Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2024.

Bibliography: pages 130-134.

Antibiotic resistance is a global issue that poses a severe threat to public health. Therefore, searching for an eco-friendly antimicrobial agent that can effectively combat antibiotic-resistant pathogenic microorganisms is essential. Nano-sized inorganic compounds have demonstrated remarkable antimicrobial activity, and the current study aims to assess the therapeutic effectiveness and antimicrobial activity of chemically synthesized ZnO nanoparticles (ZnO NPs) against a pathogenic strain of Streptococcus parauberis (S. parauberis) in Nile tilapia. Additionally, this study aims to evaluate potential adverse effects, including in vivo haematological, biochemical, and histopathological changes in the fish.
To achieve these objectives, in vitro antimicrobial assessment of ZnO NPs against S. parauberis was conducted using Well diffusion test, minimum inhibitory concentration (MIC), minimum bactericidal concentration (MBC), viability test through 2, 3, 5-triphenyl-2H-tetrazolium chloride (TTC) and transmission electron microscopy (TEM) imaging. The results showed that ZnO NPs exhibited clear inhibition of visible bacterial growth at 0.125 mg/ml and 0.250 mg/ml, as indicated by the MIC and MBC, respectively. The bacterial cell viability was significantly reduced via adherence of the ZnO NPs to the cell membranes and disruption of the membrane integrity, along with leakage of cellular protein that was validated by the protein Bradford assay.
For the in vivo safety assessment, 120 fish were divided into four groups of different high dietary doses (0, 125, 250 and 500 mg/kg dry feed) of ZnO-NPs of average size (30±5 nm) on Nile tilapia for 7 successive days. Safety experiment results revealed that feeding Nile tilapia on a diet supplemented with ZnO NPs (125 mg/kg dry feed) significantly increased Hb concentration, PCV%, and RBCs count. The highest concentration of Zn residues in muscle (20.49 ±1.75 ppm) was in the group fed on 500 mg ZnO NPs/Kg dry feed. Following the safety studies, 120 fish were divided into four groups. Group 1 (G1) served as the negative control, while G2, G3, and G4 were challenged intraperitoneally with S. parauberis. Group 2 (G2) was the positive control group and fed on a basal diet without medication. G3 and G4 were treated with ZnO NPs (125 mg/kg basal diet) and ampicillin (50mg/kg basal diet) supplemented diet, respectively, for 7 successive days as soon as clinical signs of streptococcosis appeared. Fish were carefully observed throughout the experimental period for any abnormalities in fish behaviour, clinical alterations and mortalities for 16 days post-challenge. Blood and tissue samples were collected from different experimental groups to evaluate hematological, biochemical, immunological, and histopathological alterations throughout the experimental period. Survival rates were 100% (G1), 46.67% (G2), 53.34% (G3), and 53.34% (G4). Several adverse changes in haematological, biochemical, immunological parameters and histopathological alterations were recorded in the challenged groups. Treatment of Nile tilapia with dietary doses of ZnO NPs or Ampicillin ameliorated the effect of S. parauberis infection in Nile tilapia. Despite the nontoxic impact of high doses of ZnO NPs on Nile tilapia for a short duration, they need further improvement to achieve a higher survival rate to control the S. parauberis infection.

