ADVANCED BIOTECHNOLOGY FOR INTENSIVE FRESHWATER AQUACULTURE WASTEWATER REUSE

ABAWARE's mål er å utvikle og implementere teknologier for en bedre utnyttelse av vann i akvakultur for å minimalisere negative effekter på miljøet og allmenn helse. Anlegg som bygger på RAS (resirkulerende akvakultursystem) teknologi benytter seg i dag av store mengder vann siden de ikke klarer å fjerne partikulært materiale og avfallsprodukter fra fisk, i tillegg til at det er lav mikrobiell aktivitet i det resirkulerte vannet. Utvikling av teknologier for en mer effektiv fjerning og/eller utnyttelse av denne type avfall, i tillegg til å forbedre og opprettholde stabil mikrobiell aktivitet i RASer, vil være sentralt for fremtidig effektiv produksjon og god fiskehelse. Mye av det partikulære materialet i RASer stammer fra ufordøyd plantefiber som har vært benyttet som bindemateriale i fiskeforet. I samsvar med de aktiviteter som er beskrevet under WP1 har vi samlet inn larver fra trelevende insekter med evnen til å fordøye komplekse karbohydrater som cellulose. Mikrofloraen fra tarmen til tre slike larver ble anriket i flytende næringsmedium og karakterisert mhp. deres evne til å produsere cellulolyttiske enzymer (cellulaser). De anrikede bakteriekulturene viste betydelig cellulaseaktivitet målt gjennom enzymaktivitetsanalyser, og enzymer skilt ut i mediet ble identifisert vha. LC-MS. De anrikede kulturene ble så videre analysert vha. shotgun metagenomics metodikk og stabiliteten av kulturene over tid ble studert ved bruk av 16S rDNA metabarcoding (begge deler Illumina). Arbeid med å selektere for enkeltisolater med cellulaseaktivitet og identifisering av disse gjennom 16S rDNA sekvensering pågår. Tre kandidater har også blitt fullgenomsekvensert med SMRT teknologi (PacBio). Sistnevnte har gitt oss genomsammenstillinger av høy kvalitet og en dypere innsikt i deres potensiale for å degradere cellulose. Detaljerte analyser av data fra denne fullgenomsekvenseringen pågår. I tillegg til å lete etter cellulosedegraderende mikroorganismer har vi også i detalj sett på mikrobielle populasjoner i et kaldtvanns RAS. Hensikten med denne studien er å benytte disse mikroorganismene til behandling av avløpsvannet og spore mulig spredning av antibiotikaresistens og patogener til miljøet. Prøver fra RASet ble tatt i månedlige intervaller helt fra det var nyetablert og gjennom en periode på 12 måneder. Biodiversiteten og dynamikken av det mikrobielle miljøet i anlegget ble studert ved 16S rDNA metabarcoding (Illumina) komplementert med tradisjonell kultiveringsmetodikk. Totalt førti isolater ble samlet inn. Genomene fra seks av disse ble dybdesekvensert ved SMRT teknologi (PacBio) og videre analysert for å undersøke om disse kunne fungere som vektorer for antibiotikaresistens, som virulensmarkører eller som verktøy for en bedre behandling av avløpsvannet. I samsvar med målene som er skissert i WP4 knyttet til mikrobiell vannkvalitet i varmtvanns RAS har vi også gjennomført prøvetakning og analyse av det mikrobielle miljøet i anlegget AQAUATERRA i Romania. Analysen ble her også gjennomført ved 16S rDNA metabarcoding vha. Illumina. Data som her er samlet inn vil representere et startpunkt for informasjon når man senere skal evaluere effektiviteten av behandlingen av avløpsvann utviklet av DRF systems (Romania) og installert i Aquaterra. I henhold til prosjektplanen for ABAWARE er det tatt prøver av biofiltere og biofilm fra det samme norske kaldtvanns-RAS-anlegget for laksefisk som er benyttet som prøvetakingssted i WP1 og i tillegg fra et gjennomstrømningsanlegg for kommersiell smoltproduksjon i Nord-Norge. Disse prøvene er analysert for innhold av luktstoffer av geosmintypen i WP1 i ABAWARE. Resultatene verifiserer at det er lukt- og smaksrelaterte geosminstoffer i biofilter og biofilm i ferskvanns RAS-anlegg som ikke forekommer i ferskvanns-gjennomstrømningsanlegg for smoltproduksjon.

The ABAWARE project is linking research in fish farming, sewage handling and development of antibiotic resistance with no tradition in co-operation. Commercial fish farms based on recirculation technologies (RAS) has created a biological waste product of uneaten feed and fish feces that potentially may harm the farmed fish, impact the environment negatively and that potentially could be harvested as a by-product with a higher commercial and biological value if prepared by microbial processing. The processes employed in the human sewage plants for decades will be developed to handle water and biological sediments in the fish farms with RAS. The innovative outcome and potential impact of ABAWARE will help the aquaculture industry in developing a side-product from the feed put into the RAS farms and will in develop a market for producers of infrastructure needed to perform the protocols suggested in ABAWARE.

Aquaculture is currently estimated to be the fastest-growing area of food production in the world. Although aquaculture can provide an important food source, these types of farms must be developed in a responsible and sustainable way. The rapid growth of intensive aquaculture systems has already caused important damage affecting both the environment and human health. The surrounding waters are affected by the chaotic algae growth generated by the high quantity of discharged pollutants (organic matters, P and N compounds etc.). This water pollution in some cases can prove deadly for certain aquatic species and indirectly constitute a danger to human population, who end up eating contaminated fishes and uses an inadequate quality water. When an ecosystem becomes too compromised, the fish farm is simply moved elsewhere and the environmental problems remain. Members of this consortium have identified the role of aquaculture as reservoirs of specific antibiotic resistance of importance to human health. In this context, the ABAWARE's main objectives are to develop and implement innovative technologies for the monitoring of surface and groundwater bodies for effective integrated water and waste management in freshwater aquaculture sectors by developing an advanced biotechnology for intensive recirculated aquaculture systems with minimum costs and footprint. In order to measure the effects of such an innovative system we will assess the nitrate and phosphorus loads from freshwater aquaculture, understand and decrease the environmental risks from freshwater aquaculture to human health (environmental exposure from water uses and food) and the reduce these loads and risks by the implementation of the technology. Thus, providing ways to avoid the risks of eutrophication of rivers and lakes, and propose management approaches for reducing impacts on ecosystem biodiversity and economic sectors.