Investigating the Potential of Dietary Gamma-Aminobutyric Acid and Taurine Supplementation to Mitigate Temperature Stress in Juvenile Olive Flounder (Paralichthys olivaceus)

Abstract

This study examined the effects of dietary GABA and taurine supplementation on the physiological resilience of olive flounder (Paralichthys olivaceus) under acute temperature stress. In the first experiment, 360 juvenile flounder (initial weight: 12.97 ± 0.1 g) were assigned to six diets with increasing GABA levels and subjected to two stress scenarios: lethal temperature (31 °C for 48 hours) and acute temperature (29 °C for 6 hours). Growth performance, survival, plasma-free amino acid profiles, antioxidant enzyme activities, immune responses, and the expression of stress-related genes (hsp60, hsp70, hsp90, and wap65) were evaluated. GABA supplementation had no significant impact on growth, survival, or molecular stress responses, suggesting its limited efficacy under extreme temperature conditions. In the second experiment, 420 juvenile flounder (initial weight: 12.97 ± 0.1 g) were fed seven diets with increasing taurine levels. While growth performance was unaffected, taurine significantly reduced whole-body crude lipid content and cortisol levels. Despite these changes, taurine supplementation did not improve survival under lethal temperature stress or significantly enhance antioxidant and immune functions. Expression levels of stress-related genes remained unchanged, indicating limited molecular adaptation to acute stress. In the third experiment, 540 juvenile flounder (initial weight: 4.68 ± 0.03 g) were fed nine diets combining GABA and taurine. The interaction of these two supplements resulted in significant improvements in growth performance, with higher final body weight and specific growth rate compared to the control. Plasma analyses revealed main effects of GABA on glutamate oxaloacetate transaminase (GOT) and triglyceride (TG) levels, while taurine primarily influenced TG. Acute temperature stress led to elevated glutamate pyruvate transaminase (GPT) and glucose (GLU), but no significant effects on immunoglobulin M (IgM), catalase (CAT), or cortisol (CORT) were observed. This study highlights the potential of GABA and taurine in improving the health status and metabolic efficiency of olive flounder. While GABA showed no significant effects on the parameters assessed, its safety is confirmed as it did not cause negative impacts, though its mitigatory effects on temperature stress remain inconclusive. Taurine, however, demonstrated potential in enhancing temperature resilience by modulating cortisol and free amino acid metabolism. The synergistic effects of these two supplements were most evident in the improved growth performance, particularly at a concentration of 65 ppm GABA and 1.7% taurine inclusion. Future applications for dietary optimization should consider factors such as optimal