6-3 اعتبارات الأمن البيولوجي لسلامة الأغذية ومكافحة العوامل المسببة للأمراض

6.3.1 سلامة الأغذية

وتعد سلامة الأغذية الجيدة وضمان رعاية الحيوان من الأولويات العليا في الحصول على الدعم العام للأحياء المائية. ومن أكثر القضايا التي يثيرها خبراء سلامة الأغذية تواترا فيما يتعلق بعلم الأحياء المائية المخاطر المحتملة للتلوث بمسببات الأمراض البشرية عند استخدام النفايات السائلة كأسمدة للنباتات (Chalmers 2004; Schmautz et al. 2017). وخلص بحث مؤلفات حديثة لتحديد المخاطر الحيوانية المنشأ في علم الأحياء المائية إلى أن مسببات الأمراض في المياه المدخلة الملوثة، أو مسببات الأمراض في مكونات الأعلاف التي تنشأ من الحيوانات ذات الدم الحار، يمكن أن تصبح مرتبطة مع ميكروبيوتا الأمعاء الأسماك، والتي، حتى وإن لم تكن ضارة بالأسماك نفسها، يمكن أن تكون يحتمل أن يتم تمريرها حتى السلسلة الغذائية للبشر (أنتاكي وجاي راسل 2015). وبالتالي فإن آليات إدخال مسببات الأمراض إلى نظام الأحياء المائية هي مصدر قلق، مع أكبر مصدر للأشكال القولونية البرازية أو غيرها من البكتيريا المسببة للأمراض التي تنبع من مدخلات الأعلاف إلى الأسماك. ومن المنظور البيولوجي، هناك مخاطر محتملة لانتشار مسببات الأمراض هذه إما في مرشحات بيولوجية، أو في نظم حلقة واحدة عن طريق إدخال مسببات الأمراض المحمولة جوا من مكونات النباتات المفتوحة إلى خزانات الأسماك. وعلى الرغم من أن مخاطر الأمن البيولوجي منخفضة في الحيز البيئي المغلق نسبياً لنظام الأحياء المائية - مقارنة مثلاً بتربية الأحياء المائية في الأحواض المفتوحة - بل إنها أقل من ذلك في نظام الأحياء المائية المنفصل حيث يمكن عزل أجزاء من النظام، فلا يزال هناك تصور بأن حمأة الأسماك يمكن أن تكون يحتمل أن تكون خطرة عند تطبيقها على النباتات للاستهلاك البشري. Escherichia coli_ (E. coli) هو أحد العوامل المسببة للأمراض المعوية البشرية التي تسبب الأمراض المنقولة بالأغذية والتي كانت مصدر قلق رئيسي فيما يتعلق باستخدام النفايات الحيوانية كسماد في الزراعة أو تربية الأحياء المائية، مثل النظم المتكاملة لأسماك الخنازير (Dang and Dalsgaard 2012). غير أنه لا يعتبر عموما خطرا في الأحياء المائية لل أسماك النباتية. على سبيل المثال، أثبت Moriarty et al. (2018) سابقاً أن العلاج بالأشعة فوق البنفسجية يمكن أن يقلل بنجاح من E. coli ولكنه لاحظ أيضاً أن الأشكال القولونية التي تم اكتشافها في النظام المائي كانت عند مستويات الخلفية ولم تتكاثر في مجاري الأسماك أو في الخس المزروع المائي داخل النظام التجريبي، وبالتالي لم يشكل خطرا على الصحة. وهناك بحوث محدودة حول هذه الجوانب، ولكن بعض الدراسات الأولية وجدت مخاطر منخفضة جدا للتلوث القولونية، على سبيل المثال، من خلال عدم وجود فرق في مستويات القولونية من معالجة مياه RAS المعقمة وغير المعقمة المطبقة على النباتات (Pantanella et al. 2015). وعلى الرغم من وجود خطر محتمل لاستيعاب الميكروبات داخل أوراق النباتات، وبالتالي انتقالها إلى الأجزاء المستهلكة من بعض النباتات الورقية الصالحة للأكل التي تزرع في الزراعة المائية، توصلت دراسات أخرى إلى استنتاجات مماثلة مفادها أن المخاطر هي الحد الأدنى من إدخال الإنسان المحتمل أن يكون خطراً مسببات الأمراض (إلومالاي وآخرون 2017).

