Til innholdet

Prosjektnummer

901587

Prosjektinformasjon

Prosjektnummer: 901587
Status: Avsluttet
Startdato: 16.09.2019
Sluttdato: 30.06.2022

Nefrokalsinose hos laksesmolt: En kartleggingsundersøkelse med fokus på risikofaktorer (NEFROSMOLT)

Kartlegging av utbredelse, risikofaktorer og årsakssammenhenger knyttet til nefrokalsinose som grunnlag for bedrede tiltak for overvåking og kontroll
• Nefrokalsinose er en svært utbredt produksjonslidelse i Midt-Norge, med store variasjoner i prevalens og alvorlighetsgrad mellom settefiskanlegg.
• Mineralkomplekser hos laks med nefrokalsinose består hovedsakelig av amorf karbonatapatitt (amCAP), et kalsiumdominert mineral.
• Milde forandringer i nyrene ser ut til å være reversible etter utsett i sjø, mens alvorlige forandringer mest sannsynlig fører til økt dødelighet etter utsett.
• Fisk med nefrokalsinose har høye plasmanivåer i kalsium, magnesium, glukose og aspartat aminotransferase, som er en indikasjon på forstyrret osmoregulering og økt stressnivå.
• Fisk med nefrokalsinose har massiv nedregulering (på genuttrykksnivå) av metabolisme og energiproduksjon, oppregulering av vevsreparasjonsprosesser og oppregulering av inflammatoriske responser.
• Vannmiljøet til fisken ser ut til å ha stor betydning for nefrokalsinose, i motsetning til fôrsammensetning.
• Bruk av sjøvann for tidlig i produksjon ser ut til å føre til osmoregulatorisk stress som igjen kan gi nefrokalsinose.
• Man fant ingen korrelasjon mellom utvikling av nefrokalsinose og CO₂-konsentrasjon i driftsvannet. Dette indikerer at nefrokalsinose kan ikke relateres kun til forhøyete CO₂-verdier.
• Per i dag diagnostiseres nefrokalsinose best ved hjelp av histologi, men røntgen vil mest sannsynlig kunne brukes i nær framtid.
• HSS er mest sannsynlig ikke knyttet til nefrokalsinose, men sykdommen er mest sannsynlig også relatert til osmoregulatorisk stress. HSS ser også ut til å forstyrre genregulering i gjellene.
​Sammendrag av resultater fra prosjektets faglige sluttrapport (Summary in English further below) 
Nefrokalsinose har vært kjent som en produksjonsrelatert sykdom hos oppdrettslaks i mer enn 20 år, og beskrives som utfelling av mineraler i nyretubuli og urinlederen og/eller samlerør. I dette prosjektet har man vist at selv om det er mulig å identifisere alvorlige grader av nefrokalsinose makroskopisk, bør man bruke histologi til å vurdere tilstanden for en mer presis diagnostikk. Bruken av røntgen ble testet i en pilotstudie, og gir interessante muligheter for å vurdere nefrokalsinose uten å måtte avlive fisken. I en kartleggingsstudie utført i settefiskanlegg i Midt-Norge og deres mottaksanlegg ble alle fiskegruppene diagnostisert med nefrokalsinose. Mens de fleste fiskene hadde milde grader av nefrokalsinose, med ubetydelige vevsskader, hadde enkelte fisk alvorlige grader av nefrokalsinose med nesten fullstendig tap av normal nyrestruktur. Nefrokalsinose var mest sannsynlig reversibel etter utsett i sjø hos fisk med milde grader, mens fisk med alvorlige grader av nefrokalsinose ikke overlevde overgangen til sjø. Uavhengig av alvorlighetsgraden av nefrokalsinose, bestod mineralkompleksene hovedsakelig av amorf karbonatapatitt, et kalsiumdominert mineral.

I tillegg ble et flertall av fisk med nefrokalsinose diagnostisert med hyperkalsemi (forhøyede nivåer av kalsium i blodet). Fisk med moderate og alvorlige grader av nefrokalsinose hadde også høye plasmanivåer av magnesium, glukose og aspartat aminotransferase, som mest sannsynlig var en indikasjon på forstyrret osmoregulering og økt stressnivå. En transkriptomstudie avdekket at fisk med alvorlig nefrokalsinose hadde en massiv nedregulering av metabolisme og energiproduksjon, en oppregulering av signalveier involverte i vevsreparasjon og funksjonsvedlikehold, samt en oppregulering av inflammatoriske responser. Disse resultatene indikerte tydelig at nefrokalsinose er en alvorlig velferdsutfordring hos atlantisk laks, som kan ha dramatiske konsekvenser for fiskens overlevelse.

