Prosjektnummer
910811
Identifisering av optimale mikrobielle faktorer i tidlig livsfase som grunnlag for robust laks / Defining optimal early-life microbial determinants as a foundation for robust Atlantic salmon (StarterPack)
Global etterspørsel etter animalsk mat øker i takt med at verdens befolkning nærmer seg 10 milliarder innen 2050. Akvakultur er sentral for å møte denne etterspørselen, og laks er en av de viktigste oppdrettsartene på grunn av høy effektivitet og lavt miljøfotavtrykk. Den tidlige livsfasen til fisken representerer imidlertid en betydelig flaskehals, der høy dødelighet og suboptimal utvikling reduserer både overlevelse etter sjøsetting og derfor samlet produksjonseffektivitet. Disse tapene er knyttet til svekket organutvikling, immundysfunksjon og redusert robusthet.
Mikrobielle samfunn (mikrobiota) assosiert med rogn og yngel er i økende grad anerkjent som viktige, men fortsatt dårlig forståtte drivere for utvikling og helse. Selv om både foreldreeffekter, oppdrettsbetingelser og miljømikrobiota påvirker tidlig utvikling, er deres relative bidrag til dannelse og funksjon av vertsassosierte mikrobielle samfunn fortsatt uklare.
StarterPack vil adressere tre kunnskapshull:
• Hvordan påvirker overføring fra foreldre, miljøeksponering og driftspraksis i klekkeri (inkludert desinfeksjon) mikrobiota i rogn og embryonal utvikling og overlevelse?
• Hvordan etableres mukosal mikrobiota (hud, gjeller og tarm) under oppdrettsbetingelser, og hva er balansen mellom miljøbidrag og vert-seleksjon?
• Påvirker tidlig mikrobiota organutvikling og modning av immunsystemet, og gjennom hvilke mekanismer?
Disse faktorene påvirker hverandre, og for å oppnå en forståelse på systemnivå (miljø-mikrobiota-laks) kreves en helhetlig tilnærming som involverer analyser av DNA, RNA og metaboliter med moderne beregningsmetoder. Dette vil muliggjøre identifisering av mikrobielle konfigurasjoner knyttet til organutvikling og immunmodning. Dyrkning, genomsekvensering og metabolsk modellering vil gjøre det mulig å isolere relevante bakterier, predikere funksjonelle egenskaper og designe syntetiske mikrobielle samfunn med gunstige egenskaper for rogn- og yngelhelse.
Mer spesifikt har StarterPack som mål å:
• Identifisere kjerne-taksa og funksjoner i lakserogn, inkludert opprinnelse (foreldre eller miljø) og betydning for utvikling og patogenresistens.
• Definere kjennetegn ved en sunn rognmikrobiota og vurdere hvordan desinfeksjon endrer sentrale konfigurasjoner knyttet til utvikling og immunforsvar.
• Karakterisere mikrobiota assosiert med godt utviklede yngel og dens rolle i etablering av immunsystemet.
• Utvikle mikrobiota-baserte strategier for å optimalisere tidlige mikrobielle samfunn for bedre utvikling, immunitet og sykdomsresistens.
Prosjektet bygger på ImprovAFish (NFR/ERA-NET BlueBio), som genererte genomsekvenserte bakterieisolater fra laks ved NMBU. Pågående relaterte prosjekter inkluderer SalmoPro (NFR), som utvider denne bakteriesamlingen; HoloGen (MSCA-DN), som utvikler beregningsverktøy for integrering av multi-omics data; og SalmoCode (FHF), som leverer protokoller for enkeltcelle-transkriptomikk for å studere utviklende lakseembryoer under ulike produksjonsbetingelser.
Mikrobielle samfunn (mikrobiota) assosiert med rogn og yngel er i økende grad anerkjent som viktige, men fortsatt dårlig forståtte drivere for utvikling og helse. Selv om både foreldreeffekter, oppdrettsbetingelser og miljømikrobiota påvirker tidlig utvikling, er deres relative bidrag til dannelse og funksjon av vertsassosierte mikrobielle samfunn fortsatt uklare.
StarterPack vil adressere tre kunnskapshull:
• Hvordan påvirker overføring fra foreldre, miljøeksponering og driftspraksis i klekkeri (inkludert desinfeksjon) mikrobiota i rogn og embryonal utvikling og overlevelse?
• Hvordan etableres mukosal mikrobiota (hud, gjeller og tarm) under oppdrettsbetingelser, og hva er balansen mellom miljøbidrag og vert-seleksjon?
