Gunstige bakteriesamfunn kan hjelpe fiskeoppdrettere

Fisk har godt av å leve i vann med stabile, gunstige bakteriesamfunn. Men dette er vanskelig å få til. Ny forskning kan hjelpe oppdrettere et steg på veien.

- Slike gunstige bakteriesamfunn kan skapes når bakterienes miljø er stabile over tid, sier doktorgradskandidat Madeleine Gundersen ved Institutt for bioteknologi og matvitenskap ved NTNU, i en nyhetssak fra Gemini.

Gundersen har undersøkt hvordan forstyrrelser i miljøet til bakterier i vann påvirker sammensetningen av dem over tid. Dette har hun gjort som en del av doktorgradsarbeidet.

Oppdretterne fôrer også bakteriene

Bakterier er mikroskopiske organismer som finnes overalt. De bor sammen i «bakterielle samfunn» hvor de samarbeider, konkurrerer og deler på ressursene de har tilgjengelige.

En fiskeoppdretter mater derfor ikke bare fisken, men også de trillionene av bakterier som bor i vannet.

Bakteriene endrer miljøet sitt ved å omdanne forbindelser til nye produkter. Dette påvirker igjen hvilke typer bakterier som overlever i samfunnet.

Men forstyrrelser i miljøet kan bidra til en ugunstig bakterieflora i vannet, og dermed påvirke fisken negativt.

- Dessverre er det vanskelig å oppnå stabile samfunn. Forstyrrelser som endring i fôring, vannføring og tilsetning av kjemikalier forstyrrer det, sier Gundersen.

Noe av målet med arbeidet hennes er altså å bidra til mer stabile samfunn gjennom å identifisere forstyrrende elementer.

Akvakultursystemet påvirker fiskedød

Hun og kolleger studerte blant annet hvordan ulike akvakultursystemer i landbasert oppdrett påvirker bakteriene i vannet rundt torsk.

- Vi fant at tradisjonelle gjennomstrømningsanlegg gjør bakterienes miljø ustabile, og gir høyere grad av uønskede bakteriesamfunn for fisken. Dette gir høyere fiskedødelighet. Men resirkulerende vannsystemer gir høyere bakteriell stabilitet, en mer gunstig bakterieflora og lavere fiskedødelighet, konstaterer Gundersen.

Naturlig utvalg og tilfeldigheter gir endringer

De grunnleggende mekanismene som driver endringene i bakteriesamfunnene, er dårlig forstått. Driverne for endring kan grovt deles inn i seleksjon og tilfeldige prosesser.

• Seleksjon, det naturlige utvalget der de best tilpassede overlever hyppigere, drives ved at de bakteriene som er best tilpasset miljøet formerer seg raskest. Selektive prosesser kan vi forutsi.

• Tilfeldige prosesser fører derimot til uforutsigbare svingninger i bakteriesammensetningen. Vi må derfor lære og forstå mer om hvordan forstyrrelser påvirker driverne for å forutsi hvordan bakteriesamfunn endres med dem.

Derfor gjennomførte Gundersen og kolleger kontrollerte laboratoriestudier hvor de undersøkte hvordan forstyrrelser i ressurstilgang påvirket driverne.

Fortynning ga mer seleksjon

I en av studiene fortynnet Gundersen og kollegaer bakteriesamfunnet gjentatte ganger over tid.

Under hver fortynning får bakteriene som blir igjen øyeblikkelig økt ressurstilgang. Forskerne fant at slik gjentatt fortynning økte graden av seleksjon. Spesielt observerte de en seleksjon for hurtigvoksende bakterier.

- Slike hurtigvoksende bakterier er kjent for å være gode til å utnytte sitasjoner hvor ressurser er i overflod, og disse betingelsene med regulær ressursøkning la til rette for vekst av dem, sier Gundersen.

Antibiotika og bakterieinvasjon ga flere tilfeldigheter

I en annen studie undersøkte forskerne både effekten av antibiotika og effekten av invasjon i form av tilsetning av bakterier.

- I den studien invaderte vi samfunnet med en bakterie og brukte antibiotika for å fjerne den igjen. Antibiotikaen vi brukte sprekker bakteriecellen slik at ressursene frigjøres. Her var målet å forstå hvordan slik gradvis frigjøring av ressurser påvirker samfunnet.

Forskerne fant at dette gjorde det mer tilfeldig hvilke bakterier som blomstret opp etterpå.

- Vi tror kombinasjonen av gradvis ressursfrigjøring fra døde antibiotika-sensitive bakterier la til rette for å lette seleksjonstrykket i samfunnet fordi flere nisjer ble åpne for kolonisering. Analysene våre viste at det var tilfeldig hvilke av de gjenlevende bakteriene som fylte disse nisjene, sier Gundersen.

Nyttig på flere felter

Samlet vil funnene fra doktorgradsarbeidet bidra til å utarbeide modeller som kan forutsi hvordan bakteriesamfunn påvirkes av forstyrrelser.

- Vi har jobbet over 30 år med hvordan vi kan styre bakteriesamfunn så vi får gunstige samspill mellom bakterier og fisk. Gjennom arbeidet sitt har Madeleine utvidet forståelsen vår. Nå vet vi mer om betydningen av tilfeldige prosesser og hva som kan hindre invasjon av skadelige bakterier. Arbeidet hennes har gitt oss bredere og dypere forståelse, sier veileder og professor Olav Vadstein ved Institutt for bioteknologi og matvitenskap ved NTNU.

Stabile bakteriesamfunn er altså gunstig for fiskeindustrien, men også for jordbruk, kloakkrensing og vår egen tarmhelse.

- Disse modellene vil derfor være til hjelp i tiden som kommer hvor klimaendringer, miljøforstyrrelser og endret livsstil øker graden av forstyrrelser i bakterienes miljø, sier Gundersen.

Modellene blir nyttige verktøy for fiskeindustrien for å optimalisere den bakterielle vannkvaliteten, og dermed sikre god fiskehelse og produksjon.

Referanser:

Fortynning. Gundersen, M.S., Morelan, I.A., Andersen, T. et al. The effect of periodic disturbances and carrying capacity on the significance of selection and drift in complex bacterial communities. ISME COMMUN. 1, 53 (2021). https://doi.org/10.1038/s43705-021-00058-4

Antibiotika og invasjon. Madeleine S. Gundersen. Alexander Fiedler, Ingrid Bakke, Olav Vadstein. The impact of phage treatment on bacterial community structure is negligible compared to antibiotics. https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-3074836/v1 

Gundersen, M.S., Vadstein, O., De Schryver, P. et al. Aquaculture rearing systems induce no legacy effects in Atlantic cod larvae or their rearing water bacterial communities. Sci Rep 12, 19812 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-24149-x