Forskjeller i fôrsammensetning brukt i de ulike anleggene i kartleggingstudien var ikke korrelert med forskjellene i andel fisk med nefrokalsinose. Dette kan bety at nefrokalsinose ikke er direkte relatert til fôrsammensetningen. Resultatene viste heller ikke noen sammenheng mellom CO₂-konsentrasjoner i vann og utvikling av nefrokalsinose. Resultatene indikerte imidlertid tydelig at en høyere andel fisk med nefrokalsinose ble funnet i settefiskanleggene som brukte sjøvannstilsetning i sitt driftsvann. Det kan derfor være at nefrokalsinose kan være relatert til en økning i konsentrasjonen av ioner i driftsvannet.

Det ble derfor gjennomført et forsøk ved et settefiskanlegg, hvor utviklingen av nefrokalsinose ble fulgt parallelt med vannkvalitet før og under tilsetting av sjøvann. En klar økning i andelen fisk med nefrokalsinose, kort tid etter tilsetning av sjøvann i karene, støttet observasjonene i kartleggingsstudien som antydet at sjøvann kan være en av faktorene som forårsaker nefrokalsinose. Settefiskanlegget tilsatte sjøvann mens fisken fikk “vintersignal” (LD12:12) som betyr at fisken fortsatt oppfattet at det var vinter og således ikke hadde begynt smoltifiseringsprosessen. Dette kan ha resultert i en manglende overensstemmelse i smoltifiseringssignaler, noe som førte til osmoregulatorisk stress. Fisken hadde en økning i kalsium- og magnesiumnivået i blodet etter og under tilsetning av sjøvann, som først ble regulert ned når saliniteten stabiliserte seg. Hormoner som reduserer kalsiumopptak over gjeller samtidig som de hemmer tarmens kalsiumopptak ble oppregulert hos fisk med nefrokalsinose sammenlignet med kontroll. Dette kan ha vært relatert til dannelsen av kalsiumavleiringer i nyrene, da lokal dysregulering av kalsiumhomeostase i nyrenes interstitium kan spille en nøkkelrolle i patogenesen av nefrokalsinose.

Results achieved
Summary of results from the project’s final report
Nephrocalcinosis has been known as a production-related disease in farmed salmon for more than 20 years, and is described as an accumulation of deposits of mineral salts within kidney tubules and collecting ducts. This project highlighted that, even though it is possible to identify severe degrees of nephrocalcinosis macroscopically, histology should be used to assess the disorder for a more precise evaluation. The use of X-ray was tested in a pilot study, and offers interesting possibilities to evaluate the severity of nephrocalcinosis without having to euthanize the fish. In a survey conducted in nurseries in Mid-Norway and their receiving sea farms, all fish groups were diagnosed with nephrocalcinosis. While most of the fish had mild forms of nephrocalcinosis, exhibiting at most, negligible tissue damage, some fish affected by severe forms of nephrocalcinosis had an almost complete loss of kidney structure. The disorder seemed reversible after transfer to sea in fish with mild forms, while fish with severe forms did not survive the transfer. Regardless of the severity of nephrocalcinosis, mineral deposits were mainly found in the form of amorphous cabonate apatite, a calcium-dominated mineral.

Accordingly, a majority of fish affected by nephrocalcinosis were diagnosed with hypercalcemia (elevated levels of calcium in blood). Fish affected by moderate and severe forms of nephrocalcinosis also exhibited high levels of plasma magnesium, glucose, and aspartate aminotransferase, which were most likely an indication of disturbed osmoregulation and increased stress levels. A transcriptome study revealed that fish with severe nephrocalcinosis had a massive downregulation of metabolism and energy production, an upregulation of signaling pathways involved tissue repair and function maintenance as well as an upregulation of inflammatory responses. These results clearly indicated that nephrocalcinsosis is a serious welfare challenge in Atlantic salmon, which can have dramatic consequences on fish survival.

Differences in feed composition used in the different facilities was not correlated with the differences in the proportion of fish with nephrocalcinosis. This suggested that nephrocalcinosis was not directly related to the feed composition. The results neither showed a correlation between CO₂-concentrations in water and the development of nephrocalcinosis. However, they clearly indicated that a higher proportion of fish with nephrocalcinosis was found in the hatcheries that added seawater to their operational water. This suggested that nephrocalcinosis could be related to the net increase of divalent ion concentration caused by adding seawater to the operational water.

A trial was therefore conducted at a nursery, where the development of nephrocalcinosis was monitored in parallel to water composition before and during the addition of seawater. A clear increase in the proportion of fish with nephrocalcinosis shortly after the addition of seawater in the tanks, supported the observations in the survey which suggested that seawater may be one of the factors causing nephrocalcinosis. The nursery added seawater while the fish were still given ‘winter-signal’, witch meant that the fish had not began smoltification. This may have resulted in a mismatch of smoltification-signals, creating a osmoregulatory stress. Accordingly, fish exhibited an increase in calcium and magnesium levels in blood after addition of seawater, with subsequent decrease first after the salinity concentrations stabilized. Hormones that reduce calcium uptake over gills while inhibiting intestinal calcium uptake were upregulated in fish with nephrocalcinosis as compared to control. This may have been related to the formation of calcium deposits in the kidneys, as local dysregulation of calcium homeostasis in the renal interstitium may play a key role in the pathogenesis of nephrocalcinosis.