• Påvirker tidlig mikrobiota organutvikling og modning av immunsystemet, og gjennom hvilke mekanismer?
Disse faktorene påvirker hverandre, og for å oppnå en forståelse på systemnivå (miljø-mikrobiota-laks) kreves en helhetlig tilnærming som involverer analyser av DNA, RNA og metaboliter med moderne beregningsmetoder. Dette vil muliggjøre identifisering av mikrobielle konfigurasjoner knyttet til organutvikling og immunmodning. Dyrkning, genomsekvensering og metabolsk modellering vil gjøre det mulig å isolere relevante bakterier, predikere funksjonelle egenskaper og designe syntetiske mikrobielle samfunn med gunstige egenskaper for rogn- og yngelhelse.
Mer spesifikt har StarterPack som mål å:
• Identifisere kjerne-taksa og funksjoner i lakserogn, inkludert opprinnelse (foreldre eller miljø) og betydning for utvikling og patogenresistens.
• Definere kjennetegn ved en sunn rognmikrobiota og vurdere hvordan desinfeksjon endrer sentrale konfigurasjoner knyttet til utvikling og immunforsvar.
• Karakterisere mikrobiota assosiert med godt utviklede yngel og dens rolle i etablering av immunsystemet.
• Utvikle mikrobiota-baserte strategier for å optimalisere tidlige mikrobielle samfunn for bedre utvikling, immunitet og sykdomsresistens.
Prosjektet bygger på ImprovAFish (NFR/ERA-NET BlueBio), som genererte genomsekvenserte bakterieisolater fra laks ved NMBU. Pågående relaterte prosjekter inkluderer SalmoPro (NFR), som utvider denne bakteriesamlingen; HoloGen (MSCA-DN), som utvikler beregningsverktøy for integrering av multi-omics data; og SalmoCode (FHF), som leverer protokoller for enkeltcelle-transkriptomikk for å studere utviklende lakseembryoer under ulike produksjonsbetingelser.
Hovedmål
Delmål (med korresponderende arbeidspakker (AP-er))
Prosjektets hovedmål er å i) bruke multiomiske data og nye beregningsbaserte metoder for å avdekke funksjonelle sammenhenger i triaden miljø–mikrobiota–vert som former gunstige mikrobiotasammensetninger knyttet til rogn og plommesekkyngel, samt ii) ha særlig fokus på å identifisere mikrober, mekanismer og strategier som understøtter sunn organutvikling og modning av immunsystemet, for utvikling av robust laks.
Delmål (med korresponderende arbeidspakker (AP-er))
1. Å kartlegge sentrale mikrobielle taksonomiske grupper og deres funksjoner som er assosiert med rogn hos atlantisk laks, deres overføring fra foreldrefisk eller tilegnelse fra vannmiljøet, samt deres metabolske egenskaper som påvirker embryonal utvikling og motstandskraft mot patogener (AP1).
2. Å identifisere funksjon og struktur i velfungerende mikrobielle samfunn knyttet til frisk rogn, og vurdere om dagens desinfeksjonsmetoder endrer mikrobiotasammensetninger som er kritiske for organutvikling og modning av immunsystemet (AP2–3).
3. Å avdekke sammensetning og funksjon til mikrobiota som bidrar til utvikling av plommesekkyngel med godt utviklede gjeller, hud og tarm, og som legger grunnlaget for et robust immunsystem senere i livet (AP2–3).
4. Å etablere mikrobiotabaserte strategier som optimaliserer den tidlige mikrobiotaen hos atlantisk laks, og dermed fremmer sunn organutvikling, robust immunitet og beskyttelse mot patogener (AP4–5).
Robust fisk og bærekraftig akvakultur
Prosjektet vil utvikle protokoller for å fremme bærekraftig akvakultur gjennom en mikrobiota-sentrert tilnærming som forbedrer tidlig utvikling, med effekt på fiskens helse og robusthet. Ved å identifisere gunstige mikrobiota som påvirker organutvikling og optimalisere klekkeripraksis, vil prosjektet redusere organdefekter, forbedre organfunksjon og styrke fiskevelferd og vekstytelse. Dette vil bidra til mer effektiv produksjon med lavere ressursbruk, reduserte tap og redusert behov for antimikrobielle midler. For næringen innebærer dette høyere produktivitet, økt stabilitet og lavere produksjonskostnader. Samlet sett er prosjektet i tråd med EUs Blue Growth-strategi og flere av FNs Sustainable Development Goals (SDG 2, 3, 12, 13, 14, 17).
