MIT Mühendisleri, Yetiştirilen Balıklar İçin Daha Güvenli ve Verimli Aşı Sistemi Geliştirdi

Su geçirmeyen mikroiğneler, gıda sınıfı ipekten üretilerek yetiştiricilikte hastalıkların yayılmasının önlenmesine yardımcı olabilecek aşıların verilmesini sağlayabilir.

Zach Winn

|

MIT News

Yayın Tarihi

İletişim:

Abby

Abazorius

E-posta:

Telefon:

617-253-2709

MIT News Ofisi

Medya İndirme

↓

Açıklama

“Çiftçiler bu balıkların sağlık bakımını gerçekten önemsiyor, bu yüzden onlara daha iyi araçlar sağlamak gerçekten önemli,” diyor Benedetto Marelli.

Kaynak

Kaynak: Getty Images

↓

Açıklama

Araştırmacıların geliştirdiği mikroiğneler, su geçirmez bir bariyer sağlamak amacıyla gıda sınıfı bir reçine olan şelakın ince bir katmanını içeriyor ve altında boşluklu ipek mikroiğne ucu bulunuyor. Mikroiğneler balık derisine hafifçe nüfuz edebilir ve parçalanmadan önce bağlı kalabilir.

Kaynak

Kaynak: Araştırmacıların izniyle, MIT News tarafından düzenlendi

*Kullanım Şartları:

MIT News ofisi web sitesinde indirilebilecek görseller, ticari olmayan kuruluşlara, basına ve genel halka
Creative Commons Atıf-Ticari Olmayan-Dovizsiz lisansı altında sunulmaktadır.
Sağlanan görselleri boyutlandırmak dışında değiştiremezsiniz. Görselleri yeniden üretirken bir atıf satırı kullanılmalıdır; aşağıda sağlanmamışsa
görselleri “MIT” olarak alıntılayın.

Görsel Kaynağı: MIT News

Açıklama

“Çiftçiler bu balıkların sağlık bakımını gerçekten önemsiyor, bu yüzden onlara daha iyi araçlar sağlamak gerçekten önemli,” diyor Benedetto Marelli.

Kaynak

Kaynak: Getty Images

Görsel Kaynağı: MIT News

Açıklama

Araştırmacıların geliştirdiği mikroiğneler, su geçirmez bir bariyer sağlamak amacıyla gıda sınıfı bir reçine olan şelakın ince bir katmanını içeriyor ve altında boşluklu ipek mikroiğne ucu bulunuyor. Mikroiğneler balık derisine hafifçe nüfuz edebilir ve parçalanmadan önce bağlı kalabilir.

Kaynak

Kaynak: Araştırmacıların izniyle, MIT News tarafından düzenlendi

Havuzlar veya göletlerde yetiştirilen balıklar, dünya çapında giderek daha önemli bir beslenme kaynağı haline geliyor. Ne yazık ki hastalık salgınları su ürünleri yetiştirciliğinde önemli kayıplara yol açabiliyor.

Balık yetiştiricileri, sıradan çiftçiler gibi hastalık salgınlarını önlemek için aşılar kullanıyor; ancak bir balığı aşılamak, bir inekşi aşılamaktan çok daha zor. Bugün balıkları aşılamanın en etkili yolu iğne kullanmak, ancak bu sürecin hem balıklar hem de yetiştiriciler için birkaç olumsuz yanı var.

Şimdi MIT ve ABD Tarım Bakanlığı’ndan oluşan bir araştırmacı ekibi, aşı teslimi için potansiyel olarak daha iyi bir yöntem geliştirdi. Bu yaklaşım, balık derisine hafifçe nüfuz edip çürümeden önce deride kalabilen, suya dayanıklı ve gıda için güvenli mikroiğneler kullanıyor. ACS Nano dergisinde yayımlanan yeni bir makalede araştırmacılar sistemlerini tanıtarak, bakteriyel aşılar gibi çeşitli yüklerin tesliminde kullanılabileceğini gösterdi.

“Dünyayı beslemek için daha fazla balığa ihtiyacımız var; balıklar protein ve beslenme açısından büyük bir kaynak,” diyor Sivil ve Çevre Mühendisliği Bölümü’nden profesör Benedetto Marelli. “Su ürünleri yetiştirciliği, büyük miktarda balık üretmenin çok etkili bir yolu. Yaklaşımımız, çiftçilere balık sağlığını korumalarında daha isabetli bir araç sağlayabilir. Çiftçiler bu balıkların sağlık bakımını gerçekten önemsiyor, bu yüzden onlara daha iyi araçlar sağlamak gerçekten önemli.”