Vitenskapelige publikasjoner/ Scientific publications
– Christine Klykken, Anne Katrine Reed, Alf Seljenes Dalum, Rolf Erik Olsen, Morten Kaare Moe, Kari Johanne Kihle Attramadal, and Lauris Boissonnot, ‘Physiological changes observed in farmed Atlantic salmon (Salmo salar L.) with nephrocalcinosis’, Aquaculture554/738104 (2022). doi.org/10.1016/j.aquaculture.2022.738104 (open access).
– Christine Klykken, Lauris Boissonnot, Anne Katrine Reed, Paul Whatmore, Kari Johanne Kihle Attramadal, and Rolf Erik Olsen, Gene expression patterns in Atlantic salmon (Salmo salar) with severe nephrocalcinosis, Journal of Fish Diseases, 13687 (2022). doi.org/10.1111/jfd.13687 (open access).

Flere publikasjoner legges her når de publiseres. 
​Prosjektet har gjort et viktig bidrag til forståelsen av denne produksjonslidelsen i norsk laksenæring, gjennom kartlegging av utbredelse og prevalens i norske anlegg, fysiologisk karakterisering av tilstanden og prognoser for alvorlighetsgrad, samt avdekket risikofaktorer og årsakssammenhenger. Dette er sentral kunnskap for at settefiskprodusentene kan iverksette tiltak for overvåkning og kontroll med nefrokalsinose.
​Nefrokalsinose er en “gammel” problemstilling og ble første gang beskrevet hos atlantisk laks i 1999. Veterinærinstituttet rapporterer at registrerte tilfeller av tilstanden har økt siden 2016 og ofte rapporteres som tilleggsfunn ved hemorragisk smoltsyndrom (HSS). Nefrokalsinose defineres som utfelling av kalsium- og magnesiumsalter i urinlederen og/eller samlerør hos fisk. Selv om dødelighet forbundet med nefrokalsinose generelt er lav i oppdrett, er det sannsynlig at nedsatt nyrefunksjon svekker laksen og gjør den mer utsatt for sykdom og stress. HSS derimot induserer dramatiske fysiologiske endringer og kjennetegnes ved anemi og omfattende blødninger i de fleste organer. Det er mye som tyder på at nefrokalsinose er miljøbetinget, og flere studier foreslår at vannkvalitet spiller en viktig rolle. Høy CO2-konsentrasjon og/eller økt alkalitet kan være mulige årsaker til utviklingen av nefrokalsinose, men en kombinasjon av flere faktorer er trolig mer sannsynlig. Det finnes ingen publiserte studier om hverken virkningen av fôr og genetisk predisposisjon på tilstanden hos laks, selv om dette er dokumentert hos pattedyr.

Prosjektet vil kunne bidra til å forbedre helse og velferd hos laksesmolt i settefiskproduksjon gjennom undersøkelser av miljøfaktorer knyttet til utviklingen av nefrokalinose, som vannmiljø og fôr. Prosjektet vil også lete etter mekanismene bak tilstanden ved hjelp av molekylærbiologiske metoder. Resultatene vil danne grunnlag for utvikling av tiltak for å begrense nefrokalsinose i settefiskanlegg. 
• Å kartlegge forekomsten og alvorlighetsgraden av nefrokalsinose og HSS i oppdrettslaks i Midt-Norge, og undersøke om nefrokalsinose fører til økt risiko for HSS. 
• Å identifisere sannsynlige årsaker eller faktorer som spiller inn ved utvikling av nefrokalsinose og/eller HSS. 
• Å implementere tiltak i anlegg med høy prevalens av nefrokalsinose, og følge opp disse tiltakene med påfølgende evaluering.
​Ved å bruke informasjonen samlet inn i dette prosjektet, forventes det å utvikle relativt enkle og raske anbefalinger som oppdrettsnæringen kan bruke for å forbedre miljøkvaliteten til settefisken. Prosjektet søker å bidra til å redusere utviklingen av nefrokalsinose i oppdrettslaks og dermed øke fiskevelferden i settefisknæringen og resultere i mer robust smolt. Dette vil også medføre positive økonomisk utslag for produsentene.
​Prosjektet er inndelt i fire arbeidspakker (AP-er):

AP 1: Ka​rtlegging av utbredelse og alvorlighetsgrad
Ansvarlig: Aqua Kompetanse AS.
​​Det planlegges datainnsamling fra 10 settefiskanlegg i Midt-Norge. Ved hvert anlegg planlegges det ett uttak før utsett i sjø, mot slutten av smoltifisering og etter 3–4 uker i sjø. Ved hvert anlegg tas det ut 30 tilfeldige individer.

