Kompleksowe podejście do metagenomu ryb ujawnia związek bakterii jelitowych ze zdrowiem
Akwakultura, która jeszcze niedawno stanowiła zupełnie nową branżę, błyskawicznie stała się najlepiej rozwijającym się sektorem produkcji żywości na całym świecie i już teraz dostarcza więcej ryb przeznaczonych do spożycia przez ludzi niż uzyskuje się z połowu gatunków wolno żyjących. Kluczem do zapewnienia dalszego rozwoju zrównoważonej akwakultury jest zwiększenie wydajności pasz. Współczynnik pokarmowy paszy stanowi jeden z kluczowych wskaźników jej wydajności, opisujący ilość paszy wymaganej do hodowli jednego kilograma ryby. Z kolei świadomość zapotrzebowania na paszę pozwala hodowcom z góry ustalić dochodowość całego przedsięwzięcia. Poza miarą wydajności hodowli, współczynnik pokarmowy opisuje również zdolność ryb do przetworzenia pokarmu na pożądane rezultaty. Zbyt niskie współczynniki stanowią z kolei obciążenie dla środowiska naturalnego.
Zdrowie ryb zależy od bakterii
Diety ryb hodowlanych w coraz większym stopniu opierają się na składnikach pochodzenia roślinnego, które wypierają białka zwierzęce. Wpływ tej strategii na powiązane procesy metaboliczne, od których uzależnione jest zdrowie ryb oraz ich rozwój, pozostaje nieznany. W związku z tym identyfikacja sprzyjających bakterii może pozwolić na optymalizację współczynników pokarmowych paszy oraz zwiększenie odporności ryb hodowlanych. Dzięki badaniom opartym na sekwencjonowaniu metagenomów, skoncentrowanym na interakcjach mikrobiomu jelitowego ze szlakami metabolicznymi i immunologicznymi u ludzi i myszy, naukowcy wyciągnęli nowe wnioski, które mogą przyczynić się do optymalizacji współczynników pokarmowych oraz poprawy zdrowia ryb. Projekt HappyFish, finansowany ze środków działania „Maria Skłodowska-Curie”, zajmował się badaniami różnych funkcji bakterii jelitowych oraz roli, którą odgrywają w procesie zapewniania zdrowia ryb hodowlanych. Ponadto badacze zajmowali się różnymi recepturami paszy oraz ich wpływem na mikrobiom jelitowy pstrąga tęczowego – jednego ze skomercjalizowanych gatunków ryb, hodowanego na całym świecie, a także sposobami optymalizacji receptur w przyszłości.
Nowoczesne metody metagenomiczne
Najnowsze badania w dziedzinie akwakultury wykorzystywały dotychczas proste znaczniki genetyczne pozwalające wyłącznie na porównywanie grup bakterii występujących w mikrobiomach jelitowych ryb. Projekt HappyFish przyczynił się do znaczącego rozwoju dziedziny badań nad mikrobiomami dzięki pionierskiemu zastosowaniu techniki ustalania kolejności zasad w rozbitych fragmentach pierwotnej badanej nici DNA, nazywanej shotgun sequencing na metagenomie pstrąga tęczowego. Zastosowanie tej metody umożliwiło naukowcom rozszyfrowanie właściwości funkcjonalnych kodowanych przez geny w bakteriach składających się na mikrobiom jelitowy pstrąga tęczowego. „W pierwszej kolejności podzieliliśmy cały metagenom na kawałki, które mogliśmy następnie poddać sekwencjonowaniu”, wyjaśnia Morten Limborg, koordynator projektu HappyFish. „Kolejnym wyzwaniem było wówczas uporządkowanie częściowych sekwencji oraz złożenie ich w konkretne metagenomy poprzez ułożenie nakładających się na siebie fragmentów, co przypominało nieco rozwiązywanie układanki”. Naukowcy sprostali temu wyzwaniu dzięki wykorzystaniu zaawansowanych narzędzi bioinformatycznych. „Po raz pierwszy w historii udało nam się scharakteryzować funkcjonalne role symbiotycznych mikroorganizmów, które pełnią ważne role w organizmie pstrąga tęczowego. Przykładem może być zdolność niektórych bakterii do przetwarzania paszy na biomasę (współczynnik pokarmowy), co przyczynia się do zmniejszenia strat”, dodaje Limborg. Zespół, w którego pracach udział wziął doktorant Jacob Rasmussen, zaobserwował również interesujące wzorce występowania określonych bakterii, występujących bardziej powszechnie w szybko rozwijających się rybach.
Pewne spojrzenie w przyszłość
Projekt HappyFish otwiera nowe możliwości w dążeniu do bardziej zrównoważonej produkcji żywności w sektorze akwakultury. Jak twierdzi Limborg: „Uzyskane w ramach prac rezultaty powinny przyczynić się do uproszczenia opracowania lepszych i bardziej skutecznych protokołów żywieniowych, które umożliwią współpracę z korzystnymi bakteriami jelitowymi w celu pobudzenia rozwoju oraz zadbania o zdrowie ryb hodowlanych”. Właściwy pokarm, który może wpływać na naturalny skład mikrobiomu jelitowego, może zmniejszyć wydatki na paszę, zredukować wpływ hodowli na środowisko naturalne i wyeliminować konieczność stosowania antybiotyków.
Słowa kluczowe
HappyFish, akwakultura, pstrąg tęczowy, metagenom, mikrobiom jelitowy, współczynnik pokarmowy, wydajność paszy, shotgun sequencing
