Ein „Schrotschuss“-Ansatz für das Fischmetagenom zeigt Zusammenhang zwischen Darmbakterien und Gesundheit
Die Aquakultur war einst eine junge Industrie und hat sich zum am schnellsten wachsenden Lebensmittelsektor weltweit entwickelt. Sie produziert inzwischen mehr Fisch für den menschlichen Verzehr, als aus Wildfischbeständen stammt. Der Schlüssel zur Sicherung der kontinuierlichen Entwicklung einer nachhaltigen Aquakultur liegt in der Steigerung der Futtereffizienz. Das Futterumwandlungsverhältnis ist ein wichtiger Indikator für die Futtereffizienz und beschreibt die Futtermenge, die zum Anbau eines Kilogramms Fisch verwendet wird. Wenn ein Landwirt weiß, wie viel Futter benötigt wird, kann er die Rentabilität bestimmen. Das Futterumwandlungsverhältnis bietet nicht nur ein Maß für die Effizienz der Aquakulturproduktion, sondern zeigt auch die Fähigkeit des Fisches an, Tierfutter in die gewünschte Leistung umzuwandeln. Ineffiziente Verhältnisse belasten die Umwelt.
Fischgesundheit durch Bakterien
In letzter Zeit wurden in der Aquakultur tierische Eiweiße zunehmend durch pflanzliche Inhaltstoffe ersetzt. Die Auswirkungen dieser Strategie auf die damit verbundenen Stoffwechselprozesse, welche die Fischgesundheit und das Wachstum regulieren, sind nach wie vor unbekannt. Die Identifizierung nützlicher Bakterien würde dazu beitragen, die Futtereffizienz zu optimieren und die Immunität von Zuchtfischen zu stärken. Vielversprechende Lösungen zur Optimierung der Futtereffizienz und der Fischgesundheit stammen aus jüngsten Studien zur Metagenomsequenzierung. Diese konzentrieren sich darauf, wie das Darmmikrobiom mit Stoffwechsel- und Immunwegen bei Menschen und Mäusen interagiert. Das durch die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen finanzierte Projekt HappyFish untersuchte die verschiedenen Funktionen von Darmbakterien und ihre Rolle für die allgemeine Gesundheit von Zuchtfischen. Darüber hinaus wurde untersucht, wie verschiedene Futterformeln mit dem Darmmikrobiom der Regenbogenforelle – einer kommerziell wichtigen Fischart für die Aquakultur weltweit – interagieren, und wie diese Formeln in Zukunft optimiert werden können.
Eine moderne metagenomische Methode
In der modernsten Aquakulturforschung wurde weitgehend ein einfacher Genmarker verwendet, mit dem nur die Bakteriengruppen in den Mikrobiomen des Fischdarms verglichen werden können. Das Projekt HappyFish hat die Mikrobiomforschung auf diesem Gebiet erheblich vorangetrieben, indem es bei der Verwendung der sogenannten Schrotschuss-Sequenzierung im Regenbogenforellen-Metagenom Pionierarbeit geleistet hat. Diese Methode ermöglichte es den Forschenden, die von Genen in den Mikroorganismen kodierten funktionellen Eigenschaften zu entschlüsseln, aus denen das Darmmikrobiom der Regenbogenforelle besteht. „Wir haben zuerst das gesamte Metagenom in Stücke geschnitten, die klein genug zur Sequenzierung sind“, erklärt Morten Limborg, Koordinator von HappyFish. „Dann bestand die Herausforderung darin, die Teilsequenzen zu sortieren und sie zu spezifischen Metagenomen zusammenzusetzen. Dazu wurden diese überlappenden Fragmente wie ein Puzzle ineinandergefügt.“ Die Forschenden haben diese Herausforderung mithilfe fortschrittlicher Werkzeuge der Bioinformatik bewältigt. „Wir haben zum ersten Mal die funktionellen Rollen symbiotischer Mikroorganismen charakterisiert, die entscheidende Funktionen für ihren Regenbogenforellenwirt übernehmen. Ein Beispiel hierfür ist die Fähigkeit einiger Mikroorganismen, die Umwandlung von Futtermitteln in Biomasse (Futterumwandlungsverhältnis) zu verbessern und dadurch den Abfall zu reduzieren“, fügt Limborg hinzu. Das Team, zu dem Doktorand Jacob Rasmussen gehört, beobachtete auch interessante Muster spezifischer Bakterien, die in schnell wachsenden Fischen erheblich häufiger vorkamen.
Ein zuversichtlicher Blick in die Zukunft
Das Projekt HappyFish erschließt neue Möglichkeiten auf dem Weg zu einer nachhaltigeren Lebensmittelproduktion im Aquakultursektor. Limborg legt dar: „Die Ergebnisse sollten die Entwicklung effektiverer Futterprotokolle erleichtern, die mit den nützlichen Darmbakterien zur Förderung des Wachstums und der Gesundheit von Zuchtfischen zusammenarbeiten können.“ Richtiges Futter, das die natürlichen Bestandteile des Darmmikrobioms verändern kann, könnte die Futterkosten reduzieren, die negativen Auswirkungen auf die Umwelt minimieren und den Einsatz von Antibiotika eliminieren.
Schlüsselbegriffe
HappyFish, Aquakultur, Regenbogenforelle, Metagenom, Darmmikrobiom, Futtereffizienz, Futterumwandlungsverhältnis, Schrotschuss-Sequenzierung
