Trained immunity and nutritional programming for resilient salmon

Trent immunitet og ernæringsmessig programmering for resilient laks («RESILIENT SALMON») Havbruksnæringen er en viktig økonomisk sektor for Norge og hele verden. Den stadige veksten i denne næringen har imidlertid flere utfordringer. Prosjektet “RESILIENT SALMON” vil bidra til økt vekst og verdiskaping i norsk laksenæring ved å utvikle en mer robust fisk med evne til å håndtere stressfaktorer (f.eks. sub-optimal ernæring, sykdommer og miljøproblemer) gjennom en forbedret immunrespons. For å oppnå dette kombinerer vi laboratorieforsøk med lakseceller og fôringsforsøk med laks som blir utsatt for utfordrende forhold som mikrobeassosierte molekylære mønstre (MAMPs), utsetting i sjøvann, patogenutbrudd og kortvarig hypoksi. Fisken respons ble dokumentert ved en multiomisk tilnærming og ved påvisning av spesifikke biomarkører. Resultatene viste at lakseceller indusert med fucoidan fra tare og bioaktive komponenter fra gjær (LAN4 og LAN6) var i stand til å stimulere immunresponser, aktivere og kontrollere produksjonen av ulike biomarkører (f.eks. cytokiner og effektormolekyler), noe som kan være avgjørende for fiskens homeostase og velferd. Basert på disse resultatene testet vi nye funksjonelle fôr til atlantisk laks som inneholdt disse bioaktive komponentene. I et akutt hypoksi stressforsøk var LAN4 i stand til å modulere den fysiologiske responsen i fisken, regulere utskillelsen av kortisol og IL-10 i plasma (forhindrer immunsuppressiv tilstand), og øke nivåene av Muc-lignende proteiner i baktarmen. Vi oppdaget dessuten en oppregulering av metabolske veier knyttet til stresstoleranse i gjellene. Under et tidlig naturlig utbrudd av Moritella viscosa, som forårsaker vintersår (hudsår) hos laks, viste vaksinert fisk fôret med LAN6 en høyere produksjon av spesifikke immunglobuliner mot denne bakterien, i tillegg til en oppregulering av aktivitet forbundet med humoral immunitet og komplementaktivering i leveren. Disse resultatene tyder på at LAN6 kan være en god kandidat for funksjonelt fôr til laks for å oppnå en mer motstandsdyktig fisk mot stress. Funksjonelt fôr som inneholder fucoidan fra sukkertare har vist lovende effekt på tarmfloraen og immunstimulerende funksjon hos fisk. For eksempel modulerte fucoidan mikrobiomsammensetningen i tarmen til laks (økning av Bacillus spp.), og induserte oppregulering av gener relatert til lymfekarmorfogenese, celleproliferasjon og differensiering, noe som kan forbedre immunsystemet til atlantisk laks ved å modulere aspekter knyttet til T-cellepolarisering i tarmen. Dette kan være forbundet med påvisning av høyere nivåer av immun-biomarkører (f.eks. CD3, CD8 og MCH-II), samt oppregulering av gata3 (en global transkripsjonsfaktor) i baktarmen, som er avgjørende for antistoffproduksjon og koordinering av adaptive immunresponser. I et oppfølgingsforsøk har vi også påvist at fôr som inneholder fucoidan, fører til økt tilvekst og modulert trent immuntet (ved å øke uttrykket/produksjonen av antimikrobielle peptider) hos laks som utsettes for MAMP fra en ny patogen bakterie (Tenacibaculum maritimum) i sjøvann. Samlet sett kan bruk av funksjonelt fôr med tareekstrakter og ernæringsmessig programmering bidra til en mer robust laks.

RESILIENT SALMON will increase growth and valorization of the Norwegian aquaculture industry by developing robust salmon with enhanced innate immune resistance. We will boost the performance and resilience of Atlantic salmon by investigating the effect of bioactive compounds derived from lignocellulosic biomass and brown macroalgae as bioactive feed components in optimized feed formulations. A specialized cellulose feed matrix will ensure efficient, targeted delivery of the bioactive compounds to the mid- and hindgut. By comparing salmon with low vs. high resilience, the genetic basis for distinct responses to diet and stress will be identified. Trained immunity, nutritional programming, and targeted delivery of bioactive compounds will be used during the freshwater phase for innate immunotraining and to shape host-microbe interactions to enhance the survival and productivity of post-smolt salmon. Our team of experts will apply the latest techniques including functional metagenomics, transcriptomics, metabolomics, and advanced phenotyping of immune cells. Immunostimulation and pathogen challenge studies will be conducted to verify immune-training both in vitro and in vivo. Our multi-omics approach will identify linkages between specific feed components and the complex gut microbiome, identify pathways for the production of specific metabolites, reveal the multitude of microbial interactions with gut cells, and identify fundamental aspects of induced immune responses in the host. The principle goals of this project are 1) to generate a broad understanding of the biological and environmental factors determining fish resilience and 2) to develop tools to assess immune training and health in salmon. Thus, the RESILIENT SALMON project will employ trained immunity, nutritional programming, and novel encapsulation technology to produce robust salmon in experiments that explore multiple stressors (pathogens, handling stress and seawater adaptation).