Industriell betydning
Dette prosjektet fokuserer på tidlig livsfase; selv små forbedringer i overlevelse og robusthet hos fisk oppnådd gjennom kunnskap fra StarterPack kan ha stor økonomisk betydning for lakseoppdrett i Norge og globalt, både direkte og indirekte gjennom økt samfunnsmessig aksept.
På kort sikt vil StarterPack etablere et kunnskapsgrunnlag for hvordan produksjonstemperatur og desinfeksjonsstrategier for rogn påvirker organutvikling og immunmodning gjennom modulering av mikrobiota. Prosjektet vil gi rognprodusenter beste praksis-retningslinjer for mikrobiota-vennlig produksjon som bevarer gunstige mikroorganismer samtidig som patogenkontroll ivaretas. I tillegg vil prosjektet generere en skisse for laks syntetiske mikrobielle samfunn (SSMs) som kan støtte sunn tidlig utvikling, inkludert epitelial differensiering og immunologisk priming.
På lengre sikt vil StarterPack muliggjøre forbedrede desinfeksjonsprotokoller og vannhåndteringsstrategier, samt utvikling av målrettede prebiotika designet for å støtte gunstige mikrobielle samfunn og øke produksjonen av helsefremmende metabolitter som kortkjedede fettsyrer. Disse fremskrittene vil bidra til mikrobiota-baserte forebyggende helsetiltak som øker robusthet, reduserer tap, forbedrer fiskevelferd og styrker næringens konkurranseevne og produksjonsstabilitet.
Det økonomiske potensialet er betydelig. Selv små forbedringer i overlevelse og effektivitet kan gi store verdigevinster: for rognprodusenter kan en 1 % økning i markedsandel representere rundt 10 millioner NOK årlig. For en lakseprodusent, med en inntjening på 30 NOK/kg, vil en 0,5 % forbedring i overlevelse i en produksjonsenhet på 30 000 tonn/år øke inntektene med 4,5 millioner NOK per år. Med en norsk produksjon på over 1 million tonn årlig tilsvarer dette rundt 150 millioner NOK på bransjenivå. Ytterligere verdi kan komme gjennom nye mikrobiota-baserte produkter og selskaper, samt økt markedsaksept for bærekraftig produsert laks, noe som samlet kan bidra med flere hundre millioner NOK årlig.
Prosjektet vil utvikle protokoller for å fremme bærekraftig akvakultur gjennom en mikrobiota-sentrert tilnærming som forbedrer tidlig utvikling, med effekt på fiskens helse og robusthet. Ved å identifisere gunstige mikrobiota som påvirker organutvikling og optimalisere klekkeripraksis, vil prosjektet redusere organdefekter, forbedre organfunksjon og styrke fiskevelferd og vekstytelse. Dette vil bidra til mer effektiv produksjon med lavere ressursbruk, reduserte tap og redusert behov for antimikrobielle midler. For næringen innebærer dette høyere produktivitet, økt stabilitet og lavere produksjonskostnader. Samlet sett er prosjektet i tråd med EUs Blue Growth-strategi og flere av FNs Sustainable Development Goals (SDG 2, 3, 12, 13, 14, 17).
Industriell betydning
Dette prosjektet fokuserer på tidlig livsfase; selv små forbedringer i overlevelse og robusthet hos fisk oppnådd gjennom kunnskap fra StarterPack kan ha stor økonomisk betydning for lakseoppdrett i Norge og globalt, både direkte og indirekte gjennom økt samfunnsmessig aksept.
På kort sikt vil StarterPack etablere et kunnskapsgrunnlag for hvordan produksjonstemperatur og desinfeksjonsstrategier for rogn påvirker organutvikling og immunmodning gjennom modulering av mikrobiota. Prosjektet vil gi rognprodusenter beste praksis-retningslinjer for mikrobiota-vennlig produksjon som bevarer gunstige mikroorganismer samtidig som patogenkontroll ivaretas. I tillegg vil prosjektet generere en skisse for laks syntetiske mikrobielle samfunn (SSMs) som kan støtte sunn tidlig utvikling, inkludert epitelial differensiering og immunologisk priming.
På lengre sikt vil StarterPack muliggjøre forbedrede desinfeksjonsprotokoller og vannhåndteringsstrategier, samt utvikling av målrettede prebiotika designet for å støtte gunstige mikrobielle samfunn og øke produksjonen av helsefremmende metabolitter som kortkjedede fettsyrer. Disse fremskrittene vil bidra til mikrobiota-baserte forebyggende helsetiltak som øker robusthet, reduserer tap, forbedrer fiskevelferd og styrker næringens konkurranseevne og produksjonsstabilitet.
