av Alexandre Brame, Innovationschef, Nolivade, Stéphane Frouel, Vattenbruksprojektledare och Maxime Hugonin, Produktchef för vattenbruk, Mixscience, Frankrike
Alexandre Brame, Stephane Frouel och Maxime Hugonin rapporterar om ett fältförsök i Frankrike för att utvärdera potentialen hos en mikrobiell lösning för att fördelaktigt modulera mikrobiom i öringodlingssystem och förbättra resistens och prestanda från kläckning av ägg till tidiga ungars stadium av regnbåge Oncorhynchus mykiss.
Bland de odlade vattenlevande arterna, regnbåge är en av de viktigaste. Vissa experter har beräknat att världens konsumtion av regnbåge kommer att nå 950, 000 metriska ton (mt) årligen bara under första kvartalet 2020. Majoriteten av denna volym kommer att tillhandahållas av vattenbruk, med den globala försäljningsvolymen för odlad öring som förväntas nå cirka 830, 000 ton (t).
De fortsatt relativt höga kostnaderna för lax har fått regnbåge att etablera sig som en billigare alternativ fisk, erbjuder många av samma hälsofördelar. Specialisterna förutspår en sammansatt årlig tillväxttakt för den världsomspännande marknaden för regnbåge på cirka fem procent under de kommande 10 åren.
Dock, Sjukdomar är ett primärt problem inom öringvattenbruk och kan allvarligt påverka dess ekonomiska utveckling i många länder. Utvecklingen av en fisksjukdom är resultatet av interaktionen mellan patogener, värdar och miljön. Många studier har rapporterat att vattenbehandlingar kan vara en indirekt drivkraft för att forma bakteriesamhällena i miljön, hud, gälar och mag-tarmkanalen, brukar kallas "mikrobiomer", av vattenlevande djur.
Dessa mikrober tros spela viktiga roller i värdutveckling, immunitet, matsmältning och näring. Tvärtom, skadliga bakterier kan spela en omvänd roll. Sjukdomarna som påträffas hos regnbåge inkluderar:de som orsakas av bakterier (Aeromonas spp., Yersinia spp., bakteriell njursjukdom, Flavobacterium spp., …), parasiter (Gyrodactylus, Chilodonella, Trichodina, Epistylis, Trichophrya, Ichthyopthirius, Ichtyobodo, proliferativ njursjukdom, angrepp av amöbiska gälar, Coleps), svampar (Saprolegnia), och virus (infektiös pankreasnekros, viral hemorragisk septikemi, och infektiös hematopoetisk nekros).
Skulle det uppstå en störning som orsakar obalans, eller dysbios, i det kommensala mikrobiomet, fisken kan vara mer sårbar för patogen infektion. Verkligen, mag-tarmkanalen, förutom huden, gälar och varje modifiering av miljövatten, är kända för att vara de viktigaste inträdesvägarna för potentiellt patogena mikroorganismer i fisk.
De förvaltningsmetoder som utformats för att förhindra uppkomsten av sjukdomar eller försämring av vattenkvaliteten är avgörande för ett framgångsrikt jordbrukssystem. En stark biosäkerhet/profylax för att undvika att sjukdomar uppstår är obligatoriskt för en framgångsrik produktion. Bland detta, infektionen skulle kunna förhindras genom att skydda kläckningsägg och kontrollera vattenmikrofloran i fiskens tidiga stadier.
Effekten av nya produkter för att bevara en stabil och hälsosam mikrobiom av odlade laxfiskar, särskilt de av mikrobiella lösningar, får mer uppmärksamhet i takt med att vattenbruksmetoderna utvecklas i linje med restriktioner för antibiotika och kemikalier för att behandla djuret och vattnet.