غير أن إدارة المخاطر، أو الأهم من ذلك إدارة تصورات تلك المخاطر، تظل أولوية عالية لدى السلطات الحكومية والمستثمرين في مجال الأحياء المائية. ومن المفترض أن مراقبة جودة مدخلات الأعلاف والتعامل الدقيق لنفايات الأسماك/الأسماك يمكن أن تحد من معظم هذه الشواغل المحتملة (فوكس وآخرون 2012). وبالفعل، لم يتم الإبلاغ عن أي حوادث معروفة في مجال صحة الإنسان في الوقت الراهن فيما يتعلق بنظام الأحياء المائية، وقد يكون ذلك نتيجة لحقيقة أن مرافق RAS والدفيئات الزراعية المائية لديها عادة تدابير جيدة للأمن البيولوجي، بما في ذلك ممارسات النظافة والحجر الصحي التي تتسم بالصرامة لوحظ. وقد تم تقييم الممارسات الميكروبيولوجية الموصى بها للأمن البيولوجي لمختلف نظم إنتاج الاستزراع المائي، وصيغت التوصيات في المبادئ التوجيهية لنقاط المراقبة الحرجة لتحليل المخاطر، وهو نظام دولي لمراقبة سلامة الأغذية (Orriss and Whitehead 2000). ومع ذلك، لا تزال هناك حاجة إلى توثيق علمي أفضل لمخاطر نقل العوامل المسببة للأمراض إلى البشر، وإجراء بحوث مباشرة في الإدارة في هذا المجال من إنتاج الأحياء المائية.

6.3.2 الأسماك ومسببات الأمراض النباتية

وهناك أدبيات خاصة بالتخصصات في الاستزراع المائي والهندسة المائية يمكن أن تساعد في إعلام وتعزيز الأداء الميكروبي في علم الأحياء المائية. فعلى سبيل المثال، تؤدي المجتمعات الجرثومية مجموعة واسعة من الوظائف الهامة في مجال صحة الأسماك، بما في ذلك القيام بدور رئيسي في هضم الأعلاف واستيعابها، بالإضافة إلى التحصين، ويتم استعراض هذه الوظائف وكذلك دور البروبيوتيك في تعزيز نظم الاستزراع المائي بشكل جيد (Akhter et et آل. 2015). كما يتم تغطية دور الميكروبات في نظم RAS على وجه التحديد بشكل جيد، بما في ذلك الإدارة الميكروبية للمرشحات الحيوية، وكذلك البحوث في مجال مكافحة العوامل المسببة للأمراض، فضلا عن تقنيات مختلفة للسيطرة على النكهات غير المستمدة من نظم RAS (Rurangwa وVerdegem 2015). وبالمثل، فإن الميكروبات الموجودة في رهيزوسفير النباتات مهمة لتأصيل النباتات ونموها (Dessaux et al. 2016) ولكن أيضا للسيطرة على انتشار مسببات الأمراض في إنتاج النباتات المائية؛ يتم استكشاف هذه المناطق بشكل جيد في استعراض حديث أجراه Bartelme et al. (2018). ومع ذلك، لا يزال هناك فهم محدود للغاية للروابط القائمة في الميكروبيوم فيما بين أجزاء نظام الأحياء المائية، وهي معرفة بالغة الأهمية لتحقيق أقصى قدر من الإنتاجية والحد من انتقال العوامل المسببة للأمراض.

إن انتشار مسببات الأمراض الانتهازية التي تشكل خطرا على صحة الأسماك أو النبات هو اعتبارات هامة في اقتصاديات عمليات علم الأحياء المائية، بالنظر إلى أن أي استخدام للمضادات الحيوية أو المطهرات يمكن أن يكون له تأثير ضار على وظيفة المرشحات الحيوية، فضلا عن عدم استقرار الميكروبات العلاقات في مقصورات أخرى من النظام. وتشمل بروتوكولات التطهير التي يشيع استخدامها في RAS معالجة المياه بالأشعة فوق البنفسجية (Elumalai et al. 2017)، والتي، جنبا إلى جنب مع الأوزون (وعادة مزيج من الاثنين معا)، تشمل نهج الخط الأول اللاأحيائي للحفاظ على جودة المياه. وكثيرا ما يتم أيضا وضع بيض/يرقات الأسماك في الحجر الصحي قبل إدخالها، ومعالجة أي مياه مدخلة، مما يقلل من المصادر المحتملة المباشرة لدخول مسببات الأمراض السمكية إلى النظام.

