Immunomodulatory and anti-vibrio properties of plant extract to manage the health of the shrimp Penaeus vannamei

ABSTRACT | Vibriosis is a multifactorial disease that causes economic losses in the shrimp farming industry. As part of an ecological approach for its control, aqueous extracts from plants generally recognized as safe (GRAS): Allium sativum (290000 µg mL^-1), Camellia sinensis (40000 µg mL^-1), Morinda citrifolia (250000 µg mL^-1) and Origanum vulgare (50000 µg mL^-1) were evaluated for their antibacterial, antioxidant and immunostimulant properties. The study began by evaluating the microbicidal properties of the extracts against shrimp pathogenic Vibrio spp. as well as their antioxidant characteristics. Subsequently, the minimum inhibitory concentration and the minimum bactericidal concentration (MBC) were determined in order to find sublethal working concentrations for a comprehensive anti-virulence strategy. The extracts had the ability to disrupt bioluminescence and/or biofilm formation over a wide range of dilutions below the MBC (about 10 to 50 times); 1450 to 145 µg mL^-1 for A. sativum, 2000 to 200 µg mL^-1 for C. sinensis, 12500 to 1250 µg mL^-1 for M. citrifolia, and 2500 to 250 µg mL^-1 for O. vulgare. All plant extracts exhibited antioxidant characteristics, differentially modulating superoxide generation depending on the plant extract, without significantly affecting superoxide generation rates; in this case, at the lowest concentrations tested. The most consistent results were obtained with A. sativum extract, which exhibited powerful properties to remove superoxide from unstimulated hemocytes at concentrations ranging from 14500 to 1.45 µg mL^-1. In experimental earthen ponds (400 m², four replicates per treatment), shrimp treated with plant extracts added to food at immunomodulatory concentrations (A. sativum: 36 µg per g, M. citrifolia: 31 µg per g) exhibited reduced melanosis, moreover shrimp treated with A. sativum had the highest harvest weight. These results indicate that aqueous extracts of A. sativum, C. sinensis, O. vulgare, and M. citrifolia can improve shrimp health due to their antioxidant, immunomodulatory, and antimicrobial properties.

RESUMEN | Las vibriosis son enfermedades multifactoriales que causan pérdidas económicas en la industria camaronera. Como parte de un enfoque ecológico para su control, extractos acuosos de plantas generalmente reconocidas como seguras (GRAS): Allium sativum (290000 µg mL^-1), Camellia sinensis (40000 µg mL^-1), Morinda citrifolia (250000 µg mL^-1) y Origanum vulgare (50 000 µg mL^-1), fueron evaluados por sus propiedades antibacterianas, antioxidantes e inmunoestimulantes. Se inició el estudio evaluando las propiedades microbicidas de los extractos contra Vibrio spp. patógenos del camarón, así como sus características antioxidantes. Posteriormente, se encontró la concentración inhibitoria mínima y la concentración bactericida mínima (MBC) para determinar concentraciones subletales como parte de una estrategia antivirulencia. Los extractos mantuvieron la capacidad de interrumpir la bioluminiscencia y/o la formación de biopelículas en un amplio rango de dilución por debajo del MBC (alrededor de 10 a 50 veces el MBC); 1450 a 145 µg mL^-1 para A. sativum, 2000 a 200 µg mL^-1 para C. sinensis, 12500 a 1250 µg mL^-1 para M. citrifolia y 2500 a 250 µg mL^-1 para O. vulgare. Todos los extractos de plantas exhibieron características antioxidantes, modulando de manera diferencial la generación de superóxido según el extracto de la planta, sin afectar significativamente las tasas de generación de superóxido, a las concentraciones más bajas ensayadas. Los resultados más consistentes se obtuvieron del ensayo realizado con extracto de A. sativum, el cual exhibió poderosas propiedades para eliminar el superóxido de los hemocitos no estimulados en concentraciones que oscilaron entre 14500 y 1,45 µg mL^-1. En estanques de tierra experimentales (400 m², cuatro repeticiones por tratamiento), los camarones tratados con extractos de plantas añadidos al alimento en concentraciones inmunomoduladoras (A. sativum: 36 µg por g, M. citrifolia: 36 µg por g) exhibieron una melanosis reducida. Además, los camarones tratados con A. sativum tuvieron el mayor tamaño a la cosecha. Estos resultados indican que los extractos acuosos de A. sativum, C. sinensis, O. vulgare y M. citrifolia pueden promover la salud de los camarones debido a sus propiedades antioxidantes, inmunomoduladoras y antimicrobianas.