Makalede Marelli’ye katılan araştırmacılar şunlar: makalenin ilk yazarı ve MIT doktora sonrası araştırmacısı Meng Li; Jad Raad MEng ’24; Yale Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacısı ve PhD ’22 Yunteng Cao; eski MIT doktora sonrası araştırmacısı Yue Hu; MEng ’23 Colleen Wolfe; eski MIT doktora sonrası araştırmacısı Doyoon Kim; güncel MIT doktora sonrası araştırmacısı Bradley Frank; ve ABD Tarım Bakanlığı’ının Soğuk ve Soğuk Sulu Ürünler Yetiştiriciliği Ulusal Merkezi’nden araştırmacı Gregory Wiens.

Daha iyi aşı teslimi

Ticari su ürünleri yetiştiriciliği, gıda güvensizliğini giderme, enerji tüketimini azaltma ve küresel gıda sistemlerini karbonfosuzlaştırma konusunda büyük potansiyel taşıyor. 2021 yılında, ilk kez, küresel gıda üretiminde yetiştirilen su hayvanlarının ağırlığı, avlanan su hayvanlarının ağırlığını geride bıraktı.

“Dünya nüfusu 2050’ye kadar neredeyse 2 milyar kişi artacak,” diyor Marelli. “Balıklar, temel besin öğelerine erişim sağlıyor. Yüksek protein ve sağlıklı yağ içeriyorlar; bunlar üretmek zor olduğu için dünya daha fazla balık üretmeye çalışıyor. Ancak balıkçılıkla ilgili birçok zorluk var.”

Kayıpları hastalıklardan korumak için çiftçiler, her birinin kendi dezavantajları bulunan çeşitli otomatik ve manuel aşılama stratejileri kullanıyor. Bazı tedaviler balık yemine karıştırılabilir, ancak bunlar her balığa ulaşamayabilir. Başka bir yöntem, tedaviyi doğrudan havuza eklemek ve balıkları tedavi edilen suda bekletmek. Bu yaklaşım çok daha yüksek miktarlarda tedavi gerektirir ve yine %100 etkili değildir.

Balıkları aşımanın en etkili yolu metal iğnelerdir. Süreç, çiftçilerin balıkları uyutmasını, ardından onları sudan alıp bir iletki banta yerleştirmesini, burada işçilerin balıkları aşılayıp zararı en aza indirmek için tekrar suya geri koyması gerektiğini gerektirir.

“İşçiler balıkları tek tek enjekte eder,” açıklıyor Li. “Yüksek yoğunluklu bir iş; kan yoluyla bulaşan hastalıkların çapraz bulaşması riski var ve işçiler o kadar hızlı çalışıyorlar ki kendilerini yanlışlıkla batırmış olabilirler. Yani emek yoğunlu, maliyetli, balıklar için stresli ve işçiler için tehlikeli.”

Marelli’nin laboratuvarı yıllardır bitkilere besin öğeleri ulaştırmak için ipek mikroiğneler geliştiriyor. İpek, gıda kaplamalarında insan tüketimi için güvenli olarak sınıflandırılmış ve zamanla vücutta ya da çevrede parçalanabilir.

Yıllar önce Marelli, su ürünleri yetiştiriciliğinin su kaynağı gıda tedarikinde özellikle önemli olduğu Güneydoğu Asya’daki bir konferansta balıkları aşılanmasında karşılaşılan zorlukları öğrendi. Laboratuvarı, geliştirdiği ipek platformunu balıklar için suda kullanılabilir hale getirmeyi araştırmak için Abdul Latif Jameel Su ve Gıda Sistemleri Laboratuvarı (J-WAFS) desteği aldı. Ancak ilk dönemdeki ipek tasarımları suyla temas ettiğinde hızla eriyordu; aşıyı anında salıyordu ve balık derisine nüfuz edemiyordu.

Biyomedikal mühendisi Li, 2022’den itibaren Marelli’nin laboratuvarında projeye başladı. 2024’te ABD Tarım Bakanlığı’ndan (USDA) bir burs aldı; bu burs hem finansal destek hem de ajanstaki ve onun ötesindeki işbirlikçilerle önemli bağlantılar sağladı. Örneğin, ABD Jeoloji Araştırmaları Kurumu (USGS), araştırmacılara alabalık için bir DNA aşıya erişim sağladı.

