Prosjektnummer
901433
Begrense effekten av tenacibakulose i norsk lakseoppdrett (LimiT)
Ny kunnskap som vil utnyttes for å redusere problematikk rundt sår og derved bedre fiskevelferd og øke produktivitet i laksenæringen
• Tenacibaculum-mangfoldet i Norge er omfattende, og flere stammer finnes over et stort geografisk område over flere år, og er i stand til å infisere forskjellige fiskearter.
• Norske T. maritimum-isolater gir kratersyke (“donut” syndrom) hos rognkjeks.
• Norske T. maritimum-isolater smitter horisontalt fra rognkjeks til laks og gir sykdom hos laks.
• Det er lite horisontal smitte av T. finnmarkense mellom laks.
• Det kreves en høyere dose av T. finnmarkense for å gi sykdom ved 8 °C enn ved 4 °C.
• Det å holde smolten i 4 uker på 26 promille sjøvann gir signifikant reduserende effekt på smoltens mottakelighet for tenacibakulose etter overføring til sjø, samt har en positiv effekt på fiskens velferd basert på velferdsscoring (før smitte med T. finnmarkense).
• Ut fra transkripsjonsprofilen kan T. finnmarkense være mere virulent på bakgrunn av et samspill mellom neuD, pepM9, thermolysin og et insecticidal toxin.
• Måten bakterien beveger seg på (følger bindevevsdragene i skinnet) gir ny kunnskap om sykdomsforløpet.
• Transkripsjonsanalysene viser at skinnet prioriterer immunresponser som forsvar på bekostning av vedlikehold, og laks som har gått på lav-styrke salinitet ser ut til å kunne ha en bedre evne til å respondere på en infeksjon.
• Norske T. maritimum-isolater gir kratersyke (“donut” syndrom) hos rognkjeks.
• Norske T. maritimum-isolater smitter horisontalt fra rognkjeks til laks og gir sykdom hos laks.
• Det er lite horisontal smitte av T. finnmarkense mellom laks.
• Det kreves en høyere dose av T. finnmarkense for å gi sykdom ved 8 °C enn ved 4 °C.
• Det å holde smolten i 4 uker på 26 promille sjøvann gir signifikant reduserende effekt på smoltens mottakelighet for tenacibakulose etter overføring til sjø, samt har en positiv effekt på fiskens velferd basert på velferdsscoring (før smitte med T. finnmarkense).
• Ut fra transkripsjonsprofilen kan T. finnmarkense være mere virulent på bakgrunn av et samspill mellom neuD, pepM9, thermolysin og et insecticidal toxin.
• Måten bakterien beveger seg på (følger bindevevsdragene i skinnet) gir ny kunnskap om sykdomsforløpet.
• Transkripsjonsanalysene viser at skinnet prioriterer immunresponser som forsvar på bekostning av vedlikehold, og laks som har gått på lav-styrke salinitet ser ut til å kunne ha en bedre evne til å respondere på en infeksjon.
Sammendrag av resultater fra prosjektets faglige sluttrapport (Summary in English further below)
Hudsår (hudproblemer) har vært et gjennomgående problem fra starten av lakseoppdrett i Norge, og påvirker fisken i både ferskvann og sjø. Hovedmålet med dette prosjektet var å lukke noen av de sentrale kunnskapshullene når det gjelder Tenacibaculum spp. og tenacibakulose i norsk oppdrett. Mangel på predikerte virulensfaktorer, eksperimentell validering av kandidatgener og genetiske verktøy har medført at mekanismene for patogenesen til Tenacibaculum finnmarkense hittil har vært ukjent. For å forstå sykdomsforløpet bedre, har man i dette prosjektet laget komplette genomer av T. finnmarkense. Disse har så blitt karakterisert for å legge til rette for en mer funksjonell sammenligning, blant annet ved å predikere kandidatgener som kan være relevante for interaksjonen mellom bakteriene og verten. Det er videre undersøkt hvordan Tenacibaculum uttrykker disse genene under ulike temperaturer og når den kommer i kontakt med laksens skinn. To av genene, en collagenase og et termolysin, har så blitt karakterisert nærmere for aktivitet, men det har så langt ikke lykkes å vise noen effekt på laksens skinn.
