Bakteriell adhesjon til mukosale overflater - Effektar av mikrobiota på bakteriell adhesjon til lakseskinn

Abstract

Fisk lever i direkte kontakt med sitt ytre miljø, og er difor kontinuerleg utsette for eksterne truslar. Skinnet er den fyrste forsvarslinja mot det ytre miljøet, og det er dekt med eit slimlag, også kalla mucus. Mucus består hovudsakleg av vatn og glykoproteinet mucin, som inneheld mange potensielle bindeseter for bakteriar. Forståing av eigenskapane til mucuslaget og korleis bakteriar interagerer med det er av høg relevans for helsa til laks. Målet med denne masteroppgåva er å undersøke molekylære interaksjonar mellom bakteriar og mucus på skinnet til lakseyngel. Eventuelle effektar av å ha ein etablert mikrobiota i mucuslaget vart og studert ved å samanlikne sterile og konvensjonelle lakseyngel. Atomkraftmikroskopi (AFM) kraftspektroskopi med bakteriar immobilisert til probar vart utført på overflata til sterile og konvensjonelle fisk, og på mucindekte overflater. Tre typar bakteriar frå slektene Janthinobacterium, Bacillus og Pedobacter vart undersøkte.

For alle bakteriane var den prosentvise andelen av kraftkurver med interaksjon mindre for konvensjonell fisk samanlikna med steril fisk, noko som kan tyde på at nærvær av mikrobiota kan ha endra mucuslaget til ulempe for adhesjon av nye bakteriar. Dei fleste målte interaksjonane var svake, med bindingsstyrker opp til 300 pN. Bindingstyrkene er på samme nivå som tidlegare dokumenterte bindingstyrker for enkeltbindingar mellom protein og glykan. Dette tyder på at dei observerte bindingane truleg er enkeltbindingar mellom protein på overflata til bakterien og glykankjeder på mucin. Sterkare interaksjonar (300-800 pN) vart observert mellom Janthinobacterium og mucin, og mellom Pedobacter og konvensjonell fisk. Desse interaksjonane er truleg grunna multippel binding mellom mucin og bakteriar. Mykje heterogenitet vart observert i AFM resultata. Difor er det behov for meir data i framtida. Dei oppnådde resultata bidreg likevel til ei betre forståing av korleis bakteriar interagerer med, og påverkar, mucuslaget på lakseskinn, som er ein svært viktig del av immunforsvaret til fisken.

Fish are continuously exposed to various hazards in their environment, and their skin is the first line of defense against external threats. The skin of Atlantic salmon is covered with a protective layer of mucus. The mucus contains mucin glycoproteins that provide potential binding sites for bacteria to adhere. Understanding the properties of the skin mucus layer and how bacteria interact with it is of high relevance for the health of Atlantic salmon. This study aims to investigate how bacteria interact with mucins and the skin mucus layer of Atlantic salmon fry and reveal possible effects of the presence of skin microbiota. We hypothesize that bacteria interact with the glycan parts of mucins. Adhesion of the three respective bacteria, Janthinobacterium, Bacillus, and Pedobacter, to germ-free (GF) and conventionally raised (CVR) salmon fry was investigated by the use of atomic force microscopy (AFM) force spectroscopy. Also, adhesion of Janthinobacterium to bovine submaxillary mucin (BSM) and porcine gastric mucin (PGM) was investigated.

Irrespective of the type of bacteria investigated, the average percentage of force curves containing signatures of interaction was lower for the CVR fish than the GF fish. The lower amount of interaction towards the CVR fish indicates that the microbiota might have altered the mucus layer, making it harder for new bacteria to adhere. The vast majority of binding strengths recorded were weak (<300 pN) both between the bacteria and mucins and between the bacteria and GF and CVR salmon fry. These rupture forces are in the same range as forces documented for single protein-glycan interactions by previous studies, consistent with the hypothesis that the interactions are single molecule-pair bonds between a protein on the bacterial surface and mucin. Some stronger interactions were also observed (300-800 pN) between Pedobacter and the CVR salmon fry, and between Janthinobacterium and both mucins. These strong interactions are most likely caused by multiple bonds between mucins and the bacteria. Even though heterogeneity in measurements was observed, and more data needs to be obtained to conclude if the presence of a skin microbiota affects the bacterial adhesion to mucus, the results obtained contribute to a better understanding of how bacteria interact with the skin-mucosal barrier of Atlantic salmon.