Det økonomiske potensialet er betydelig. Selv små forbedringer i overlevelse og effektivitet kan gi store verdigevinster: for rognprodusenter kan en 1 % økning i markedsandel representere rundt 10 millioner NOK årlig. For en lakseprodusent, med en inntjening på 30 NOK/kg, vil en 0,5 % forbedring i overlevelse i en produksjonsenhet på 30 000 tonn/år øke inntektene med 4,5 millioner NOK per år. Med en norsk produksjon på over 1 million tonn årlig tilsvarer dette rundt 150 millioner NOK på bransjenivå. Ytterligere verdi kan komme gjennom nye mikrobiota-baserte produkter og selskaper, samt økt markedsaksept for bærekraftig produsert laks, noe som samlet kan bidra med flere hundre millioner NOK årlig.
Prosjektet er organisert i fem faglige arbeidspakker (AP-er):
AP 1: Beskrivelse av hvordan vertikal og horisontal overføring former tidlig mikrobiota hos laks
Ansvarlig: Sabina Leanti La Rosa (Norges Miljø- og Biovitenskapelige Universitet (NMBU))
AP 1: Beskrivelse av hvordan vertikal og horisontal overføring former tidlig mikrobiota hos laks
Ansvarlig: Sabina Leanti La Rosa (Norges Miljø- og Biovitenskapelige Universitet (NMBU))
Aktivitetsbeskrivelse
AP1 er basert på hypotesen om at befruktede lakserogn koloniseres av foreldrenes mikrobiota, og at vannets egenskaper påvirker etableringen av gunstige mikrobielle taksa i tidlig utvikling. Prosjektet vil her prøve ovarialvæske, melke, befruktede rogn, hudslim og vann fra oppdrettsmiljø ved AquaGens avlsanlegg i Kyrksæterøra og Barstadvika i Norge.
Mikrobiell sammensetning og overføringsmønstre vil analyseres ved bruk av amplikonsekvensering av bakterier, arker, sopp og mikroeukaryoter, kombinert med source-tracking og analyser av mikrobielle samfunnsassosiasjoner. Long-read shotgun metagenomikk vil benyttes for å rekonstruere mikrobielle genomer og identifisere metabolske egenskaper som støtter næringsutnyttelse, patogenresistens og produksjon av forbindelser som kan ha gunstige eller negative effekter på rognutvikling.
AP1 vil identifisere delte mikrobielle taksa og funksjoner mellom foreldre, rogn og miljø, samt vurdere om det finnes en konsistent kjerne-mikrobiota på tvers av anlegg. De resulterende datasettene og rekonstruerte genomene vil danne grunnlaget for videre analyser av mikrobielle funksjoner og vert–mikrobiota-interaksjoner i senere arbeidspakker.
AP 2: Betydningen av tidlig mikrobiota for organutvikling, immunmodning og helse hos laks
Ansvarlig: Christiaan Henkel (Norges Miljø- og Biovitenskapelige Universitet (NMBU))
Aktivitetsbeskrivelse
AP2 er basert på hypotesen om at rognassosierte mikrobiota påvirker organutvikling, immunmodning og senere fysiologi hos laks. Prosjektet vil her manipulere tidlig mikrobiel kolonisering ved bruk av ulike desinfeksjonsprotokoller for rogn og inkubasjonstemperaturer i kontrollerte forsøk fra befruktning til startfôring.
Rogn og plommesekkyngel (aleviner) vil prøvetas på nøkkelstadier i utviklingen for å analysere organutvikling, immunmodning og mikrobielle samfunn, samt tilhørende data for utviklingsprestasjon. Enkeltcelle-RNA-sekvensering, metabolomikk, amplikonsekvensering, metagenomikk og metatranskriptomikk vil benyttes for å karakterisere vertens utviklingsrespons og mikrobielle funksjoner.
Prosjektet vil kartlegge hvordan temperatur og desinfeksjonspraksis påvirker mikrobiel kolonisering, immuncelle-repertoar og utviklingsmessige helseindikatorer i rogn og yngel. De resulterende datasettene vil danne grunnlaget for å identifisere assosiasjoner mellom mikrobielle populasjoner, organutvikling og immunmodning i AP3.