Prosjektet har vist at dersom laksen holdes på forskjellig salinitet vil også skinnet påvirkes forskjellig, selv om det ikke har lykkes å beskrive nøyaktig hvilke strukturelle endringer i skinnet som forbedrer beskyttelsen. Analyser av genutrykk viste et mer sammensatt bilde etter eksponering for ulike saliniteter, og smitteforsøk viste at skinnet til laks som har vært holdt på lavere salinitet (26 ‰) enn fullt sjøvann før sjøsetting, kan være i bedre stand til å bekjempe en infeksjon. Ut ifra sammenligningene over tid i smittemodellen viser dette at skinnet er i kraftig utvikling og at dette sannsynligvis påvirker utfallet av infeksjon. Det vil blant annet si at utfallet av eksponering mot skinn-patogener i stor grad vil påvirkes av hvor i “postsmolt-fasen” skinnet befinner seg. Resultatene indikerer at næringen kan redusere konsekvensen av tenacibakulose ved å eksponere smolten for lave saliniteter i en periode før sjøsetting.
Prosjektet har isolert nærmere 400 isolater av Tenacibaculum spp. fra laks og andre organismer fra områder med tenacibakulose langs norskekysten. Av disse er 66 representative kloner fra forskjellige lokaliteter og verter, som genotypet ved hjelp av “Multi Locus Sequence Typing” (MLST) og “Multi Locus Sequence Analysis” (MLSA). Analysene har vist at det foreligger en betydelig variasjon av Tenacibaculum spp. assosiert med utbrudd av sykdom i lakseoppdrett. De fleste klonene tilhører artene T. finnmarkense og T. dicentrarchi. Det faktum at det synes å være en klar sammenheng mellom virulens og β-haemolyttisk aktivitet (observert på blodagar) kan brukes til å oppnå raskere respons før det utvikles alvorlig sykdom i anleggene. Videre er det isolert virulente varianter fra forskjellige verter i forskjellige geografiske områder, hvilket kan være av betydning for fremtidige strategier for bekjempelse av tenacibakulose.
Around 400 Tenacibaculum isolates were isolated throughout a massive sampling in fish farms suffering tenacibaculosis along the Norwegian coast. 66 strains representative of the different localities and hosts investigated were genotyped through a ‘Multi Locus Sequence Typing’ (MLST) scheme previously developed. The phylogenetic ‘Multi Locus Sequence Analysis’ (MLSA) revealed a high diversity of Tenacibaculum spp. associated with outbreaks, with most of the strains belonging to a Tenacibaculum finnmarkense/Tenacibaculum dicentrarchi clade. The association of virulence and β-haemolytic activity on blood agar might help to speed up the investigation during tenacibaculosis outbreaks. Repeated isolation of several virulent strains in different areas and from different hosts may have important implications for future combat strategies against tenacibaculosis.
Results achieved
Summary of results from the project's final report
Skin problems have been a constant occurrence since the start of salmon farming in Norway affecting the fish in both fresh and sea water. The main goals of this project were to close some of the knowledge gaps concerning Tenacibaculum spp. in Norwegian salmon culture. Lack of information about virulence factors, experimental validation of candidate genes, and genetic tools means that the pathogenesis associated with Tenacibaculcum finnmarkense is to a large extent unknown. To gain a better understanding of the pathogenesis we have established complete genomes of T. finnmarkense. Here, complete genomes of T. finnmarkense have been characterized to facilitate a more functional comparison and to predicate candidate genes that could be relevant for explaining the interactions between the bacterium and the hosts. Expression of these during different temperatures and when the bacteria are in contact with the host have been tested. Two genes, encoding a collagenase and termolysine, have been characterized with respect to activity, but it has not been possible to show any effect on the salmon skin.
Rearing Atlantic salmon on different salinities will affect the skin, but it has not been possible to identify the structural changes in the skin that gives an improved protection. Transcriptional studies provide a more complex picture of the salmon skin after exposure to different salinities, and in a challenge experiment salmon smolt kept in low salinity seawater (26‰, LSS) before sea launching were less susceptible to infection with T. finnmarkense. Based on these challenge studies it has been shown that the salmon skin goes through at substantial change and the results suggest that the transition to full-strength seawater may be a greater strain on fish produced in fresh water compared to LSS. This suggest that the impact of tenacibaculosis on farmed salmon could be reduced by exposure of the smolt to lower salinities than full strength seawater in a period before moving the smolt to full salinities in sea water.
Around 400 Tenacibaculum isolates were isolated throughout a massive sampling in fish farms suffering tenacibaculosis along the Norwegian coast. 66 strains representative of the different localities and hosts investigated were genotyped through a ‘Multi Locus Sequence Typing’ (MLST) scheme previously developed. The phylogenetic ‘Multi Locus Sequence Analysis’ (MLSA) revealed a high diversity of Tenacibaculum spp. associated with outbreaks, with most of the strains belonging to a Tenacibaculum finnmarkense/Tenacibaculum dicentrarchi clade. The association of virulence and β-haemolytic activity on blood agar might help to speed up the investigation during tenacibaculosis outbreaks. Repeated isolation of several virulent strains in different areas and from different hosts may have important implications for future combat strategies against tenacibaculosis.
