Havbunnen rommer et mylder av både synlig og usynlig liv. Til sammen utgjør dette en «regnskog under vann», der et komplekst samspill mellom mikroorganismer, bunndyr og større organismer danner grunnlaget for sunne og produktive marine økosystemer. Denne skjulte verdenen gir næring og livsviktige ressurser til fisk og andre arter, og spiller en avgjørende rolle for havets evne til å håndtere både naturlige belastninger og menneskeskapte påvirkninger.
I AQUAeD-prosjektet har vi tatt i bruk avansert DNA-teknologi for å analysere tusenvis av havbunnsprøver fra kystområdene i Norge og Island. Ved å kartlegge det genetiske mangfoldet i sedimentene har vi fått et unikt innblikk i hvilke mikroorganismer som lever der, og hvordan de responderer på ulike grader av miljøpåvirkning. Det mest oppsiktsvekkende funnet var at selv om vi identifiserte over tusen ulike mikrobe-slekter, var det kun to – Nitrospumilus og Sulfurovum – som hadde avgjørende betydning for å klassifisere den økologiske tilstanden på havbunnen.
Urslekten Nitrospumilus ser ut til å spille en nøkkelrolle i å opprettholde en god økologisk tilstand. Denne mikroben bidrar blant annet til å fjerne giftig ammonium fra miljøet og produserer samtidig vitaminer og andre viktige stoffer som er nødvendige for at det øvrige økosystemet skal fungere optimalt. Når forholdene er stabile og forurensningsnivåene lave, dominerer Nitrospumilus i sedimentene og bidrar til et sunt og balansert miljø.
Dersom forurensningsnivåene øker, endrer imidlertid mikrobiesamfunnet karakter. Da blir Nitrospumilus gradvis utkonkurrert av slekten Sulfurovum. Denne mikroben lever av sulfider og produserer ammonium, noe som kan forverre miljøtilstanden ytterligere. Av den grunn kan Sulfurovum beskrives som en «miljøversting», og dens økende tilstedeværelse fungerer som et tydelig varsel om at økosystemet er under press. Disse funnene er publisert i det ledende vitenskapelige tidsskriftet Environmental Science & Technology.
Målet med AQUAeD-prosjektet har vært å utvikle en DNA-basert, men samtidig enkel og praktisk test for å måle havbunnens økologiske tilstand. Dette har vi nå lykkes med. Ved å analysere forholdet mellom disse to mikrobe-slektene kan vi vurdere miljøtilstanden på havbunnen med en feilmargin på rundt ti prosent. En rask DNA-test som fokuserer på bare disse indikatorene kan dermed gi en pålitelig og direkte kobling mellom mikroskopisk liv og tilstanden til det makroskopiske økosystemet.
Dette representerer et viktig gjennombrudd innen miljøovervåking. Forvaltningen og oppdrettsnæringen får nå tilgang til et nytt verktøy som gjør det mulig å gjennomføre raske, effektive og kostnadsbesparende vurderinger av miljøtilstanden på havbunnen. Etter at prøver er samlet inn, kan testen gjennomføres på omtrent 15 minutter og gi prøvesvar i løpet av få timer. Metoden kan også brukes som støtte i planlegging og optimalisering av brakkleggingsperioder mellom produksjonssykluser, slik at belastningen på miljøet reduseres over tid.
For å sikre at denne teknologien tas i bruk i praksis, er partnerne i AQUAeD nå i ferd med å etablere selskapet OceanPulse AS for kommersialisering av verktøyet. Selskapets konkurransefortrinn vil ligge i kombinasjonen av en solid vitenskapelig kunnskapsbase og utviklingen av målrettede og brukervennlige tester. Dette står i kontrast til mer tidkrevende og ressurskrevende sekvenseringsmetoder, der bare en liten andel av resultatene gir den konkrete informasjonen brukerne faktisk trenger. Ambisjonen er at OceanPulse AS skal bidra til en mer bærekraftig utvikling av oppdrettsnæringen, der økonomisk lønnsomhet balanseres mot hensynet til miljømessig bærekraft og langsiktig økologisk helse.
En av de viktigste oppnådde effektene er utviklingen av en DNA-basert og samtidig enkel test for rask vurdering av havbunnens økologiske tilstand. Metoden gir en pålitelig indikasjon med om lag ti prosent feilmargin, og muliggjør at prøver kan analyseres i løpet av minutter og gi resultater innen få timer. Dette innebærer en vesentlig forbedring sammenlignet med tradisjonelle, tidkrevende og ressurskrevende sekvenseringsmetoder, og bidrar til mer effektiv og kostnadsbesparende miljøovervåking.
Prosjektets resultater har også potensielle langsiktige virkninger for forvaltning og næringsutvikling. For offentlige myndigheter gir metoden et nytt beslutningsstøtteverktøy for løpende overvåking og regulering av miljøtilstanden i kyst- og havområder. For oppdrettsnæringen åpner løsningen for mer presis planlegging og optimalisering av brakkleggingsperioder mellom produksjonssykluser, noe som kan redusere miljøbelastningen og samtidig bidra til økt biologisk og økonomisk bærekraft.
Videre har prosjektet lagt grunnlaget for kommersialisering gjennom etableringen av selskapet OceanPulse AS. Dette skaper potensial for verdiskaping og arbeidsplasser, samtidig som det legger til rette for bred implementering av teknologien i både nasjonale og internasjonale markeder. Kombinasjonen av solid vitenskapelig kunnskapsgrunnlag og målrettede, brukervennlige tester gir et tydelig konkurransefortrinn og styrker Norges posisjon innen marin miljøteknologi.
Samlet sett forventes prosjektets resultater å ha betydelige positive effekter på miljøforvaltning, bærekraftig utvikling av oppdrettsnæringen og samfunnet for øvrig, ved å bidra til bedre balanse mellom økonomisk verdiskaping og langsiktig ivaretakelse av marine økosystemer.
Based Regional Research Found funded project DigiMiBa we have shown that we can accurately determine the impact of aquaculture on the environment by functional barcoding of bacteria (predicting electron donors and acceptors in metabolism). These approaches will be combined with novel on-site nanopore sequencing strategies developed in the Norwegian Research Council funded project UnveilMe. The monitoring of aquaculture environmental impact currently represents a major bottleneck in developing the aquaculture industry, particularily the lack of rocky bottom analytic .
The aim of this application is to implement an open-source database and prototype on-site test systems so that the aquaculture industry can adapt the functional barcode concept in accurate and efficient monitoring of the environmental impact. Functional e-DNA information will 1) be transmitted to environmental index information in the form of an open-source database , 2) e-DNA indexes be compared to the indexes derived from macroorganism counting, 3) simplified sampling and testing systems that are adaptable to the industry, and 4) suggestions for implementation in Norwegian standards.
To achieve the main aim we will expand the analyses to include 1750 samples along the whole Norwegian coast, with sampling covering the whole year cycle. The industry partners in the project will do the sampling in conection with traditional analyses. The Three industry partners complement each other by covering the Whole coastline. The project will also include prototype methodology (microarray based, second and third generation sequencing) for service providers can utilize for functional classification based on eDNA.
Based on the project results a report will be written for the new revision of the Norwegian standard for environmental monitoring of aquaculture (NS9410) which is expected in 2023. The intention will be the implementing of functional barcoding in the standard.
