av Jorge Dias, General Manager, Sparos, Olhão, Portugal, Paulo Gavaia, Forskare, Centrum för marina vetenskaper, Faro, Portugal, och Andrew Spicer, VD, algenuitet, Stewartby, Storbritannien
Hållbara livsmedelskällor är avgörande för en ständigt växande världsbefolkning, sätta ytterligare press på en snabbt växande vattenbruksnäring. Effektiv produktion av friska vattenbruksarter kräver näringsmässigt balanserade och kostnadseffektiva vattenfoder; formuleringen av dessa foder ger många utmaningar, och nya lösningar söks hela tiden.
Den här artikeln diskuterar lämpligheten av alger som ett hållbart råmaterial i vattenfoder, samt de hälsofördelar som genetiskt modifierande alger kan tillföra, såsom ökat näringsupptag, immunstimulering och tarmhälsa och välbefinnande.
Vattenfoderindustrin är mycket kostnadsdriven. Råvaror som används i foder måste tillhandahålla alla nödvändiga näringsämnen som krävs av en viss art, men detta måste balanseras med kostnaden. Tillgången på dessa råvaror är också en mycket viktig faktor, eftersom fabriksproduktionen för produktion av fiskfoder kan vara i storleksordningen 150 till 200 tusen ton per år.
Ingredienser som är säsongsbetonade eller har mycket låg marknadstillgänglighet är, därför, bäst undvikas. Inte överraskande, forskare letar ständigt efter alternativa foderlösningar, och en av de mest lovande av dessa är mikroalger.
Söker nya aquafeeds
Mikroalger har använts som en del av kedjan av levande foder i vattenbruks kläckerier under en tid, men det finns nu ett försök att utnyttja dessa organismer i formulerat foder. Denna teknik är fortfarande i sina tidiga dagar och, för närvarande, användningen av mikroalger som bulkfoderingredienser är fortfarande en bit kvar, på grund av kostnader och produkttillgänglighetsbegränsningar.
Som ett resultat, det nuvarande fokuset ligger på användningen av algprodukter som funktionella ingredienser för att förbättra traditionellt foder under känsliga perioder av produktionscykeln, eller i specifika situationer som härrör från jordbruksmetoder. Mikroalger har stor potential som källa till funktionella ingredienser, erbjuder kompletterande fördelar vid sidan av grundläggande kost, fylla en anmärkningsvärd lucka i vattenfodsektorn.
Öppnar dörren till nya tillvägagångssätt inom vattenbruk
För ett decennium sedan, aquafeeds innehöll mycket fiskmjöl som skördats från havet, men detta är en begränsad resurs och en alternativ källa till protein och lipider – särskilt lipider rika på de fleromättade omega-3-fettsyrorna, såsom dokosahexaensyra (DHA) – skulle vara mycket fördelaktigt.
Alltmer, fisk föds upp på vattenfoder som innehåller höga halter av soja eller vegetabiliska proteiner, men visar ofta en viss grad av inflammatorisk tarmrespons på dessa dieter. Eftersom andelen globalt konsumerad fisk som tillskrivs vilda fångster minskar, och den relativa intensiteten hos fiskodlingar och trycket att producera mer fisk per ytenhet ökar, vikten av fiskens hälsa och välbefinnande blir mer akut och mer vikt läggs vid utveckling och tillämpning av förebyggande strategier för att minska förluster på grund av vanliga sjukdomar.
Immunstimulerande medel såsom laktoferrin är potentiellt fördelaktiga för fiskens tarmhälsa; införlivandet av laktoferrin i vattenfoder skulle vara ett möjligt sätt att minimera de negativa effekterna av andra foderkomponenter. Laktoferrin kan också verka i en ytterligare förebyggande egenskap, stärka fiskens immunförsvar att svara på en stresshändelse eller en sjukdom, och förbättra deras motståndskraft mot bakterier och virus, potentiellt modifiera tarmmikrobiomet.
Detta tillvägagångssätt riktas mot den brittiska algspecialisten Algenuity, som har etablerat en teknik för att producera kommersiellt relevanta, rekombinanta mikroalgstammar som uttrycker en mängd önskvärda proteiner – inklusive laktoferrin och andra – med syftet att införliva de modifierade algerna som potentiella funktionella ingredienser för vattenfoder.