Prosjektet har fremskaffet ny kunnskap som både direkte kan tas i bruk, men også anvendes i fremtidige prosjekter, for samlet sett å lede til tiltak som vil kunne redusere sårproblemene og dermed forbedre fiskevelferd og øke produktiviteten i næringen.
-
University of Bergen, Department of Biological Sciences. Thesis for the degree Master of Science in Aquamedicine. June 2020. By Marte Fredriksen.
-
University of Bergen, Department of Biological Sciences. Thesis for the degree Master of Science in Aquamedicine. June 2020. By Kristense Solheim.
-
Article in PLoS ONE 16(10): e0259215. By Erwan Lagadec (University of Bergen), Sverre Bang Småge (Cermaq Group AS), Christiane Trøsse (University of Bergen), and Are Nylund (University of Bergen).
-
Sluttrapport: Begrense effekten av tenacibakulose i norsk lakseoppdrett (LimiT)
Universitetet i Bergen. 2. november 2020. Av Are Nylund, Christian Rene Karlsen (Nofima), Sverre Bang Småge (Cermaq), Erwan Lagadec, Aleksei Krasnov (Nofima), Kristense Solheim og Marte Fredriksen.
Dette prosjektet er rettet mot utlysning fra Fiskeri- og havbruksnæringens forskningsfond (FHF): “Increasing knowledge that can help to limit the outbreak of disease in salmonids caused by the Tenacibaculum bacterium”. Hudproblemer har vært et betydelig problem siden oppstarten av norsk lakseproduksjon, og kan være resultat av flere faktorer: Dårlige driftsrutiner, høye tettheter i merdene, sortering, transport, behandlinger (f.eks. mot lakselus), og miljøforhold (solbrent, frysesår, planktoniske organismer (maneter), predatorer osv.), men kan også være forårsaket av en rekke forskjellige patogener.
Flere av bakteriene som kan gi hudsår kontrolleres ved hjelp av vaksiner, men i de senere år har en ny type hudsår, forårsaket av bakterier i slekten Tenacibaculum, vært et økende problem. Tenacibakulose er hovedsakelig et problem i Troms og Finnmark, men bakterier i denne slekten finnes langs hele norskekysten. Disse bakteriene gir hudsår, reduserer vekst, gir dødelighet og nedgradering av laks ved slakting, men er også et fiskevelferdsproblem som industrien må løse. Hovedmål med dette prosjektet er å fylle dagens kunnskapshull om medlemmer av slekten Tenacibaculum som utgjør et problem i norsk akvakultur.
Det er behov for mer kunnskap om:
a) naturlige og menneskeskapte reservoar (for å hindre spredning),
b) faktorer som utløser tenacibakulose (redusere betydningen av sykdommen),
c) identifisere virulensmekanismer som gir ødeleggelse av hud (identifisering av genetiske markører for virulens og eventuelle ekstracellulære proteaser),
d) kartlegge intra- og interspesifikk variasjon hos Tenacibaculum spp. isolater fra laks som har tenacibakulose, og
e) utvikle gode smittemodeller som kan brukes i for eksempel vaksineutvikling.
Denne kunnskapen skal gjøre det mulig å redusere antall utbrudd med tenacibakulose, bedre fiskevelferden, og redusere tapene i norsk lakseproduksjon.
Flere av bakteriene som kan gi hudsår kontrolleres ved hjelp av vaksiner, men i de senere år har en ny type hudsår, forårsaket av bakterier i slekten Tenacibaculum, vært et økende problem. Tenacibakulose er hovedsakelig et problem i Troms og Finnmark, men bakterier i denne slekten finnes langs hele norskekysten. Disse bakteriene gir hudsår, reduserer vekst, gir dødelighet og nedgradering av laks ved slakting, men er også et fiskevelferdsproblem som industrien må løse. Hovedmål med dette prosjektet er å fylle dagens kunnskapshull om medlemmer av slekten Tenacibaculum som utgjør et problem i norsk akvakultur.
