Development of an in vitro model to study environmental factors influencing the gill epithelial function

Karakterisering av en cellemodell for studier av miljøfaktorer på gjellefunksjonen til Atlantisk laks (GILLMODEL). Gjellesykdom hos Atlantisk laks er et betydelig problem. Dårlig gjellehelse, ofte forårsaket av smittsomme agens (virus, bakterier) eller dårlig vannkvalitet, fører til både dårlig dyrevelferd og noen ganger redusert tilvekst. Med den økende bruken av vannresirkulering i oppdrettsanlegg (RAS-anlegg), samt en mer intensiv produksjon, forventes det nye utfordringer knyttet til gjellehelse. Vi trenger derfor flere verktøy for å få økt forståelse av gjellenes biologi. Gjellenes overflateceller (epitel) har en viktig barrierefunksjon og deres integritet er svært viktig for at laksen skal kunne opprettholde homeostasen. Så langt har mangelen på en epitel cellelinje fra Atlantisk laks begrenset slik forskning. Nå har medlemmer av denne prosjektgruppen klart å etablere en lovende epitelcellelinje (ASG-10) fra gjellene til Atlantisk laks. Prosjektet GILLMODEL har gjennom en omfattende karakterisering av ASG-10 vist at cellelinjen støtter bruken av cellene for en rekke forsøk, inkludert toksisitetsforsøk, transfeksjon, direkte eksponering med av vann, studier av metabolisme og evaluering av vert-patogen-interaksjoner, til tross for enkelheten til cellelinjen sammenlignet med kompleksiteten til gjellene.

Our comprehensive characterisation of the ASG-10 cell line have proven that this cell line is a useful cell model for further research on the gills, regarding gill biology, infection and toxicology studies as well as water testing. Several research groups, both national and international, have already showed interest in using the cell line in their projects. Altogether, ASG-10 as a model system to investigate gill related effects are getting attention, and will hopefully be an alternative to fish trials.

The multifunctional nature of the fish gill combined with the large surface area exposed to the external environment makes poor gill health in Atlantic salmon is a major challenge. The cause of gill problems is commonly multifactorial, often linked to infectious agents, bad water quality or a combination of several factors. With the increasing use of recirculation aquaculture systems new challenges with the local environment occur, linked to in-house microorganisms and water quality. These factors will affect fish health, including the epithelial function of the gill. Fundamental in vitro tools for research on the tolerance and barrier function of the gill epithelium are therefore needed. The lack of a gill epithelial cell line from Atlantic salmon has hampered in vitro experiments, but members of this project group have now managed to establish a promising Atlantic salmon gill epithelial cell line (ASG10). GILLMODEL will, through a thorough characterization of the ASG10 cell line, develop a model for studying epithelial gill biology as a replacement for experimental animals. This model can be used to test environmental factors influencing the gill toxicity and integrity in Atlantic salmon. To perform this task, the Norwegian Veterinary Institute has gathered a multidisciplinary team with expertise on fish pathology and physiology, cell biology, molecular biology, infection medicine and toxicology. In addition, several national and international external partners, possessing high key competence are involved. Overall, this project will provide an important tool that can replace parts of the experimental animals used for gill research. Furthermore, the model can be useful as a monitoring system to assess water-borne challenges related to gill disease.