Improving aquaculture sustainability by modulating the feed-microbiome-host axis in Fish

Havbasert matproduksjon har økt raskt i takt med den eksplosive befolkningsveksten. Utvikling av bedre produksjonsmetoder som er effektive og bærekraftige er et viktig mål innen norsk akvakultur. En lovende strategi for å oppnå dette er å bedre kunnskapen om samspillet mellom fiskens mat, mikrobene i fiskens tarm, og fiskens egen genetikk til syvende og sist påvirker fiskehelse og vekst. ImprovAFish vil derfor studere Atlantisk laks og hvordan ulike fôr påvirker både fisken, og alle dens tarmmikrober som en samlet enhet? Prosjektet vil bruke avanserte metoder som gjør det mulig for oss å måle disse interaksjonene på molekylært nivå (gener og enzymer). I våre eksperimenter vil vi bruke en lovende fôringrediens (beta-mannan) som er kjent for å fremme gunstig mikrobiota i produksjonsdyr. Denne ingrediensen har vist lovende effekter også i fisk. I tillegg vil vi undersøke om den genetiske sammensetningen av hver enkelt fisk kan påvirke hvilke mikrober som trives i fisketarmen. Denne kunnskapen kan muliggjøre målrettet avl for fisk med en tarmmikrobiota som gir bedre vekst og dyrehelse. Målet er at ImprovAFish skal bedre vår forståelse av interaksjonene mellom fôr-mikrober-laks og dermed også bedre bærekraften til akvakulturproduksjon.

As the human population surges towards 10 billion, the production and consumption of aquaculture products such as fish is expanding. Efficient and environmentally sustainable practices are therefore required to ensure long-term food security. To solve these challenges, attractive solutions include developing new feed ingredients and better broodstock genetics to improve fish production and welfare. Intriguingly, it has been shown that both feed and host genetics can modulate the microbiome of animals and thus influence its integral connection to host phenotype. The ambitious aim of ImprovAFish is to decipher the intimate functional coupling along the feedmicrobiome-host axis in an applied context, with the emphasis on a promising 'next generation' functional feed ingredient (beta-mannan) that is known to promote beneficial microbiota in production animals, including promising preliminary data in fish. Our approach is to jointly analyze how diet affects the metabolic function of the host and its microbiome as a single unit of action, using a novel and powerful framework called 'holo-omics'. This entails monitoring how changes in enzymes and metabolites produced by microbiota, correlates with uptake and metabolism of nutrients in the gut and liver of the fish. By doing this across life stages, different feeds and with recordings of key performance indices, we aim to identify exploitable interactions between specific feed components and microbiome functions that can be used to improve fish phenotype. In addition, associations between broodstock genetic variation, microbiome composition and diet will be determined, which will facilitate selection for fish with preferred gut microbiota. Ultimately ImprovAFish will facilitate optimization of improved and sustainable feeding strategies that are specifically tailored to host genetics (or vice versa), with an emphasis on socially responsible outcomes facilitated by a dedicated Responsible Research and Innovation process.