AP 3: Miljø–mikrobiota–laks nettverket
Ansvarlig: Torgeir R. Hvidsten (Norges Miljø- og Biovitenskapelige Universitet (NMBU))
Aktivitetsbeskrivelse
AP3 vil benytte avanserte beregningsverktøy for å integrere metataksonomi, metagenomikk, metatranskriptomikk, enkeltcelle-transkriptomikk, metabolomikk og data for utviklingsprestasjon generert i AP2, for å identifisere vert–mikrobiota-interaksjoner assosiert med tidlig utvikling.
Ko-ekspresjonsnettverksanalyser og constraint-based metabolsk modellering vil benyttes for å predikere mikrobielle funksjoner, metabolittutveksling og mikrobe–vert-interaksjoner under ulike miljøbetingelser. Prosjektet vil identifisere mikrobielle populasjoner og metabolske veier som potensielt fremmer eller hemmer organutvikling, immunmodning og generell fiskehelse.
Leveranser fra AP3 inkluderer nettverkskart over vert–mikrobiota-interaksjoner, rangerte lister over mikrobielle gener, metabolske veier og metabolitter assosiert med utviklingsprosesser, samt fullstendig annoterte metabolske rekonstruksjoner for sentrale mikrobielle populasjoner. Disse analysene vil generere en prioritert liste av kandidatmikrober og mikrobielle funksjoner som forventes å være viktige for utvikling og helse hos laks, og danner grunnlaget for eksperimentell validering i AP4.
AP 4: Design og utvikling av funksjonelle syntetiske mikrobielle samfunn
Ansvarlig: Sabina Leanti La Rosa (Norges Miljø- og Biovitenskapelige Universitet (NMBU))
Aktivitetsbeskrivelse
AP4 vil undersøke hypotesen om at definerte syntetiske mikrobielle samfunn (SSMs) kan brukes til å manipulere mikrobiota hos rogn og yngel, og dermed påvirke utvikling, helse og resistens mot patogener hos laks.
Prosjektet vil her designe kunnskapsbaserte mikrobielle samfunn som produserer gunstige metabolitter for verten, ved å integrere funksjonell innsikt fra AP1–AP3. Det vil benyttes samfunnsbaserte metabolske modeller for å simulere metabolske interaksjoner innen mikrobielle konsortier, med hensyn til miljøbetingelser som pH, oksygen, temperatur og næringstilgang, samt tilstedeværelse av opportunistiske patogener.
Mikroorganismer (med sekvenserte genomer) som inngår i de syntetiske samfunnene vil hentes fra eksisterende kulturkolleksjoner eller isoleres ved hjelp av målrettede dyrkingsstrategier basert på metabolske prediksjoner fra genomiske data. Rogn-, hud- og gjelle-spesifikke SSMs for laks vil bli satt sammen av 3–15 utvalgte bakteriearter, screenet for biosikkerhet og validert for metabolittproduksjon.
Produksjon av bakteriekulturer vil skaleres opp i bioreaktorer (1–3 L volum) for å sikre tilstrekkelig biomasse og metabolittutbytte til videre in vivo-testing som beskrevet i AP5.
AP 5: Evaluering av mikrobiota-modulerende strategier for forbedret helse og robusthet hos rogn og tidlig livsfase hos laks
Ansvarlig: Sabina Leanti La Rosa (Norges Miljø- og Biovitenskapelige Universitet (NMBU))
Aktivitetsbeskrivelse
AP5 har som mål å validere effekten av definerte syntetiske mikrobielle samfunn hos laks (SSM) utviklet i AP4, som et proof-of-concept for implementering i norsk lakseoppdrett.
Arbeidspakken tester hypotesen om at tidlig eksponering for SSM vil kunne påvirke etableringen av mikrobiota hos lakserogn og yngel på en gunstig måte, og dermed forbedre organutvikling, immunrespons og økt resistens mot bakterielle infeksjoner.
Det vil gjennomføres SSM-intervensjoner i kontrollerte eksperimentelle systemer fra befruktning til tidlige larvestadier, under ulike miljøbetingelser og patogeneksponering. Prosjektet vil evaluere hvorvidt rasjonelt designede mikrobielle konsortier kan forbedre klekkesuksess, overlevelse, koloniseringsresistens mot opportunistiske patogener og vertens immunrespons.
På tvers av flere forsøk vil effektene av SSM analyseres ved bruk av amplikonsekvensering for mikrobiotasammensetning, enkeltcelle-RNA-sekvensering (scRNA-seq) for immun- og cellulære responser, samt kvantitativ fenotyping av klekkesuksess, overlevelse, morfologi og patogenmengde. Resistens mot patogener vil testes gjennom kontrollerte utfordringsforsøk med Yersinia ruckeri, kombinert med overlevelsesanalyser og profilering av mengder mikrober.
