induction of MHC II, a key target gene of IFN{gamma} signaling, to SAV3 infection in both LL and LP groups indicates that photoperiod may only have a minor impact on interferon regulation, rather than a more general influence on the viral immune response. To test our second hypothesis, we compared the transcriptomic response in the heart to SAV3 infection delivered either at the mid-light or mid-dark phase in the LP group. Both mid-light and mid-dark groups showed an upregulation of immune related genes and down-regulation of structural genes of mitochondria, but an analysis of the interaction between infection and time of day identified no differentially regulated genes. Overall, our data suggest that, unlike mammals, daily timing of viral infection may not play a major role in the immune response of Atlantic salmon. HighlightsO_LIAtlantic salmon smolts die in large numbers following sea-water transfer in aquaculture C_LIO_LIEvidence in other species suggest that the light environment used in aquaculture contributes to these deaths C_LIO_LIWe find that IFN{gamma} and MHC I induction to a SAV3 infection in the heart is affected by photoperiod C_LIO_LIRNAseq analysis of hearts collected 14 days after PBS or SAV3 treatment, showed no statistical difference in SAV3-mediated gene induction between the light or dark phase. C_LIO_LIOur data suggests that, unlike in mammals, the viral immune response in Atlantic salmon is not affected by the time of day of infection. C_LI
Autores: Alexander C West, T. Solberg, C. S. Ravuri, M. J. van Dalum, J. E. T. Strand, D. G. Hazlerigg, E.-S. I. Edholm
Última actualización: 2024-06-17 00:00:00
Idioma: English
Fuente URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.06.14.599015
Fuente PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.06.14.599015.full.pdf
Licencia: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Cambios: Este resumen se ha elaborado con la ayuda de AI y puede contener imprecisiones. Para obtener información precisa, consulte los documentos originales enlazados aquí.
Gracias a biorxiv por el uso de su interoperabilidad de acceso abierto.