De protein- och lipidrika konstruerade mikroalgerna bidrar med näringsvärde, såväl som specifik bioaktivitet och tillhörande hälsofördelar, potentiellt både att minska förlusterna och öka vinsterna när det gäller foderomvandling – en win-win-situation. I samarbete med Sparos, en utvecklare av nya produkter för vattenbruksindustrin, och Center of Marine Sciences (CCMAR), båda ligger i Portugal, proof-of-concept-försök har genomförts för att utforska användningen och effektiviteten av denna biomassa som en inkorporerad ingrediens i vattenbruksfoder.
Sparos har många års erfarenhet av att förse forskare och vattenbruksföretag med experimentell kost, samt att erbjuda testmöjligheter för att analysera vilken diet som helst. För närvarande, den producerar små mängder foder som innehåller låga halter av laktoferrinberikade alger och utvärderar dessa för att bestämma den mest effektiva dosen att inkludera i foder, samt den bästa formuleringen.
Förbättra benutveckling
Medan vinster i total tillväxt och minskade förluster är viktiga fördelar, värdet och den allmänna hälsan hos odlad fisk kan också vara en funktion av deras skelettutveckling och välbefinnande. Följaktligen, Teamet har också tittat noga på effekten av laktoferrin-uttryckande stammar på benutveckling hos fisk, använder zebrafisk – som ofta används i biomedicinsk forskning, till exempel, att studera cancer, diabetes och hjärt- och kärlsjukdomar – som modellart.
Den stora fördelen med zebrafisk är deras snabba utveckling; meningsfulla resultat är tillgängliga på dagar, snarare än veckor, och kan lätt överföras till andra arter. CCMAR undersöker effekten av själva mikroalgerna – med och utan laktoferrin – snarare än kosten, med lovande resultat.
I tidiga experiment, larver exponerades för vatten, etanol och dimetylsulfoxid (DMSO) extrakt av mikroalgerna under tre dagar och ökningen av benutvecklingen av operculum utvärderades. DMSO- och etanolextrakten visade ökad benutveckling från 27-43 procent, indikerar att, i samband med biomedicin och nutraceuticals, det finns anabola faktorer förknippade med mikroalgerna.
Både inhemska och konstruerade mikroalger undersöktes, med positiva resultat erhållna även från vildtypsbiomassan, medan den transgena biomassan gav en ökad positiv fördel, vilket tyder på att de observerade effekterna beror på en kombination av föreningar och/eller proteiner.
Ytterligare experiment har utförts genom att föda upp zebrafiskar med hjuldjur utfodrade på både vildtyp och manipulerade alger under en månad, och skillnader observerades i skelettutveckling. Laktoferrin är känt för att främja osteoblastisk utveckling i andra modeller, och detta noterades också hos zebrafisken.
Inom 30 dagar, det var möjligt att göra en pålitlig genuttrycksanalys av benmarkörgenerna som var ansvariga för skillnaderna mellan de två typerna av mikroalger. Med de konstruerade algerna skedde en tydlig ökning av både utvecklingen och kvaliteten på skelettet, och generna relaterade till utvecklingen av osteoblasten uppreglerades också, producerar mer ben och ytterligare celler.
Slutsats
Mikroalger har stor potential som hållbar råvara, inte bara inom vattenbruket, men i djurfoder i allmänhet. Hittills, huvudfrågan är låg marknadstillgänglighet samt upplevt mervärde. Betydande framsteg har gjorts för att ta itu med denna fråga de senaste åren. Arbetet har börjat, till exempel, i att skapa en effektiv och kostnadseffektiv affärsmodell för storskalig produktion av algbaserat vattenfoder.
Ytterligare studier på zebrafisk kommer att utforska effekten av de Algenuity-konstruerade mikroalgerna på immunsystemets gener, histologi och tillväxt, före införlivandet i andra fiskarter av kommersiellt intresse. Framtiden för mikroalgbaserade vattenfoderingredienser ser verkligen mycket lovande ut.