På tvers av forsøkene vil vert–mikrobiota-interaksjoner integreres ved hjelp av avanserte statistiske analyser for å identifisere funksjonelle effekter av SSM-eksponering.
AP1 er basert på hypotesen om at befruktede lakserogn koloniseres av foreldrenes mikrobiota, og at vannets egenskaper påvirker etableringen av gunstige mikrobielle taksa i tidlig utvikling. Prosjektet vil her prøve ovarialvæske, melke, befruktede rogn, hudslim og vann fra oppdrettsmiljø ved AquaGens avlsanlegg i Kyrksæterøra og Barstadvika i Norge.
Mikrobiell sammensetning og overføringsmønstre vil analyseres ved bruk av amplikonsekvensering av bakterier, arker, sopp og mikroeukaryoter, kombinert med source-tracking og analyser av mikrobielle samfunnsassosiasjoner. Long-read shotgun metagenomikk vil benyttes for å rekonstruere mikrobielle genomer og identifisere metabolske egenskaper som støtter næringsutnyttelse, patogenresistens og produksjon av forbindelser som kan ha gunstige eller negative effekter på rognutvikling.
AP1 vil identifisere delte mikrobielle taksa og funksjoner mellom foreldre, rogn og miljø, samt vurdere om det finnes en konsistent kjerne-mikrobiota på tvers av anlegg. De resulterende datasettene og rekonstruerte genomene vil danne grunnlaget for videre analyser av mikrobielle funksjoner og vert–mikrobiota-interaksjoner i senere arbeidspakker.
AP 2: Betydningen av tidlig mikrobiota for organutvikling, immunmodning og helse hos laks
Ansvarlig: Christiaan Henkel (Norges Miljø- og Biovitenskapelige Universitet (NMBU))
Aktivitetsbeskrivelse
AP2 er basert på hypotesen om at rognassosierte mikrobiota påvirker organutvikling, immunmodning og senere fysiologi hos laks. Prosjektet vil her manipulere tidlig mikrobiel kolonisering ved bruk av ulike desinfeksjonsprotokoller for rogn og inkubasjonstemperaturer i kontrollerte forsøk fra befruktning til startfôring.
Rogn og plommesekkyngel (aleviner) vil prøvetas på nøkkelstadier i utviklingen for å analysere organutvikling, immunmodning og mikrobielle samfunn, samt tilhørende data for utviklingsprestasjon. Enkeltcelle-RNA-sekvensering, metabolomikk, amplikonsekvensering, metagenomikk og metatranskriptomikk vil benyttes for å karakterisere vertens utviklingsrespons og mikrobielle funksjoner.
Prosjektet vil kartlegge hvordan temperatur og desinfeksjonspraksis påvirker mikrobiel kolonisering, immuncelle-repertoar og utviklingsmessige helseindikatorer i rogn og yngel. De resulterende datasettene vil danne grunnlaget for å identifisere assosiasjoner mellom mikrobielle populasjoner, organutvikling og immunmodning i AP3.
AP 3: Miljø–mikrobiota–laks nettverket
Ansvarlig: Torgeir R. Hvidsten (Norges Miljø- og Biovitenskapelige Universitet (NMBU))
Aktivitetsbeskrivelse
AP3 vil benytte avanserte beregningsverktøy for å integrere metataksonomi, metagenomikk, metatranskriptomikk, enkeltcelle-transkriptomikk, metabolomikk og data for utviklingsprestasjon generert i AP2, for å identifisere vert–mikrobiota-interaksjoner assosiert med tidlig utvikling.
Ko-ekspresjonsnettverksanalyser og constraint-based metabolsk modellering vil benyttes for å predikere mikrobielle funksjoner, metabolittutveksling og mikrobe–vert-interaksjoner under ulike miljøbetingelser. Prosjektet vil identifisere mikrobielle populasjoner og metabolske veier som potensielt fremmer eller hemmer organutvikling, immunmodning og generell fiskehelse.
Leveranser fra AP3 inkluderer nettverkskart over vert–mikrobiota-interaksjoner, rangerte lister over mikrobielle gener, metabolske veier og metabolitter assosiert med utviklingsprosesser, samt fullstendig annoterte metabolske rekonstruksjoner for sentrale mikrobielle populasjoner. Disse analysene vil generere en prioritert liste av kandidatmikrober og mikrobielle funksjoner som forventes å være viktige for utvikling og helse hos laks, og danner grunnlaget for eksperimentell validering i AP4.