وعادة ما يسمح للمياه الواردة إلى RAS «بالنضج» في المرشحات الحيوية قبل أن يتم تغذيتها في نظام إعادة الدوران. وقد أظهرت التجارب، على سبيل المثال، أن تلقيح مرشح ما قبل الأحياء بمزيج من البكتيريا النتروية، و «إطعامه» بالمواد العضوية إلى أن تتطابق المجموعات البكتيرية مع القدرة الاستيعابية لخزانات الأسماك، يعني أن مياه صهريج التربية أقل احتمالا أن تكون غير مستقرة وتجاوزها البكتيريا الانتهازية (أترامادال وآخرون 2016؛ رورانغوا وفيرديجيم 2015). ومع ذلك، إذا أصبحت مسببات الأمراض مشكلة، فإن استخدام جرعات عالية من الأشعة فوق البنفسجية، والأوزون، والعلاجات الكيميائية أو المضادات الحيوية قد يكون ضروريا في بعض الأحيان، على الرغم من أن هذا الاستخدام يعطل عموما أجزاء أخرى من النظام، وخاصة المرشحات الحيوية (Blancheton et al. 2013). وبالفعل، يمكن للعلاجات غير الانتقائية لمسببات الأمراض، حسب الجرعة والموقع داخل النظام، أن تساعد في الواقع انتشار الانتهازيين. وعلى سبيل المثال، فإن المستويات العالية من معالجة الأوزون لا تقتل البكتيريا والبروستات والفيروسات فحسب، بل تؤكسد أيضاً DOM وتؤثر على تجميع POM، مما يمارس ضغطاً انتقائياً على المجموعات البكتيرية (المرجع نفسه).

وترد مناقشة مفصلة لمسببات الأمراض النباتية في نظام الأحياء المائية والسيطرة عليها في الفصل 14 وبالتالي لا يتم تكرارها هنا. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن أنواع Bacillus تستخدم بشكل روتيني كبروبيوتيك تجارية في الاستزراع المائي، وهناك أدلة متزايدة على أن الأنواع المماثلة من Bacillus فعالة أيضا للنباتات، التي تتوفر بالفعل في بعض المحاليل التجارية للبروبيوتيك المائية (شافي وآخرون 2017). وقد وسعت دراسة حديثة مثل هذه الدراسات على Bacillus لتشمل التجارب في نظام أكوابونيكش (سيروزي وفيتزسيمونز 2016ب). قد يكون الموقع الذي يتم فيه إدخال البروبيوتيك - في الأسماك أو النبات أو المرشحات الحيوية - مهمًا، ولكن ليس من الواضح من العمل الحالي ما إذا كانت إضافة البروبيوتيك في عنصر الأسماك، مع الفوائد المحتملة للأسماك، لها أيضا آثار أفضل على نمو النبات وصحته بالنسبة إلى الإضافة من مستويات مماثلة من البروبيوتيك مباشرة إلى المقصورة المائية.

بالإضافة إلى البروبيوتيك التطبيقية القياسية، هناك مجموعة متنوعة من التقنيات المبتكرة للتحكم البيولوجي التي قد تصبح في المستقبل ذات قيمة متزايدة للحد من وجود وانتشار الميكروبات الضارة. وفي إحدى الدراسات الحديثة، تم اختيار العزلات البكتيرية من نظام أكوابونيكش القائم على أساس قدرتها على ممارسة آثار مثبطة على كل من الأسماك ومسببات الأمراض الفطرية النباتية. وكان الهدف هو زراعة هذه العزلات كتلقيح يمكن أن تكون بعد ذلك بمثابة ضوابط بيولوجية للأمراض داخل نظام أكوابونيكش (سيراكوف وآخرون 2016). على سبيل المثال، أثبت سيراكوف وآخرون أن الـ Pseudomonas_ SP. التي عزلتها كانت فعالة كتحكم بيولوجي للفطريات المسببة للأمراض من الأسماك و Pythium ultimum من النباتات. وأفاد الباحثون أيضا في المختبر تثبيط مجموعة متنوعة من العزلات البكتيرية الأخرى من مختلف مقصورات أكوابونيكش، ولكن دون اختبار آثارها في الجسم الحي. وإمكانات استخدام هذه العزلات مثل الضوابط البيولوجية ليست جديدة، ولكن تطبيقات تقنيات غس الوطنية يمكن أن تكشف الآن عن المزيد عن تفاعلات هذه العزلات مع بعضها البعض ومع مسببات الأمراض المحتملة، مما يجعل من الممكن تحقيق أقصى قدر من فعالية التسليم. و يمكن أن يساعد استخدام تقنيات «omics» الأخرى في الكشف عن الهيكل العام لل مجتمع وما يرتبط به من وظائف التمثيل الغذائي, و البدء في توضيح الكائنات الحية و الوظائف الأكثر فائدة. وفي المستقبل، قد تسمح هذه التقنيات باختيار «سلالات المساعدة» داخل المجتمعات الجرثومية، أو تحديد الإفرازات التي لها آثار مضادة للميكروبات (Massart et al. 2015).