Det er behov for mer kunnskap om:
a) naturlige og menneskeskapte reservoar (for å hindre spredning),
b) faktorer som utløser tenacibakulose (redusere betydningen av sykdommen),
c) identifisere virulensmekanismer som gir ødeleggelse av hud (identifisering av genetiske markører for virulens og eventuelle ekstracellulære proteaser),
d) kartlegge intra- og interspesifikk variasjon hos Tenacibaculum spp. isolater fra laks som har tenacibakulose, og
e) utvikle gode smittemodeller som kan brukes i for eksempel vaksineutvikling.
Denne kunnskapen skal gjøre det mulig å redusere antall utbrudd med tenacibakulose, bedre fiskevelferden, og redusere tapene i norsk lakseproduksjon.
Hovedmål
Å redusere betydningen av tenacibakulose i norsk lakseproduksjon. Dette omfatter økt fiskevelferd, reduserte tap og nedgradering av laks ved slakting med utgangspunkt i bedre kunnskap om bakterier i slekten Tenacibaculum.
Å redusere betydningen av tenacibakulose i norsk lakseproduksjon. Dette omfatter økt fiskevelferd, reduserte tap og nedgradering av laks ved slakting med utgangspunkt i bedre kunnskap om bakterier i slekten Tenacibaculum.
Delmål
• Å identifisere naturlige og menneskeskapte reservoar (kunnskap som kan benyttes til å hindre spredning av bakteriene).
• Å forbedre dagens smittemodeller for sykdomsfremkallende varianter i slekten Tenacibaculum (viktig for å evaluere ikke-medisinske behandlinger, spredning, patogenese, og vevstropisme).
• Å dokumentere eksisterende intra- og interspesifikk variasjon hos Tenacibaculum spp. (viktig for fremtidig risikovurderinger knyttet til spredning og sykdom).
• Å teste varianter av Tenacibaculum spp. sine evner til å uttrykke virulens og gi sykdom hos laksefisk.
• Å kartlegge endringer i laksehudens bakterieflora i forbindelse med infeksjoner av Tenacibaculum spp. og eventuelle immunreaksjoner.
• Å kartlegge ko-faktorer som kan utløse tenacibakulose (dvs. ny kunnskap som skal gi et grunnlag for utvikling av produksjonsstrategier som kan redusere risiko for sykdom).
Måloppnåelse i dette prosjektet skal gi en bedre fiskevelferd, redusere dødelighet og nedklassing av laks ved slakting, og dermed redusere kostandene og øke bærekraften i norsk laksenæring. Hudsår påfører næringen årlig betydelig økonomiske tap, og kostnadene ved dette prosjektet er lavere enn tapene ved et års produksjon på en lokalitet.
Dette prosjektet utgjøres av fem arbeidspakker som alle har som mål å øke eksisterende kunnskap om hudsår og bakterier i slekten Tenacibaculum. Arbeidspakkene (AP-ene) omfatter følgende oppgaver:
AP 1
Innsamling av isolater av Tenacibaculum spp. fra oppdrettslaks, rensefisk, brønnbåter, zooplankton og det omliggende miljø til lakseoppdrettsanlegg.
Innsamling av isolater av Tenacibaculum spp. fra oppdrettslaks, rensefisk, brønnbåter, zooplankton og det omliggende miljø til lakseoppdrettsanlegg.
Ansvarlig: Prof. Egil Karlsbakk, Universitetet i Bergen.
AP 2
Etablering av reproduserbare smittemodeller for aktuelle arter i slekten Tenacibaculum, og bruke disse modellene til å teste betydningen av smoltkvalitet og hudbakterieflora for utvikling av tenacibakulose. Videre skal smittemodellene brukes til å studere variasjon i virulens mellom isolater av Tenacibaculum spp. og muligheten for spredning av patogene varianter mellom rensefisk og laks.
Etablering av reproduserbare smittemodeller for aktuelle arter i slekten Tenacibaculum, og bruke disse modellene til å teste betydningen av smoltkvalitet og hudbakterieflora for utvikling av tenacibakulose. Videre skal smittemodellene brukes til å studere variasjon i virulens mellom isolater av Tenacibaculum spp. og muligheten for spredning av patogene varianter mellom rensefisk og laks.
Ansvarlig: Forsker Sverre B. Småge, Cermaq Group.
AP 3
Det viktigste målet i denne arbeidspakken er identifisering av virulensfaktorer hos varianter av Tenacibaculum spp. og hvordan laksens immunforsvar responderer på disse faktorene. Her vil det bli benyttet cellekulturer og laks i smitteforsøk kombinert med molekylære analyser av patogen-vert-interaksjoner.