AP 4: Design og utvikling av funksjonelle syntetiske mikrobielle samfunn
Ansvarlig: Sabina Leanti La Rosa (Norges Miljø- og Biovitenskapelige Universitet (NMBU))
Aktivitetsbeskrivelse
AP4 vil undersøke hypotesen om at definerte syntetiske mikrobielle samfunn (SSMs) kan brukes til å manipulere mikrobiota hos rogn og yngel, og dermed påvirke utvikling, helse og resistens mot patogener hos laks.
Prosjektet vil her designe kunnskapsbaserte mikrobielle samfunn som produserer gunstige metabolitter for verten, ved å integrere funksjonell innsikt fra AP1–AP3. Det vil benyttes samfunnsbaserte metabolske modeller for å simulere metabolske interaksjoner innen mikrobielle konsortier, med hensyn til miljøbetingelser som pH, oksygen, temperatur og næringstilgang, samt tilstedeværelse av opportunistiske patogener.
Mikroorganismer (med sekvenserte genomer) som inngår i de syntetiske samfunnene vil hentes fra eksisterende kulturkolleksjoner eller isoleres ved hjelp av målrettede dyrkingsstrategier basert på metabolske prediksjoner fra genomiske data. Rogn-, hud- og gjelle-spesifikke SSMs for laks vil bli satt sammen av 3–15 utvalgte bakteriearter, screenet for biosikkerhet og validert for metabolittproduksjon.
Produksjon av bakteriekulturer vil skaleres opp i bioreaktorer (1–3 L volum) for å sikre tilstrekkelig biomasse og metabolittutbytte til videre in vivo-testing som beskrevet i AP5.
AP 5: Evaluering av mikrobiota-modulerende strategier for forbedret helse og robusthet hos rogn og tidlig livsfase hos laks
Ansvarlig: Sabina Leanti La Rosa (Norges Miljø- og Biovitenskapelige Universitet (NMBU))
Aktivitetsbeskrivelse
AP5 har som mål å validere effekten av definerte syntetiske mikrobielle samfunn hos laks (SSM) utviklet i AP4, som et proof-of-concept for implementering i norsk lakseoppdrett.
Arbeidspakken tester hypotesen om at tidlig eksponering for SSM vil kunne påvirke etableringen av mikrobiota hos lakserogn og yngel på en gunstig måte, og dermed forbedre organutvikling, immunrespons og økt resistens mot bakterielle infeksjoner.
Det vil gjennomføres SSM-intervensjoner i kontrollerte eksperimentelle systemer fra befruktning til tidlige larvestadier, under ulike miljøbetingelser og patogeneksponering. Prosjektet vil evaluere hvorvidt rasjonelt designede mikrobielle konsortier kan forbedre klekkesuksess, overlevelse, koloniseringsresistens mot opportunistiske patogener og vertens immunrespons.
På tvers av flere forsøk vil effektene av SSM analyseres ved bruk av amplikonsekvensering for mikrobiotasammensetning, enkeltcelle-RNA-sekvensering (scRNA-seq) for immun- og cellulære responser, samt kvantitativ fenotyping av klekkesuksess, overlevelse, morfologi og patogenmengde. Resistens mot patogener vil testes gjennom kontrollerte utfordringsforsøk med Yersinia ruckeri, kombinert med overlevelsesanalyser og profilering av mengder mikrober.
På tvers av forsøkene vil vert–mikrobiota-interaksjoner integreres ved hjelp av avanserte statistiske analyser for å identifisere funksjonelle effekter av SSM-eksponering.
Prosjektorganisering
StarterPack er et forskningssamarbeid mellom Norges Miljø- og Biovitenskapelige Universitet (NMBU) og AquaGen AS, og vil ledes av NMBU. NMBU vil bidra med tverrfaglig kompetanse innen mikrobiomforskning, bioinformatikk og integrering av multi-omikk, genomikk, immunologi og akvakultur. NMBUs forskerteam vil gjennomføre eksperimentelle studier på lakserogn tidlige livsstadier, inkludert avanserte analyser av mikrobiota ved bruk av moderne sekvenseringsteknologier, enkeltcelle-transkriptomikk og integrerte multi-omikk-tilnærminger. Videre vil NMBU utvikle og anvende beregnings- og datadrevne modeller for å forstå samspillet mellom miljø, mikrobiota og vertens fysiologi, samt identifisere mekanismer som påvirker organutvikling og immunfunksjon hos laks. AquaGen AS, en ledende aktør innen lakseavl og produksjon av rogn, vil bidra med tilgang til biologisk materiale, inkludert rogn og melke fra AquaGens avlskjerne. Selskapet vil også bidra med industrikompetanse og sikre at prosjektet er relevant for praktiske anvendelser i akvakultur. Det eksperimentelle arbeidet vil gjennomføres i kontrollerte laboratoriefasiliteter ved NMBU og i tett samarbeid med industripartnere for å sikre overførbarhet til kommersielle produksjonssystemer.
