Intestinal function and health in Ballan wrasse

Berggylt har vist seg som en svært effektiv spiser av lakselus når den blir plassert sammen med laksen i oppdrettsmerder. For å sikre tilgang på lusespisere har man startet med oppdrett av berggylt. Selv om viktige skritt mot produksjon av effektiv og sunn berggylt er tatt, er det fortsatt mange spørsmål som trenger svar. En hovedutfordring i produksjonen av berggylt er å formulere dietter som gir godt fôropptak, vekst og helse, samt utfordringer knyttet til det unike fordøyelsessystemet av arten. Leppefisk har en kort tarm (2/3 av kroppslengden) uten mage eller blindsekker (pylorussekker). En bedre forståelse av den grunnleggende biologien av fordøyelsesfunksjonene er derfor viktig for å legge til rette for diett sammensetninger og fôringsregimer for å forbedre vekst og levevilkårene for denne fantastiske fisken. Dette prosjektet har undersøkt fordøyelsessystemet med flere tilnærminger; in vivo, in vitro så vel som modellering, metoder som strekker seg fra histologi til neste generasjon dyp sekvensering. Målet var å øke forståelsen av mekanismene bak effekten av kostsammensetningen på passasje hastighet og fordøyelighet av næringsstoffer, og å etablere hvordan tarmen regulerer passasje av fôr, og hvordan hormonell appetitt-signalisering kan være involvert. Ytterligere, jobber vi med de grunnleggende egenskapene til tarmens immunrespons, volumetrisk utvikling av organer fra larver til modne stadier, og effekter av immunutfordrere og immunstimulatorer i dietten, og hvordan tarmbetennelse påvirker fordøyelsen. Vi har så langt funnet ut at fordøyelse av protein, fett og glykogen er svært effektiv i denne fisken. Med tanke på hvor kort tarmen er og at passasjetiden for mat kun er mellom 10 og 14 timer, kan vi her ha en rekord i fordøyelse i cm/timer! Vi har vist at berggylt har et effektivt fordøyelsessystem der opptil 70 prosent protein er fordøyd og absorbert allerede i bulbus-delen av tarmen. I tillegg er bulbusen det viktigste stedet for fordøyelsen av andre makronæringsstoffer som fett og karbohydrat. Omtrent 50 prosent av fett og 80 prosent karbohydrat i maten er fordøyd og absorbert i denne delen. Den neste delen av tarmen fortsetter å absorbere næringsstoffer mens maten går gjennom den. Fra et annet eksperiment fant vi ut at det tar bare 5 timer for maten å nå halvveis. På bakgrunn av dataene har vi også laget en datamodell som beregner fordøyelse-, absorpsjon- og opptakseffektiviteten for næringsstoffer. Modellen er basert på kjente, men forenklede fysiologiske og hormonelle prinsipper, og simulerer også spiseatferden til arten (som best kan karakteriseres som småspising). Når vi kjører datamodellen ser vi at den gir noe forhøyet proteinabsorpsjon i fremre del av tarmen, men gir gode svar for resten av tarmen. Både modellen og forsøksdataene viste at proteinabsorpsjonen fortsatte langs hele tarmen, med 80% absorbert i baktarmen. Modellen simulerer passasjetiden bra, men undervurderer hvor fort maten overføres helt fremme i tarmen. Vi har også studert tarmen i et glassrør, in vitro. Vi har dissekert ut tarmen og holdt den kunstig i live i en spesial væske. Da kan vi fore tarmen og observere direkte hvordan maten transporteres gjennom. Dette eksperimentet viste at maten ikke bare presses gjennom fra en ende til den andre, men presses bakover og så forover for så til slutt å presses mot utgangen igjen. Det ser ut til at peristaltikken holder og elter maten i fremre del for å optimalisere fordøyelsen. Dette styres også av om der finnes næring i maten. Ufordøyelige fibre sendes gjennom raskere enn fett og protein. Vi har også funnet at hormonet CCK modellerer tarmbevegelsene slik at maten holdes i fremre del av tarmen for bedre fordøyelse. Berggylttarmens immunrespons ble også undersøkt i et foringsforsøk der fisken ble fôret enten et referansefôr eller referansefôret tilsatt i) soyasaponiner, ii) prebiotikum eller iii) en kombinasjon av soyasaponiner og prebiotikum. Histologiske undersøkelser av berggylttarmen viste endringer som følge av saponininnblandingen, både alene og i kombinasjon med prebiotika. Prebiotikaen kunne altså ikke forhindre de effektene av saponinene. Endringene tydet på en pågående betennelsesreaksjon med økt forekomst av immunceller i tarmvevet, spesielt i de bakre delene av tarmen. Genutrykksanalyser gjenspeilte de histologiske og biokjemiske endringene forårsaket av saponinbehandlingen. Resultatene viste tydelig aktivering av flere forsvarsmekanismer i tarmen og oppregulering av en rekke gener relatert til immun-, barriere- og stressfunksjon. Det ble også registrert endrede ekspresjonsprofiler for en rekke transportører som er involvert i næringsopptak og i opprettholdelse av væskebalanse. Studien har gitt ny grunnleggende innsikt i berggyltarmens anatomi, fordøyelses- og immunfunksjon, og har demonstrert at tarmfunksjon og -helse påvirkes i vesentlig grad av fôrets sammensetning. De viser at vi må velge fôringredienser med omhu, og unngå de som inneholder saponiner.

Den viktigste effekten fra prosjektet er at vi nå vet hvordan spist fôr fordøyes og transporteres gjennom fordøyelsessystemet i berggylten. Dette har hjulpet industri og forskningsmiljøer til å tilpasse fôringsregimer på en mer optimal måte. En essensiell del av prosjektet var å utvikle metodikk for in vitro analyse av tarmens peristaltikk. Denne metodikken kan implementeres hos andre arter der tarmens respons på fôringridienser fortsatt er ukjent. Vi har også i dette prosjektet vist hvor stor effekt forskjellige fôringrdienser har på tarmens fordøyelsesprosess, dette er viktig kunnskap å ta med seg i komposisjon av nye fôr. Modellering av fordøyelse er et viktig verktøy for forståelsen av denne prosessen. I fremtiden håper vi slike modeller vil være presise nok til å predikere effekten av forskjellig sammensetning av fôr. Vi vet nå mye mer om årsak og sammenheng til inflammasjon i tarmen. Dette er viktig kunnskap for å finne årsak når disse problemene oppstår i oppdrett.

Although important steps towards production of efficient and healthy B. wrasse have been taken, there are still many questions in need of answerers. A main challenge in B. wrasse production is to formulate diets that give good feed intake, growth and fish health in the ongrowing and broodstock stages, challenges related to the unique digestive system of the species. Wrasses have a short intestine (2/3 of body length) with no stomach or pyloric caeca. A better understanding of the basic biology of digestive functions is therefore vital to facilitate diet formulation and feeding regime to improve the overall production. This proposal will investigate the digestive system by multiple approaches; in vivo, in vitro as well as modelling, methods ranging from histology to next generation deep sequencing. This project will lead to understanding of mechanisms underlying effects of dietary composition on passage rate and nutrient digestibility, and establish how the intestine regulates the passage of feed, and how appetite-signaling (hormones) may be involved. Further, the basic characteristics of the gut?s immune responses, their development from larvae to mature stages, and effects of dietary immune challengers and stimulators, and how intestinal inflammation affects digestion will be investigated.