Arter av Bacillus sp. är sporbildande bakterier som är resistenta mot aggressiva fysiska och kemiska förhållanden. Olika arter uppvisar ovanliga fysiologiska egenskaper som gör att de kan överleva i olika miljöförhållanden inklusive sötvatten, marina sediment, ökensand, heta källor, arktiska jordar och mag-tarmkanalen hos fisk och skaldjur.
Applicering av Bacillus spp. eftersom probiotika i foder eller för biosanering av odlingsvatten har stor potential för ett hållbart vattenbruk. Arter av Bacillus spp. kan spela en önskvärd roll för att upprätthålla optimal vattenkvalitet och jämvikt, vilket innebär en stressminskning, leder till en förbättrad immunofysiologisk balans, högre tarmbalans, bättre tillväxt och förbättrad överlevnad hos målvattenlevande djur.
I den aktuella forskningen, vi visade potentialen hos en mikrobiell lösning baserad på utvalda Bacillus sp. stammar (Nolivade, Frankrike) appliceras direkt i odlingsvattnet i tidiga stadier av regnbåge.
Eftersom det antogs att komplettering av jordbruksvatten med mikrobiell lösning skulle modulera strukturen av tarmmikrobiotan, det primära syftet med denna studie var att karakterisera tarmmikrobiotan hos odlad regnbåge med eller utan mikrobiell lösning i produktionssystemet. Därför, det sekundära syftet med denna forskning var att utvärdera nyttiga bakteriers förmåga att förhindra dödlighet eller förlust av zooteknisk prestanda under en sanitär utmaning (patogena bakterier, svampar eller virus).
Forell raceway försök
Försöket med regnbåge genomfördes i inomhus 1300 liters (l) löpbanor i en privat öringfarm i Frankrike. Kontinuerligt vattenflöde (med medeldebitering på 0,6 l/s) applicerades. Alla experimentella löpbanor var anslutna till en gemensam dekanteringsenhet utformad för att mekaniskt filtrera vattnet. Temperatur, salthalt, och syrehalten baserades på omgivningsförhållandena i floden som var ansluten till gården. Fyra löpbanor användes för kontroll (CTRL) och fyra andra för experimentell Nolivade-produkt (EXP).
Innan kläckning, 50, 000 öringägg deponerades på speciella hyllor som skickades i varje löpbana. Initialt, äggen nedsänktes under en dag i en lösning innehållande den mikrobiella lösningen (2 g produkt utspädd i 10 l vatten), och sedan applicerades det i sin ursprungliga pulverform, direkt i vatten från dag ett efter kläckning till dag 60. Denna mikrobiella lösning applicerades i en dos ekvivalent med 1,10e5 CFU/l vatten i loppet.
På dag 60, för mikrobiotaanalys, 12 unga ungdomar provtogs per grupp, sköljs med sterilt vatten och krossas sedan för att extrahera DNA för att påvisa förändringar i strukturen hos regnbågsforellens mikrobiota.
Proverna förvarades i frys -80ºC fram till bearbetning. För total DNA-extraktion, det kommersiella QIAamp® DNA Stool Mini-kit (QIAGEN) användes enligt tillverkarens instruktioner. Sedan, V4-regionen av 16S-ribosomsubenhetsgenen amplifierades med primrar innehållande överlappande region med Illumina-plattformsprimrar.
Efter verifiering av amplikonernas kvalitet, prover sekvenserades med hjälp av Illumina MiSeq-plattformen (parad-end-bibliotek) med 250-cyklers V2-kit. Bioinformatikanalysen utfördes genom programvaran MOTHUR v.1.36.1. Taxonomisk klassificering erhölls med hjälp av SILVA Database.
Till sist, kumulativ dödlighet och tillväxtprestanda mättes. Veterinärdiagnostik gjordes under hela försöket för att identifiera sjukdomar som uppstått på gården under försöksperioden och för att observera hur de påverkar fisken.
