Mattrygghet:Developing fish-food safety control measures against antimicrobial resistance by reprogramming metabolism in farmed fish

VARIGHET: Prosjektet startet 15. september 2022 og forventes avsluttet 14. september 2024. Selv om finansieringsvarigheten fra Forskningsrådet var antatt for å starte 1. januar 2022, kunne vi ikke starte fordi Det veterinærmedisinske fakultet ved Norges miljø- og biovitenskapelige universitet (NMBU) var i ferd med å flytte fra Campus Adamstuen i Oslo til NMBU Campus Ås. Dette førte til at gammelt utstyr ble kassert mens nytt laboratorieutstyr ble installert på den nye Campus Ås i perioden januar til august 2021. Derfor anbefalte vi å vente fordi det ikke var gunstig å starte det nye prosjektet i denne perioden før etter kl. flytte til Nybygget med funksjonelt utstyr på Campus Ås i august 2021. Dermed ansatte vi en postdoktor etter flytting til Campus Ås den 15. september 2021. Dette var starten på prosjektet med forventet ferdigstillelsesdato 14. september 2024. SAMMENDRAG AV AKTIVITETER: Antimikrobiell resistens (AMR) har økt til å være en av de største globale helsetruslene. Mange AMR-bakterier kommer inn i næringskjeden fra produksjonsdyr og en strategi for å kontrollere dette er å redusere overføring av AMR fra mat til mennesker. I denne studien har vi samlet inn fiskeprøver fra ferskvanns- og saltvannsstadiene i produksjonssyklusen for atlantisk laks for screening av AMR-gener ved hjelp av metagenomikkanalyse. I tillegg ble det hentet fiskeprøver fra fiskeforedlingsanlegg og dagligvarebutikker. For tiden pågår bakterieisolering og karakterisering ved bruk av standard bakteriologiske prosedyrer, MALD-TF og 16S rRNA. Ved å bruke bakterieartene identifisert fra noen av prøvene samlet så langt sammenlignet med arkiverte bakterieisolater, viser våre foreløpige funn at noen av de arkiverte Aeromonas spp. innsamlet fra fisk og miljø i Norge før midten av 1990-tallet hadde tetracyklinresistensgener og likevel ble det ikke påvist tetracyklinresistensgener fra bakterieisolater samlet inn etter 2000. Disse funnene peker mot en betydelig reduksjon i prevalensen av AMR i norsk havbruk. I tillegg viser våre foreløpige funn også at Aeromonas spp. funnet i marine sedimenter bærer forskjellige iboende AMR-gener som finnes i kromosomene. Disse genene overføres ikke lett til andre arter fordi Aeromonas spp. undersøkt så langt ble funnet å ikke bære plasmidrespons for horisontal genoverføring. Ytterligere analyser med bruk av miljøprøver og fiskeprøver pågår. For tiden pågår DNA-ekstraksjon og prøver vil bli sendt for metagenomikk-sekvensering til det norske sekvenseringssenteret. Bioinformatisk analyse vil gjøres av postdoktor som er ansatt i prosjektet sammen med prosjektleder. Resultatene fra denne studien vil bli brukt for reversering av AMR i forsøk med sebrafisk og atlantisk laks med bruk av næringsmetabolitter som planlagt i prosjektaktivitetene. MILEPÆLER: 1. PROSJEKTLEDELSE: Prosjektplanlegging og koordineringsmøte med norske og kinesiske partnere. a. oktober 2021 b. mai 2022 c. oktober 2022 2. PRØVEINNSAMLING: Mer enn 50 bakterier isolert fra fisk og vannmiljøer ble karakterisert biokjemisk og vha PCR. 3. LABORATORIEANALYSE: Alle 50 bakterieisolatene ble testet mot viktige antibiotika oppført av Verdens helseorganisasjon som prioritet ved bruk av diskdiffusjonsanalyse. 4. LABORATORIEANALYSE: 24 bakterier som viser multippel medikamentresistens ble videre brukt til DNA-ekstraksjon og helgenomsekvensering ved bruk av Illumina-plattformen ved Norsk sekvenseringssenter, Universitetet i Oslo. 5. Bioinformatisk analyse: 24 genomsekvenser av flere medikamentresistens (MDR) bakterier inkludert Aeromonas salmonicida, Aeromonas hydrophila, Aeromonas veronii, Aliivibrio salmonicida og deponert hos NCBI med tilgangsnummer: • JAJVCT000000000-JAJVCY000000000, • JAKZZS000000000-JAKZZZ000000000, • JAKZZL000000000-JAKZZM000000000, • JAKKZO000000000-JAKKZR000000000, • JALLAB000000000-JALLAC000000000, • JAKZZN000000000. 6. De antimikrobielle resistensgenene funnet i bakteriegenomet ble sammenlignet med GenBank-databasen som resulterte i to publiserte manuskripter, ett innsendt og to er i pipeline (liste er gitt nedenfor). 7. Kurs deltagelse av postdoktor forsker: a. Antibiotic and Antibiotic resistance: Organisert av The National Graduate School in Infection Biology and Antimicrobials (IBA), University of Oslo and NDPIA, Sweden. b. Principles of Infection Biology: The National Graduate School in Infection Biology and Antimicrobials (IBA), University of Oslo https://iba2021.ipostersessions.com/GetFile.ashx?file=meetingagendaiba.pdf c. Orion HPC Workshop I bioinformatisk analyse ved NMBU 7-9 november 2022.

-

This project application addresses an emerging global challenge on antimicrobial resistance (AMR) as a food safety threat. Transmission of AMR-infections through fish-foods to humans has become a serious global food safety threat. Tilapia (Oreochromis niloticus) and Atlantic salmon (Salmo salar L) are among the top farmed fish species in the world of which China and Norway are leading producers. In this project, we intend to develop control measures against AMR in fish foods. As a first step, we will develop a metagenomics surveillance system for profiling AMR-genes found in the fish-food-production chain using samples from fish farms, feed, processed and ready-to-eat fish foods. Using this approach, we aim to determine the relative abundance of all AMR-genes present in food samples to identify stages in the fish-food-production chain prone to AMR-contamination. We will rank all AMR-genes detected based on the World Health Organization (WHO) classification of critical, highly and important resistance to antimicrobial treatment. This classification will be used to identify high-risk areas of human exposure to AMR-infections. We aim to identify high risk stages in the fish-food production chain that require intervention to prevent transmission of AMR-pathogens to humans. Bacteria identified to be antibiotic resistant by metagenomics will be isolated and cultured from collected samples. In the second step, we intend to use the host metabolites reprogramming approach to equip fish with the ability to reverse antibiotic resistant bacteria to highly susceptible bacteria using nutrient metabolites. Identification of appropriate metabolites will be done by gas-chromatography, mass-spectrometry and cluster analysis on antibiotic resistant bacteria isolated from the fish-food production chain. Metabolites with highest reversal of antibiotic resistant bacteria to highly susceptible bacteria will be used for host metabolism reprograming in Atlantic salmon and tilapia.