Marelli, ipeğin suyla temas ettiğinde yumuşama eğilimini aşmanın yolunu bulan Li’yi ödüllendiriyor. Yeni makalede betimlenen sistem, ipek mikroiğneleri suya dayanıklı kılmak için gıda kaplamasında ve haplarda kullanılan böceklerce salgılanan bir reçine olan şelakın ince bir katmanını kullanarak, balık enjeksiyonundan önce bütünlüğünü koruyan bir nem bariyeri sağlıyor.

“Malzeme seçimi kritik çünkü gıyla uğraşıyoruz; hatta mikoiğnenin balıktan düşeceğini ya da vücudunda parçalanacağını bekliyoruz,” diyor Li. “Kriterlerimiz hem balıklar hem de insanlar için güvenlikti.”

Araştırmacılar, mikoiğnelerin çeşitli aşıları saklayabildiğini gösterdi ve suda daha uzun süre dayan ya da aşıyı daha hızlı salan mikoiğne sürümlerini kanıtladı.

“Bazı durumlarda aşıyı 15 dakika içinde salmak isteyebilirsiniz; ancak diğer durumlarda salım 10 ya da 24 saate kadar sürebilir,” diyor Li. “Bu, aşıların ötesinde diğer terapötik kullanımlar için daha iyi olabilir.”

Mikoiğneler, aynı zamanda dört hafta boyunca kuru koşullarda saklandığında DNA plazmidlerinin yapısının yarısını koruyabildi.

“Bu kararlılık önemli, özellikle son mil teslimatı için, çünkü su ürünleri yetiştiriciliği çoğunlukla kırsal alanlarda yapılıyor,” diyor Marelli. “Bu, çiftçilerin soğuk zinciri sürdürmek için altyapıya güvenirlik gerektirmemelerini sağlıyor.”

Su ürünlerini koruma

Tarım hayvanları için üretilen aşılar gibi, su ürünleri aşıları da hastalığa maruz kalmadan önce yaşamın erken döneminde uygulandığında en etkili olur. Bu da çiftçilerin enjekte etmek istediği balıkların küçük olması anlamına gelir ve bu da aşılamayı daha da zorlaştırır. Araştırmacılar, yaklaşımlarının küçük balıkları aşılamak için daha iyi bir yol sunabileceğine inanıyor ve bunu alabalıkta test ettiler.

“Albalık su ürünleri yetiştiriciliğinde karşılaştığımız en büyük zorluklardan biri, balığın yaşamının erken döneminde hastalığı önlemek; çünkü iğne temelli geleneksel aşılama, balıklar yaklaşık 30 grama ulaşana kadar iyi çalışmıyor ve bu da en küçük genç balıkları kritik büyüme döneminde korumasız bırakıyor,” diyor Wiens. “Araştırmamızın gösterdiği şey, gıda sınıfı ipi örneği mikroiğnelerinin aşıları su altında, 1 ile 2 gram arasında balıklara ulaştırabilmesi. Bu tek kullanımlık mikoiğneleri ıslak deriyi delecek, balık yüzerken bağlı kalacak ve ya bakterin ya da DNA aşılarını kontrollü bir şekilde salacak şekilde tasarladık.”

Araştırmacılar, cihazlarının su ürünleri çiftliklerinde ölçekli şekilde sorunsuz kullanabilmesi için hala yapılması gereken işler olduğunu söylüyor. Ancak bu makalenin önemli bir ilk adım olduğuna inanıyorlar.

“Bu teknolojinin daha da geliştirilebileceğine inanmamız için tüm bileşenlere sahibiz,” diyor Marelli. “Su ürünleri yetiştiriciliği ve su ürünleri aşılamasıyla şu an çok sayıda zorluk var. Çiftçilerin güvenli şekilde çalışmasını, çalışma koşullarını iyileştirmesini, işlerini korumasını, aşılamayı daha erişilebilir hale getirmesini ve nihayetinde su ürünlerinin yaşam koşullarını ve dolayısıyla tükettiğimiz gıdanın kalitesini iyileştirmesini desteklememiz gerekiyor. Bu yeni teknoloji çok daha etkili ve güvenli bir yaklaşım olabilir.”

Araştırma, kısmen MIT’nin Abdul Latif Jameel Su ve Gıda Sistemleri Laboratuvarı ve ABD Tarım Bakanlığı tarafından desteklendi.