dosage, purity, stress duration, species-specific responses, and interactions with other physiological pathways or synergistic compounds. Further research in these areas could provide valuable insights and practical strategies to enhance aquaculture practices. Additionally, exploring alternative delivery methods, such as encapsulation, may improve the bioavailability and efficacy of these supplements under various stress conditions. Long-term studies are essential to understand the cumulative effects of GABA and taurine on fish health, particularly in relation to prolonged or repeated stress exposure.|본 연구는 사료 내 gamma-aminobutyric acid (GABA)와 타우린의 첨가가 치어기 넙치의 급성 수온 스트레스 반응에 미치는 영향을 조사하여, GABA 와 타우린의 수온 스트레스 내성 향상 효과를 구명하고자 수행되었다. 총 3 개의 연구로 구성되었으며, 첫 번째 연구는 사료 내 GABA 첨가가 치어기 넙치의 수온 스트레스 내성 향상에 미치는 효과를 연구한 것이며, 두 번째 연구는 사료 내 타우린 첨가가 치어기 넙치의 수온 스트레스 내성 향상에 미치는 효과를 연구한 것이며, 세 번째 연구는 사료 내 GABA 와 타우린 복합 첨가가 치어기 넙치의 수온 스트레스 내성 향상에 미치는 효과를 연구한 것이다. 첫 번째 연구에서는 360 마리의 치어기 넙치(초기 무게: 12.97 ± 0.1 g)를 대상으로 사료 내 GABA 첨가 수준을 달리하여 총 6 종의 실험사료(70, 174, 275, 396, 476 및 516 mg GABA/kg diet)를 8 주간 공급하였다. 사육실험 종료 후, 치명적 수온 스트레스 조건(19.5°C 에서 1°C/30 분 증가 후 31°C)과 급성 수온 스트레스 조건(29°C 에서 급성으로 6 시간 노출)에서 스트레스 노출 실험을 진행하였다. 치어기 넙치의 성장도, 생존율, 유리아미노산 구성, 항산화 효소 활성, 면역 반응 및 스트레스 관련 유전자(hsp60, hsp70, hsp90, wap65)의 발현을 평가하였다. 사료 내 GABA 의 첨가는 치어기 넙치의 성장도와 치명적 수온 스트레스 반응에 유의미한 영향을 미치지 않았으며, 아울러 급성 수온 스트레스 반응에서도 분석한 항목에서 유의미한 차이가 나타나지 않았다. 이러한 연구결과는 극심한 수온 조건 하에서는 GABA 의 첨가 효능이 제한적일 수 있음을 시사한다. 두 번째 연구에서는 420 마리의 치어기 넙치(초기 무게: 12.97 ± 0.1 g)를 대상으로 사료 내 타우린 첨가 수준을 달리하여 총 7 종의 실험사료(0.13, 0.56, 0.96, 1.50, 2.01, 2.54 및 2.87%)를 8 주간 공급하였다. 사육실험 종료 후 첫 번째 실험과 유사한 수온 스트레스 조건에 실험을 진행하였다. 사료 내 타우린 첨가는 치어기 넙치의 성장도에는 영향을 미치지 않았으나, 타우린 첨가는 어체 내 조지방 조성에 영향을 미쳤다. 아울러, 급성 수온 스트레스 노출에 따른 스트레스 반응으로 코르티솔 수치가 증가하였으며, 타우린을 첨가한 실험구에서 유의하게 낮은 코르티솔 수치가 관찰되었다. 다만, 치명적 수온 스트레스 조건에서는 타우린 첨가에 따른 유의미한 차이는 관찰되지 않았다. 세 번째 연구에서는 540 마리의 치어기 넙치(초기 무게: 4.68 ± 0.03 g)를 대상으로 사료 내 GABA 와 타우린을 복합 첨가하여 복합 첨가 수준을 달리한 총 9 종의 실험사료(65, 269 및 539 mg GABA/kg diet 와 0.14, 1.23, 및 1.70% 타우린을 각각 복합 첨가)를 8 주간 공급하였다. 사육실험 종료 후 앞서 언급한 수온 스트레스 조건에 실험을 진행하였다. 사육실험 종료 후 사료 내 GABA 와 타우린 복합첨가에 따른 성장도 향상 효과가 관찰되었으며, 특히 65ppm GABA 와 1.7% 타우린 농도에서 유의하게 높은 최종 체중과 일간성장률을 나타내었다 (P < 0.05). 혈장 내 대사물질 분석에서는 GABA 첨가가 글루타메이트 옥살로아세트산 트랜스아미나제(GOT)와 트리글리세리드 수준에 주요 영향을 미친 반면, 타우린 첨가는 주로 TG 수준에 주요한 영향을 미쳤다. 급성 수온 스트레스는 글루타메이트 피루브산 트랜스아미나제(GPT)와 글루코스 수준을 증가시켰으나, 면역글로불린 M(IgM), 카탈라아제, 또는 코르티솔 수준에 유의미한 영향은 관찰되지 않았다. 본 연구를 통해서 사료 내 GABA 와 타우린 첨가는 수온 스트레스 노출 시 치어기 넙치의 건강 상태와 대사 효율을 향상시켜 스트레스 내성을 향상시킬 수 있는 잠재력이 있음을 확인하였다. GABA 는 분석된 측정항목에 대해 유의미한 영향을 미치지 않았으나, 반대로 높은 수준으로 첨가 시 어류의 성장도 및 스트레스 반응에 부정적인 영향을 미치지 않았음이 확인되어 사료 내 첨가제로써 안전성이 확인되었다. 반면, 사료 내 타우린 첨가는 코르티솔 수준과 유리아미노산 대사를 조절하여 수온 스트레스에 대한 내성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 향후 사료 내 GABA 와 타우린 첨가의 최적 수준, 순도, 스트레스 지속 시간, 종 특이적 반응 및 다른 생리적 경로 또는 화합물과의 상호작용 등을 신중하게 고려해야 한다. 이러한 분야에서의 추가 연구는 기후위기에서 지속가능한 양식을 위해 유용한 통찰력과 실용적인 대안을 제공해 줄 수 있다.