Følgende data vil bli samlet inn: 
• Registrering av nefrokalsinose med scoringstabell, samt diagnostisering histopatologisk (utføres av Pharmaq Analytiq).
• Registrering av eventuelle funn av HSS. 
• Undersøkelser av forkalkningers sammensetning ved optisk krystallografi og såkalte “Fourier transform infrared spektroskopi (FTIR)” og/eller “attenuated total reflection” (ATR) (utføres av Minnesota Urolith Center).
• Analyser av gjellebue for smoltstatus ved qPCR-analyse (kvantitativ måleteknikk) av ferskvanns og saltvanns ATPase (utføres av Pharmaq Analytiq).
• Analyser av blodprøver ved hjelp av en Randox klinisk autoanalysator for måling av relevante ioner som magnesium, kalsium og fosfor samt lekkasjeenzymer for undersøkelse av mulige betennelsesreaksjoner (utføres av NTNU).
• Registrering av morfologi, driftsopplysninger, produksjonsregime, opplysninger om vannkvalitet både i driftsvann og i inntakskilde samt helsehistorikk til fiskegruppen. 

Resultatene fra denne arbeidspakken vil bli brukt i arbeidspakkene 2 til 4.

AP 2: Miljøets betydning for utvikling av nefrokalsinose 
Ansvarlig: Aqua Kompetanse AS
Målet er å undersøke vannmiljø og fôrets betydning for utvikling av nefrokalsinose hos oppdrettslaks. I tillegg til analyser av 30 fisk fra hvert anlegg undersøkt i AP1, vil det bli tatt vannprøver fra oppdrettskarene. Vannprøvene vil bli analysert med spektrofotometri, med en Photoflex og analyse-kit (VWR), for måling av følgende parametere: pH, temperatur, oksygen, alkalitet, konduktivitet/salinitet, salter, metaller og ioner.

Fôrprøver fra de 10 anleggene vil bli analysert for innhold av kalsium, fosfat, natrium, klorid, jern og magnesium. Metoden som vil bli benyttet er såkalt “quadruple inductively coupled mass spectrometry” (ICP-MS). I tillegg vil diettene bli analysert for totalprotein, totalfett, aske og karbohydrater etter standard metodikk. Øvrige analyser som urinsyre og oksalsyre vil bli analysert med standard HPLC-metoder dersom analyser av forkalkninger tilsier at disse bidrar til utfellingene.

Samlede resultater for arbeidspakke 1 og 2 vil bli undersøkt ved multivariat dataanalyse, for å anslå hvilke parametere i vannmiljøet og fôr som er knyttet til nefrokalsinose.

AP 3: RNA-sekvensering med fokus på bakenforliggende mekanismer 
Ansvarlig: NTNU
Hensikten er å avdekke hvilke molekylærbiologiske mekanismer som er involvert i nefrokalsinose hos laks. Dette gjøres ved å ta prøver av nyrene hos individer med og uten nefrokalsinose som analyseres ved RNA-sekvensering for å se på eventuelle sammenhenger mellom genregulering og utviklingen av nefrokalsinose. En vil spesielt fokusere på systemer (pathways) som er kjent for å regulere utviklingen av slike forkalkninger. Det vil også undersøkes hvilke reguleringer som på sikt kan fungere som markører for tidlig utvikling av lidelsen. Analysene vil bli utført ved Genomic core-enheten hos NTNU og bioinformatikk vil bli behandlet ved Strombus Genomics i Maroochydore i Australia (samarbeidspartner NTNU).

AP 4: Uttesting i anlegg 
Ansvarlig: Aqua Kompetanse AS
Basert på resultatene fra arbeidspakke 1–3 planlegges det å teste ut tiltak i to settefiskanlegg med høy prevalens av nefrokalsinose. Dette vil foregå i tett samarbeid med anleggene og deres fiskehelsetjenester, og tiltakene vil tilpasses hvert enkelt anlegg. Tiltakene vil implementeres i anleggene på et strategisk tidspunkt, og tiltakene vil bli evaluert gjennom data hentet fra de lovpålagte helsekontroller ved anleggene, samt et prøveuttak mot slutten av første produksjon hvor tiltakene har vært implementert. 
​Resultatene vil bli kommunisert på ulike måter som oppført nedenfor:
• presentasjon av resultatene på bransjens egne konferanser
• 1–2 publikasjoner i populærvitenskapelig tidsskrift
• 2 “open access” artikler i vitenskapelige publikasjoner
• 2 åpne seminar hvor resultater fra prosjektet presenteres og diskuteres
keyboard_arrow_up