Det viktigste målet i denne arbeidspakken er identifisering av virulensfaktorer hos varianter av Tenacibaculum spp. og hvordan laksens immunforsvar responderer på disse faktorene. Her vil det bli benyttet cellekulturer og laks i smitteforsøk kombinert med molekylære analyser av patogen-vert-interaksjoner.
Ansvarlig: Dr. Christian R. Karlsen, Nofima.
AP 4
I denne arbeidspakken vil det bli laget et referansegenom av T. finnmarkense ved hjelp av Illumina-sekvensering og PacBio. Genom-annotering vil bli utført i en automatisert “pipeline”. Dette genomet vil være viktig for videre molekylære analyser i arbeidspakkene 3 og 5.
I denne arbeidspakken vil det bli laget et referansegenom av T. finnmarkense ved hjelp av Illumina-sekvensering og PacBio. Genom-annotering vil bli utført i en automatisert “pipeline”. Dette genomet vil være viktig for videre molekylære analyser i arbeidspakkene 3 og 5.
Ansvarlig: Dr. Christian R. Karlsen, Nofima.
AP 5
Genotyping av Tenacibaculum spp. ved hjelp av MLSA-system, og kartlegging av betydningen av eksisterende bakterieflora ved utvikling av tenacibakulose, samt kartlegging immunresponser i hud. Utvikling av hudsår forventes å reflektere forandringer i hudens mikrobiomstruktur og forandringer i genuttrykk i huden.
Genotyping av Tenacibaculum spp. ved hjelp av MLSA-system, og kartlegging av betydningen av eksisterende bakterieflora ved utvikling av tenacibakulose, samt kartlegging immunresponser i hud. Utvikling av hudsår forventes å reflektere forandringer i hudens mikrobiomstruktur og forandringer i genuttrykk i huden.
Ansvarlig: Prof. Are Nylund, Universitetet i Bergen.
Deltakerne i prosjektet har alle tidligere erfaringer med studier av bakterier og har god kjennskap til slekten Tenacibaculum. Industripartner Cermaq er en av lakseprodusentene som har lang erfaring med tenacibakulose i sine anlegg, og Marin Helse er en viktig veterinærbedrift med aktivitet i de fylkene hvor sykdommen forekommer hyppigst. Forskningsmiljøene ved Universitetet i Bergen og Nofima har den nødvendige kompetanse, infrastruktur og fasiliteter for gjennomføring av dette prosjektet. Disse forskningsmiljøene har også tidligere erfaringer med tilsvarende problemstillinger.
Resultatene fra dette prosjektet vil bli presentert for industri, forvaltning og det vitenskapelige miljø gjennom publikasjoner og presentasjoner på nasjonale og internasjonale konferanser.
Prosjektgruppen har målsetning om tre vitenskapelige artikler i internasjonale fagfelle-baserte Open Access-tidsskrifter. Funn vil bli publisert i spesialisert presse som tidsskrifter innen norsk akvakultur og populærvitenskapelige magasiner (f.eks. Norsk Fiskeoppdrett, Aftenposten Viten) for å nå ut til et bredere publikum.
Publisering vil også skje gjennom forskningsinstituttenes egne kanaler og nettsider, og gjennom populærvitenskapelige presentasjoner for interne og eksterne forskningsgrupper.
Prosjektgruppen har målsetning om tre vitenskapelige artikler i internasjonale fagfelle-baserte Open Access-tidsskrifter. Funn vil bli publisert i spesialisert presse som tidsskrifter innen norsk akvakultur og populærvitenskapelige magasiner (f.eks. Norsk Fiskeoppdrett, Aftenposten Viten) for å nå ut til et bredere publikum.
Publisering vil også skje gjennom forskningsinstituttenes egne kanaler og nettsider, og gjennom populærvitenskapelige presentasjoner for interne og eksterne forskningsgrupper.
-
Sluttrapport: Begrense effekten av tenacibakulose i norsk lakseoppdrett (LimiT)
Universitetet i Bergen. 2. november 2020. Av Are Nylund, Christian Rene Karlsen (Nofima), Sverre Bang Småge (Cermaq), Erwan Lagadec, Aleksei Krasnov (Nofima), Kristense Solheim og Marte Fredriksen.
Medieomtale
Saltvannstilpasning gjør skinnet til postsmolten sterkere
nofima.no
Saltvannstilvenning av smolten reduserer sårutvikling etter utsett i sjø
fiskeribladet.no (passord)
Smolts kept in salt water ‘less susceptible to tenacibaculosis’
fishfarmingexpert.com
FHF med forskningsinnsats på sårutfordringer i laksenæringen
fhf.no