Den mikrobiella lösningens inverkan på tarmmikrobiota, sjukdomsresistens och prestanda hos öring
Omfattande taxonomiska baslinjer för mikrobiella taxa kan ge en bra överblick över regnbågsforellens friska status. Det antas att bakteriesläkten som vanligtvis finns i fiskens tarm, inklusive Vibrio, Aeromonas, Clostridium, Flavobacterium, Edwarsiella, Pseudomonas, Photobacterium, Renibacterium, Serratia, Yersinia, är stammar som kan orsaka sjukdomar.
Många av dessa mikrober utgör ofta mindre komponenter i tarmmikrobiomet och dyker bara upp som opportunister när fisken är stressad eller när dess immunförsvar är nedsatt. Mycket av litteraturen hänvisar ofta till obalanser eller störningar i fiskens tarmmikroflora och de potentiella negativa effekter som kan uppstå som ett resultat.
I föreliggande studie, efter 61 dagars behandling, tarmens biologiska mångfald och överflöd av öringtarm modulerades tydligt av den mikrobiella lösningen och skillnader uppträdde mellan CTRL- och EXP-grupper.
Bakterier av släktet Aeromonas, Clostridium och Serratia var signifikant eller åtminstone numeriskt mer närvarande i kontrollgruppen, vilket tyder på att den friska statusen för öring i kontrollgruppen potentiellt förändrades och fiskar var mer mottagliga för att utmanas av yttre stress som inträffade under tillväxtperioden.
En stor sanitär händelse inträffade mellan dag 23 och dag 30 av experimentet när en viktig förekomst av Saprolegnia spp associerad med hög förekomst av Aeromonas diagnostiserades i kontrollgruppens tarm. Dessa patogener blir oftast patogena för fisk endast när fisken är stressad, skadad, i dåligt näringstillstånd, temperaturchockad, eller på annat sätt försvagad.
Ett antal predisponerande faktorer är involverade i utvecklingen av svampinfektion hos fisk - faktorerna påverkar både fisken och svampen, och en kombination av faktorer snarare än något enskilt tillstånd leder i slutändan till infektion. Man har länge trott att svamparna som är ansvariga för Saprolegniasis är sekundära patogener, och lesioner ses vanligtvis efter hantering och efter traumatisk skada på huden som kan orsakas av överfulla förhållanden eller i samband med föroreningar eller bakteriella eller virusinfektioner. Hud- och gällesioner är de överlägset vanligast observerade men det har förekommit rapporter om infektion i inre organ.
Användningen av den mikrobiella lösningen på äggen och direkt i vattnet under de tidiga stadierna av öringens utveckling hade en skyddande effekt mot angrepp av ungfisk av Saprolegnia och Aeromonas eftersom fisken var mindre skadad och överlevnaden var betydligt bättre i slutet av rättegång. Således, i slutet av dagisperioden, den genomsnittliga dödligheten var 14,3 procent för experimentella löpbanor medan den nådde 21,1 procent för kontrollbanor, vilket innebär en relativ förbättring med 33 procent.
Detta skydd av fisk genom den mikrobiella lösningen hade positiva effekter på den slutliga tillväxtprestandan eftersom den slutliga vikten av experimentgruppen var något högre än kontrollen. Genomsnittlig slutlig individuell vikt för kontrollgruppen var 1,58 g mot 1,65 g för experimentgruppen, vilket innebär en relativ förbättring på 4,2 procent.
Slutsats
Skulle fisken utmanas av svampar associerade med opportunistiska bakterier, en mängd olika externa desinfektionsmedel kan användas. De inkluderar användning av malakitgrönt, kopparsulfat, kaliumpermanganat, och formalin. Alla dessa produkter är kontroversiella eftersom de kan ha en negativ effekt på miljön.
Denna mikrobiella produkt utvecklad av Nolivade verkar vara en ny och lovande väg som en förebyggande lösning i system för öringodling. Denna studie har visat effektivitet för att minska känsligheten hos fisken under de tidiga stadierna av dess liv, när det står inför miljöförändringar och vid högt patogent tryck.