مقاومة المضادات الحيوية هي قضية عالمية تشكل تهديدا خطيرا للصحة العامة. ولذلك، من المهم البحث عن عامل مضاد للميكروبات صديق للبيئة يمكنه مكافحة الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض المقاومة للمضادات الحيوية بشكل فعال. أظهرت المركبات غير العضوية بحجم النانو نشاطًا ملحوظًا مضادًا للميكروبات، وتهدف الدراسة الحالية إلى تقييم الفعالية العلاجية والنشاط المضاد للميكروبات لجسيمات أكسيد الزنك متناهية الصغر المصنعة كيميائيًا (ZnO NPs) ضد سلالة ممرضة من بكتيريا Streptococcus parauberis (S. parauberis) في البلطي النيلي. وبالإضافة إلى ذلك، تهدف هذه الدراسة إلى تقييم أي آثار سلبية محتملة، بما في ذلك التغيرات الدموية والكيميائية الحيوية والنسيجية المرضية في أسماك البلطي النيلي.
ولتحقيق هذه الأهداف، تم تقييم جسيمات أكسيد الزنك متناهية الصغر مختبريا ضد S. parauberis وذلك من خلال تحديد الحد الأدنى من التركيز المثبط (MIC)، وكذلك الحد الأدنى من تركيز مبيد الجراثيم (MBC)، واختبار حيوية البكتيريا وتصوير الجسيمات متناهية الصغر وكذلك البكتيريا باستخدام المجهر الإلكتروني النافذ (TEM). وقد أظهرت النتائج أن جسيمات الزنك متناهية الصغر أظهرت تثبيطًا واضحًا للنمو البكتيري المرئي عند 0.125 ملجم/مل و0.250 ملجم/مل، كما هو موضح بواسطة MIC وMBC، على التوالي. كما تمكنت جسيمات الزنك متناهية الصغر من تقليل حيوية الخلايا البكتيرية بشكل كبير من خلال التصاقها بأغشية الخلايا البكتيرية وتعطيل سلامة الغشاء، إلى جانب تسرب البروتين الخلوي.
ولاختبار سلامة الجسيمات متناهية الصغر داخل الجسم الحي، تم تقسيم 120 سمكة من أسماك البلطي النيلي إلى أربع مجموعات تتناول جرعات غذائية مختلفة (0، 125، 250 و500 ملغم/كغم من العلف الجاف) من الجسيمات متناهية الصغر بمتوسط حجم (30±5 نانومتر) لمدة 7 أيام متتالية. أظهرت نتائج تجارب السلامة أن تغذية البلطي النيلي على علائق مكملة بـجسيمات زنك متناهية الصغر (125 مجم/كجم من العلف الجاف) أدى إلى زيادة ملحوظة في تركيز الهيموجلوبين ونسبة الهيماتوكريت وعدد كرات الدم الحمراء. كما أظهرت النتائج زيادة تركيز بقايا الزنك في عضلات الأسماك التى تغذت على علف مكمل بجسيمات أكسيد الزنك وكان أعلى تركيز لبقايا الزنك في العضلات (20.49 ± 1.75 جزء في المليون) في المجموعة التي تم تغذيتها على 500 ملجم من أكسيد الزنك متناهى الصغر/كجم من العلف الجاف. وبعد دراسات السلامة، تم تقسيم 120 سمكة إلى أربع مجموعات. كانت المجموعة الأولى (G1) بمثابة مجموعة ضبط السلبية، في حين تمت عدوى المجموعات الثلاثة الأخرى داخل التجويف البروتوني باستخدام S. parauberis. وقد كانت المجموعة الثانية (G2) بمثابة المجموعة الضابطة الإيجابية وتم تغذيتها على نظام غذائي أساسي بدون أدوية. كما عولجت المجموعتين الثالثة والرابعة باستخدام جسيمات أكسيد الزنك متناهية الصغر(125 مجم/كجم من النظام الغذائي الأساسي) والأمبيسيلين (50 مجم/كجم من النظام الغذائي الأساسي)، على التوالي، لمدة 7 أيام متتالية بمجرد ظهور العلامات السريرية لداء المكورات العقدية. تمت ملاحظة الأسماك بعناية طوال الفترة التجريبية بحثًا عن أي تشوهات أو تغيرات في سلوك الأسماك والتغيرات السريرية وملاحظة الوفيات لمدة 16 يومًا بعد التحدي. تم جمع عينات الدم والأنسجة من مجموعات تجريبية مختلفة لتقييم التغيرات الدموية والكيميائية الحيوية والمناعية والنسيجية طوال فترة التجربة. وكانت معدلات البقاء على قيد الحياة 100% (G1)، 46.67% (G2)، 53.34% (G3)، و53.34% (G4). تم تسجيل العديد من التغيرات السلبية في عوامل الدم والكيمياء الحيوية والمناعية والتغيرات التشريحية المرضية في المجموعات المرضية. أدى علاج البلطي النيلي بجرعات غذائية من ZnO NPs أو الأمبيسلين إلى تحسين تأثير عدوى S. parauberis في البلطي النيلي. ولكن على الرغم من ذلك إلا أنها تحتاج إلى مزيد من التحسين لتحقيق معدلات بقاء أعلى للسيطرة على عدوى S. parauberis

Issues also as CD.

Text in English and abstract in Arabic & English.