Initial bacterial colonization of yolk-sack fry in Atlantic Salmon (Salmo Salar) using a gnotobiotic system.

Abstract

Sammendrag

Fiskelarver er bakterie frie når de klekkes ut, men blir raskt kolonisert av omgivende mikroorganismer. Den tidlige koloniseringen er kjent for å være viktig for helsen og utviklingen for verten. Tarmmikrobiotaen assosiert med fiskelarver er svært dynamisk på grunn av et raskt skiftende miljø i tarmen. Tarm og skinn mikrobiota av fisk har vist seg å være veldig forskjellig fra det omkringliggende vannet, men lite er kjent om den innledende koloniseringen av skinn og tarm til fiskelarver. Atlanterhavslaks (Salmo salar) har relativt store yngel med et langt plommesekk-stadie, noe som gjør det mulig å studere interaksjoner mellom bakterier og verten over en lang periode i et bakteriefritt miljø. Målet med denne studien var å undersøke den tidlige koloniseringen av lakseyngel ved å bruke bakteriefri plommesekkyngel som ble utsatt for visse bakteriestammer enkeltvis eller i kombinasjon med andre stammer (dvs. en gnotobiotisk modell). Laksegg ble gjort bakteriefrie ved overflatesterilisering i og deretter utsatt for stammer som representerte Bacillus, Pedobacter, Arthrobacter, Psychrobacter, Janthinobacterium og Flavobacterium, tidligere isolert fra laksyngel skinn og tarm, ved å tilsette bakterier til oppdrettsvannet. I eksperiment 1 ble plommesekkyngel utsatt for langvarig eksponering fra 7-35 dager etter klekking (dph). I eksperiment 2 ble 10 uker gammel plommesekkyngel utsatt for kortvarig eksponering i 5 dager. Stammenes evne til å kolonisere tarm og skinn ble undersøkt ved CFU-telling. Sammensetningen av det gnotobiotiske samfunnet og mulige interaksjoner mellom stammene ble undersøkt ved Illumina 16S rDNA-sekvensering, interaksjonene mellom Janthinobacterium-stammen og andre stammer var spesielt interessant fordi den er nært beslektet med Janthinobacterium lividum som har vist seg å ha antibiologiske effekter. Ingen dødsfall ble observert i noen av eksperimentene. Det ble ikke observert noen signifikant forskjell i vekst av lakseyngel mellom bakteriebehandlinger i forsøk 1. Det ble observert meget lave nivåer av kolonisering i tarmen, mens huden ble kolonisert i mye større grad. Alle stammer som klarte å feste seg til fiskeslimet i det kortsiktige eksperimentet i forskjellige nivåer, var også de som var i stand til å opprettholde sin bestand i skinn og tarm i det langvarige eksperimentet. Bacillus klarte ikke å kolonisere verken vannet eller fisken, og antas å representere en luftbåren kontaminant. Janthinobacterium var den mest effektive kolonisatoren av skinnet, mens Pedobacter og Janthinobacterium var de mest effektive kolonisatorene i tarmen. Janthinobacterium stammen så ut til å dra fordel av tilstedeværelsen av andre bakteriestammer, noe som indikerer en slags konkurranse eller kommensal interaksjon, dette er spesielt interessant fordi Janthinobacterium stammer er kjent for å ha antibiologiske effekter som kan være en del av forklaringen på disse resultatene. Ti uker gammel lakseyngel ble kolonisert av bakterier i mye større grad enn de fire uker gamle lakseynglene.

Abstract

Fish larvae are germ free when hatched but gets quickly be colonized by surrounding microorganisms. The early colonization is known to be important for the health and development for the host. The gut microbiota associated with fish larvae, is highly dynamic because of a rapidly changing gut environment. The gut and skin microbiota of fish have been found to be very different from the surrounding water, but little is known about the initial colonization of the skin and gut of fish larvae. Atlantic salmon (Salmo salar) are relatively large fry with a long yolk-sack period, making it possible to study interactions between bacteria and the host over a long period in a germ-free environment. The aim of this study was to investigate the early colonization of salmon fry by using germ free yolk-sack fry exposed to certain bacterial strains separately or in combination with other strains (i.e a gnotobiotic model). Salmon eggs were made germ free by surface sterilization in and then exposed to strains representing Bacillus, Pedobacter, Arthrobacter, Psychrobacter, Janthinobacterium and Flavobacterium, previously isolated from salmon fry skin and gut, by addition to the rearing water. In Experiment 1, yolk-sack fry were subject to long-term exposure from 7-35 days post hatching (dph). In Experiment 2, 10-week-old yolk-sack fry were subject to short-term exposure for 5 days. The ability of the strains to colonize the gut and skin was investigated by CFU counting. The composition of the gnotobiotic society, and possible interactions between the strains were investigated by Illumina 16S rDNA sequencing, the interactions between the Janthinobacterium strain and other strains was especially interesting because it is closely related to Janthinobacterium Lividum which has shown to have antibiological effects. No mortalities were observed in any experiments. No significant difference in growth of the salmon fry was observed between bacterial treatments in Experiment 1. Very low levels of colonization were observed in the gut, and skin was colonized to a much larger degree. Bacillus were unable to colonize both the water and the fry and were believed to represent an airborn contaminant. Janthinobacterium was the most efficient colonizer of skin, while Pedobacter and Janthinobacterium was the most efficient colonizers of gut. All strains that were able to adhere to the fish mucus in the short-term experiment in various levels, were also the ones that were able to maintain their population in skin and gut in the long-term experiment. The Janthinobacterium strain seemed to benefit from the presence of other bacterial strains, indicating some sort of competition or commensal interaction, this is especially interesting because Janthinobacterium strains are known to have antibiological effects which could be part of the explanation for these results. Ten weeks old salmon fry were colonized by bacteria to a much larger degree then the four weeks old salmon fry.