Coordinated Bacterial Virulence: Relevance in Winter Ulcer

Et viktig element i akvakulturproduksjonen er å kontrollere smittsomme sykdommer. Sårproblematikk og skinnhelse har fått et økt fokus de siste årene ettersom dette er en utfordring gjennom hele produksjonssyklusen. Vintersår har en kompleks etiologi. Sårene observeres typisk ved lave vanntemperaturer, og er assosiert med bakteriene Moritella viscosa og Tenacibaculum. I et forsøk på å forstå hvordan M. viscosa er en ulcerøs patogen har dette prosjektet kombinert genomanalyser med funksjonelle studier. M. viscosa er delt inn i de genetiske subtypene typisk og variant. I dette prosjektet har vi vist at "typiske" M. viscosa isolert fra norsk atlantisk laks er svært virulente i denne fiskearten, men påfører lavere dødelighet på regnbueørret. 'Variant' M. viscosa isolert fra regnbueørret resulterte i relativt lav dødelighet både hos laks og regnbueørret. For å undersøke om det var mulige overflatestrukturer eller genetiske faktorer som kunne forklare denne virulensforskjellen ble det brukt 38 M. viscosa isolater av ulik geografiske opprinnelse, og som var isolert fra forskjellige fiskearter. Mikroskopiundersøkelser viste at begge typer av M. viscosa hadde pili og flageller, men et putativt insekticidtoksinkompleks ble bare detektert i "typiske" atlantisk lakseisolater. Disse resultatene støtter at det er en verts-spesifisitet eller en høy-virulensfaktor i "typiske" M. viscosa knyttet til atlantisk laks. Ut i fra en komparativ genomanalyse med tolv M. viscosa isolater er det videre vist at bakterien grupperer seg i flere fylogenetiske grupper. Den største andelen av det variable genomet er knyttet til mobile genetiske elementer og forsvarssystemer mot disse noe som sannsynligvis forklarer hvordan genomet til M. viscosa utvikler seg. Også Aliivibrio wodanis er gjentatte ganger isolert fra fisk med vintersår. En cellekulturmodell viste at A. wodanis festet seg uten å invadere fiskecellene. Kultursupernatanten til A. wodanis er også cytopatogen mot fiskeceller, delvis ved at der er faktorer som depolymeriserer aktinfilamenter i cytoskjelettet. Dette viser at A. wodanis utskiller toksiner. Patologiske effekter av A. wodanis og effekten av co-dyrking med M. viscosa ble undersøkt i en badsmittemodell med atlantisk laks. Både M. viscosa og A. wodanis ble re-isolert fra utvendige overflater og indre organer fra levende og døde co-infiserte fisk. Denne modellen reproduserer observasjoner gjort i fra feltutbrudd, men har også ført til en hypotesemodell som støtter oppunder om at A. wodanis kolonisering kan påvirke forløpet av en M. viscosa infeksjon. Lite er kjent om hvordan interaksjoner mellom A. wodanis og M. viscosa påvirker de to bakteriene. I prosjektet er genomet til begge disse bakteriene sekvensert og det er vist ved hjelp av in vitro vekststudier at A. wodanis hemmer veksten av M. viscosa. Ved å videreutvikle dette konseptet har vi ved hjelp av bakterieimplantater i bukhulen hos laks med påfølgende transkriptomanalyser vist at tilstedeværelse av A. wodanis inne i laksen endrer den globale genekspresjon av M. viscosa. Prosjektet har videre utviklet fullt definerte vekstmedier for både M. viscosa og A. wodanis som er egnet for kjemostatkultiveringsstudier. Dette har blitt utnyttet til å gjennomføre ekspresjonsanalyser av A. wodanis og M. viscosa der det definerte mediet brukes til å karakterisere vekstfaktorer, toleransen mot metaller, temperatur effekter og for å studere innflytelsen av én bakterie på den andre. Prosjektet har også satt i gang en mikrobiomstudie med fokus på vintersår, vannet i merden, og i sedimentet rundt merdene. Fordi mukuslaget på fiskehuden er i konstant kontakt med omgivelsene er den vanlige oppfatningen at bakteriepopulasjonene på huden reflekteres fra miljøet rundt. Mikrobiotaen i vannet viste en annen mikrobiotastruktur i forhold til hud og sår noe som kan tyde på at det er regulerende faktorer som spiller inn i etableringen av mikrobiotaen i eksponerte overflater hos atlantisk laks.

The bacterium Moritella viscosa is considered the main agent of winter ulcer a disease that affects cultured fish in marine waters. In winter ulcer outbreaks, co-infection with M. viscosa and Vibrio wodanis is common. Little is known about the interplay b etween the two bacteria. We plan to identify key components that contribute to the communication between them that are relevant for pathogenicity. The genomes of one isolate of M. viscosa and a co-isolate of V. wodanis from the same salmon are sequenced. From the genome of M. viscosa several putative virulence factors were identified, however, little is known about the expression of these factors. A transcriptome analysis for their identification under condition relevant to M. viscosa pathogenesis will be performed and compared to gene expression when co-cultured with V. wodanis. A glimpse into the V. wodanis genome also showed genes encoding potential virulence factors in addition to quorum sensing systems (QSs). No QSs system has been detected in the ge nome of M. viscosa. In an attempt to understand and identify factors important to the relations between M. viscosa and V. wodanis during infections we plan the construction of transposon mutant libraries of both organisms. These libraries will be used for screening and identification of genetic elements relevant in disease development. For such purposes various bioassays will be performed made possible by high throughput screening technology. We will then identify and complement the various mutated genes before we finally test a selection of strains in cell culture assays.