Assessment of the oxidative stress biomarkers of 8-hydroxy-2'-deoxyguanosine and o,o'-dityrosine in skin and gill tissue from Atlantic salmon Parr in land-based recirculating aquaculture systems (RAS)

Abstract

Atlanterhavslaks er en høyt verdsatt fisk i akvakultur og det utvikles stadig nye teknologier innenfor dette området. Med oppgangen i ny teknologi har fiskehelse og velferd i akvakultur blitt en økende bekymring for å fremme næringens vekst. Med innføringen av land-baserte resirkulerende akvakultursystemer (RAS), har gode desinfeksjons teknikker som ikke påvirker fiskens helse og velferd blitt viktigere. Pereddiksyre (PAA) har blitt foreslått som en god kanditat som et desinfeksjons middel, men det er lite forskning på dens innvirkning på fisken. Derfor startet Nofima opp RASHealth prosjektet for å studere påvirkningen PAA har i RAS fasiliteter, med forskjellige behandlinger (konsentrasjoner) og metoder for tilsetning av PAA til vannet.

Analysering av oksidativt stress for å gi en objektiv og kvantitativ metode for å vurdere påvirkningen av PAA på fisk er derfor ønsket. Vurderingen av oksidativt stress ble utført ved bruk av biomarkørene 8-hydroxy-2'-deoxyguanosine (8-OHDG)(DNA skade) og 0,0'-dityrosine (diY) (protein skade). For å kunne utføre dette ble en ny metode utviklet og benyttet på fiskeprøvene fra Nofima, som inkluderte prøver av skinn, gjeller, ryggfinne og lever. I denne oppgaven vil resultatene fra skinn og gjeller bli fremvist og diskutert. Metoden utviklet bestod av HybridSPE og UPLC-MS/MS for å separere og identifisere biomarkørene. Dette er, til min kunnskap, den første studien utført av forekomsten av diY i atlaterhavslaks.

Den utviklede metoden viste høye deteksjonsrater for begge biomarkørene i alle prøve matrisene, som viste at det var mulig å separere og identifisere biomarkørene. Konsentrasjonen av 8-OHDG ble funnet å være ganske lav i skinn, og varierte fra 0.13-0.54 ng/g i kontroll gruppene, og klart høyere i gjellene, 1.09-50.97 ng/g i kontroll gruppene. Det ble ikke observert en signifikant trend mellom de forskjellige behandlingene, noe som indikerer at PAA ikke induserer oksidativt stress.

diY konsentrasjonene i kontroll gruppene ble funnet å være mellom 123-229 ng/g for skinn og 330-568 ng/g for gjellene. En trend med økende konsentrasjon ved økende PAA konsentrasjon ble observert, som indikerer at PAA fører til oksidativt stress i fiskeproteinene.

Ved å kombinere alle dataene i en hovedkomponentanalyse (PCA) ble det observert en signifikant korrelasjon mellom konsentrasjonen i de forskjellige prøve matrisene. Dette betyr at den utviklede metoden kan bli brukt for alle matrisene og vil gi en indikasjon på det oksidative stresset til fisken.

Atlantic salmon is a highly valued fish for aquaculture and new aquaculture technologies are constantly being developed. With new technologies, fish health and welfare in aquaculture have been a rising concern in aquaculture to further the growth of the industry. With the introduction of land-based recirculating aquaculture systems (RAS), good disinfection methods that don't affect the fish health and welfare are important. Peracetic acid (PAA) have been proposed as a good candidate as a disinfection tool, but the research of its impact on fish are scarce. Therefore Nofima started the RASHealth project to study the impact of PAA in RAS facilities, with different treatments (concentrations) and methods of adding the PAA to the waters.

Analysing oxidative stress to give an objective and quantitative method for assessing the impact of PAA on fish were needed. The assessment of the oxidative stress were done with the use of the biomarkers 8-hydroxy-2'-deoxyguanosine (8-OHDG)(DNA damage) and 0,0'-dityrosine (diY) (protein damage). To be able to do this, a new method was developed and applied on the fish samples provided by Nofima, which included the matrices of skin, gill, dorsal fin and liver. In this thesis the results from skin and gill will be discussed. The method consisted of HybridSPE and the use of UPLC-MS/MS to separate and identify the biomarkers. This is, to my knowledge, the first study of the occurrence on diY in Atlantic salmon.

The developed method showed high detection rates for both biomarkers in all the matrices, showing that it was able to separate and identify the biomarkers. The concentration of 8-OHDG were found to be quite low in skin, ranging from 0.13-0.54 ng/g in the control groups, and distinctly higher in gill, 1.09-50.97 ng/g in the control groups. No significant trends between the different treatments could be observed, indicating that PAA does not induce oxidative stress.

For diY the concentration ranges in the control groups were 123-229 ng/g for skin and 330-568 ng/g for gill. A trend of increasing concentration with increasing concentration of PAA were observed, indicating that PAA induces to oxidative stress in the fish proteins.

Combining all the data with principal component analysis (PCA) a significant association was observed between the concentrations in the different matrices. This means that the developed method can be used for all the matrices and would give an indication of the oxidative stress of the fish.