StarterPack er et forskningssamarbeid mellom Norges Miljø- og Biovitenskapelige Universitet (NMBU) og AquaGen AS, og vil ledes av NMBU. NMBU vil bidra med tverrfaglig kompetanse innen mikrobiomforskning, bioinformatikk og integrering av multi-omikk, genomikk, immunologi og akvakultur. NMBUs forskerteam vil gjennomføre eksperimentelle studier på lakserogn tidlige livsstadier, inkludert avanserte analyser av mikrobiota ved bruk av moderne sekvenseringsteknologier, enkeltcelle-transkriptomikk og integrerte multi-omikk-tilnærminger. Videre vil NMBU utvikle og anvende beregnings- og datadrevne modeller for å forstå samspillet mellom miljø, mikrobiota og vertens fysiologi, samt identifisere mekanismer som påvirker organutvikling og immunfunksjon hos laks. AquaGen AS, en ledende aktør innen lakseavl og produksjon av rogn, vil bidra med tilgang til biologisk materiale, inkludert rogn og melke fra AquaGens avlskjerne. Selskapet vil også bidra med industrikompetanse og sikre at prosjektet er relevant for praktiske anvendelser i akvakultur. Det eksperimentelle arbeidet vil gjennomføres i kontrollerte laboratoriefasiliteter ved NMBU og i tett samarbeid med industripartnere for å sikre overførbarhet til kommersielle produksjonssystemer.
Kommunikasjon med akvakulturnæringen, det vitenskapelige miljøet og allmennheten er fullt integrert i prosjektet gjennom aktiviteter i en egen arbeidspakke (AP6). Prosjektet vil benytte flere ulike formidlingskanaler, inkludert en prosjektnettside hostet av NMBU, regelmessige seminarer og partnermøter, samt involvering av industrien gjennom videoer, infografikk og webinarer. Videre vil samarbeidet med sentrale interessenter som AquaGen, etablering av en prosjektreferansegruppe, samt deltakelse på internasjonale og nasjonale konferanser (bl.a. Aquaculture Europe, World Aquaculture Society-møter, Havbruk, International Symposium on Fish Nutrition, Norsk Biovitenskapelig Selskap, og International Symposium on Microbial Ecology) bidra til å styrke formidlingen ytterligere. Samlet sett vil denne formidlingsstrategien, som kombinerer åpen publisering, interessentdialog og medieformidling, sikre at prosjektresultater kommuniseres på en tilgjengelig, engasjerende og virkningsfull måte, og dermed maksimere deres relevans og nytte for næringen.
Prosjektet planlegger å publisere resultater i fire fagfellevurderte vitenskapelige tidsskrifter, hvor manuskripter også gjøres tilgjengelige som åpne preprints (f.eks. bioRxiv) for å sikre rask formidling. Etter publisering vil arbeidene følges opp med pressemeldinger og videre formidlingsaktiviteter, inkludert infografikk. Offentlig formidling vil sikres gjennom plattformer som forskning.no, iLaks, Intrafish og Kyst.no, samt sosiale medier som LinkedIn og BlueSky. I tillegg vil vi produsere tre videoer som publiseres digitalt, én som introduserer prosjektet, én som presenterer foreløpige resultater, og en avsluttende video som oppsummerer prosjektets samlede resultater.
Prosjektet planlegger å publisere resultater i fire fagfellevurderte vitenskapelige tidsskrifter, hvor manuskripter også gjøres tilgjengelige som åpne preprints (f.eks. bioRxiv) for å sikre rask formidling. Etter publisering vil arbeidene følges opp med pressemeldinger og videre formidlingsaktiviteter, inkludert infografikk. Offentlig formidling vil sikres gjennom plattformer som forskning.no, iLaks, Intrafish og Kyst.no, samt sosiale medier som LinkedIn og BlueSky. I tillegg vil vi produsere tre videoer som publiseres digitalt, én som introduserer prosjektet, én som presenterer foreløpige resultater, og en avsluttende video som oppsummerer prosjektets samlede resultater.