Challenges towards sustainable aquafeeds-plant nutrients and contaminants interactions- Use of biological models and indicators-

Fiskemel og fiskeolje har tradisjonelt vært brukt som hovedingredienser i fôr til oppdrettslaks. I dag brukes mindre av disse ingrediensene fordi en økning av produksjonsvolumet krever bruk av utradisjonelle fôringredienser. I dag spiser oppdrettslaksen derfor fôr med mindre marine råvarer og mer planteråvarer. Alle fôrråstoff bidrar imidlertid også med uønskede stoffer. Utvikling av nytt bærekraftig fiskefôr introduserer altså nye utfordringer innen fiskehelse og trygg sjømat. Økt bruk av vegetabilske oljer har resultert i betraktelig reduserte nivåer av organiske miljøgifter i oppdrettslaks, men bruken av nye fôringredienser introduserer også nye kontaminanter, som polyaromatiske hydrokarboner (PAH, for eksempel benzo[a]pyrene (BaP) og phenanthrene (Phe)) og sprøytemidler (for eksempel chlorpyrifos og endosulfan), som tradisjonelt ikke har vært til stede i oppdrettsfisk. Næringsstoffer (blant annet vitamin E og fettsyrer) er kjent for å påvirke, og til og med beskytte mot kontaminanter og sprøytemidlers skadelige effekter. Den økte utskiftingen av marine fôringredienser med ingredienser fra planter har økt behovet for kunnskap om hvordan fisken påvirkes av nye næringsstoffer og kontaminanter og spesielt om interaksjoner mellom dem. I dette prosjektet ble interaksjoner mellom fire «nye» kontaminanter i plantefôr og fire næringsstoffer studert ved hjelp av 1) deres opptaksmekanismer over tarm 2) cellulære interaksjoner (synergistiske eller antagonistiske) og stoffenes virkemåte og 3) cellulære endepunkt. Tarmopptaksstudier på hvor i tarmen PAH blir tatt opp ble utført ved bruk av C-14 merket Phe og BaP gitt til fisk som hadde blitt fôret i forkant med plante- eller fiskeoljebasert fôr. Resultatene viste at PAH blir tatt opp i alle tarmsegmenter men ved bruk av planteolje i fôret går opptaket seinere enn ved bruk av fiskeolje. Det relative opptaket av Phe var høyere enn for BaP på grunn av metabolisering av BaP i tarmceller. Denne metaboliseringen var også høyere i fisk fôret med fiskeolje enn planteolje. Videre ble tarmopptak av PAH studert ved bruk av vesikler laget av apikale tarmcellemembraner. PAH transport over apikale membraner var lavt og ikke temperaturavhengig, noe som som antyder at det ikke er aktive transportmekanismer involvert. For å studere interaksjoner mellom kontaminanter og kontaminanter og næringsstoffer ble det brukt en in-vitro primær levercellemodell med cytotoksisitetskartlegging. I denne modellen blir leverceller eksponert for blandinger av kontaminanter og næringsstoff og overlevelsen av cellene blir målt kontinuerlig. På denne måten kan man studere samspillseffekter som additivisme (1+1=2), synergisme når stoffene forsterker hverandre (1+1=4) og antagonisme når ett stoff hemmer effekten av et annet (1+1=0). Kontaminanter hadde hovedsakelig additive effekter på hverandre mens sprøytemidler som endosulfan og chlorpyrifos hadde synergistiske interaksjoner. Samspillseffekter mellom kontaminanter og næringsstoff viste at de marine næringsstoffene reduserte de cytotoksiske effekter mer enn plantenæringsstoffer. Den biologiske virkemåten til kontaminanter og næringsstoffer i blanding ble studert ved bruk av «metabolom» og «genom» kartleggingsteknikker. De mest dominante effektene av kontaminantblandinger var på fettomsetning og hormonforstyrrelser hvor sprøytemidler ga de sterkeste effektene. Plantevernmiddelet chlorpyrifos gav en endring av syntese av umettete fettsyrer, mens endosulfan påvirket VTG kjønnshormonsyntese. BaP hadde en svak effekt på vitamin D metabolismen. Marine næringsstoffer (fettsyren EPA og vitamin E formen alfa-tokoferol) reduserte negative effekter av PAH og sprøytemiddelblandinger, mens plantenæringsstoffer som (fettsyren arakidon syre og vitamin E formen gamma-tokoferol) forsterket de negative effektene.

The limited access to fish meal and fish oil for the rapidly growing aquaculture has lead to the replacement of fish meal and oil with plant ingredients over the last decade. This has reduced the level of notorious contaminants (e.g. dioxins), however, ha s also introduced new chemical contaminants (e.g. PAHs and pesticides) that are normally not associated with salmon farming. The use of plant ingredients has also altered the nutrient profile (fatty acid antioxidants). Nutrients are well known to interact and even protect against contaminant toxicity. The increased replacement of marine ingredients with plant ingredients has increased the need for knowledge of new nutrients and contaminants and especially on their interaction and common biological outcome . Nutrient-contaminant interactions can occur at several levels of biological organization including intestinal uptake, peripheral distribution, and/or central cellular pathways. The multitude of possible nutrient-contaminant combinations as well as inter actions points at cellular pathways requires an initial cytotoxic screening and marker identification, before studying cellular mechanisms of interaction or in vivo target animal evaluation. The present project aims to elucidate on the interactions of pla nt ingredient related contaminants and nutrients on dietary uptake, metabolism, and neurodevelopment related to novel aquafeed, with emphasis on generating basic knowledge on the combined effect by use of biological indicators in model systems at differen t levels of biological organization.