Investigating the influence of biofilter-biofilm bacterial communities on the microbiota of rearing water and Atlantic salmon fry in RAS
Abstract
Resirkulerende akvakultursystemer (RAS) gir mange fordeler, blant annet vannsparing, redusert miljøpåvirkning og bedre kontroll over vannkvalitetsparametere, noe som til slutt fører til bedre vekst hos oppdrettsfisken. En viktig fordel med RAS er evnen til å regulere vannkvaliteten og skape optimale forhold for de oppdrettede organismene. Dessverre er vår kunnskap om mikrobielle samfunnsdynamikker i RAS begrenset på grunn av manglende forskning. I tillegg fungerer biofilteret, en essensiell komponent i RAS som fjerner giftige nitrogenforbindelser utskilt av fisken, som et betydelig reservoir for bakterier. Vi vet imidlertid lite om innvirkningen av disse bakteriene i biofilter-biofilm på mikrobiotaen i oppdrettsvannet og hos fisken.
Målet med denne studien var å undersøke hvordan biofilter-biofilm-bakteriesamfunnene påvirker mikrobiotaen i oppdrettsvannet og hos atlantisk lakseyngel i RAS. Vi oppdrettet atlantisk lakseyngel i to identiske laboratoriebaserte RAS-anlegg som opererte under samme forhold, med den eneste forskjellen i biofilm-bærerne som ble brukt i biofilterne. Disse biofilm-bærerne ble hentet fra to kommersielle RAS-anlegg som var lokalisert i ulike geografiske områder. Etter 30 dagers drift ble biofilm-bærerne byttet mellom systemene. Selv om eksperimentet var planlagt å vare i 60 dager, ble det avsluttet etter 40 dager på grunn av en uventet strømbrudd. I løpet av eksperimentet ble prøver av biofilm-bærerne, suspendert vann og lakseyngel samlet inn, og bakteriesamfunnsanalyse ble utført ved hjelp av Illumina-sekvensering av 16S rDNA-ampliconer.
Resultatene viste betydelige forskjeller mellom de bakterielle samfunnene i oppdrettsvannet og lakseyngelen sammenlignet med biofilter-biofilm-mikrobiotaen gjennom hele eksperimentet. Imidlertid hadde både vannet og biofilm-bærerne en høy andel av delte taksonomiske grupper, som Rhodobacterales og Burkholderiales. Videre viste vannets mikrobiota større likhet med biofilter-biofilm-mikrobiotaen innenfor sitt eget system. Selv om mikrobiotaen hos lakseyngelen var signifikant forskjellig fra vannet og biofilter-biofilm-mikrobiotaen, ble det observert betydelige endringer i hudens mikrobiota i løpet av eksperimentet, noe som tyder på en potensiell påvirkning fra biofilteret. Denne studien har bidratt til å belyse biofilterets innvirkning på mikrobiotaen i vannet og hos lakseyngelen. Recirculating aquaculture systems (RAS) provide numerous advantages, including water conservation, reduced environmental impact, and improved control over water quality parameters, ultimately enhancing fish growth. One key benefit of RAS is the ability to manage water quality to create an optimal environment for cultured organisms. However, our understanding of microbial community dynamics in RAS remains limited due to a lack of research. Additionally, the biofilter, a crucial component of RAS responsible for removing toxic nitrogenous substances excreted by fish, serves as a significant reservoir for bacteria. The impact these bacteria in the biofilter-biofilm have on the microbiota of the rearing water and the fish is not well known.
This study aimed to investigate the influence of biofilter-biofilm bacterial communities on the microbiota of rearing water and Atlantic salmon fry in RAS. This was done by rearing Atlantic salmon fry in two identical laboratory-scaled RAS operating under identical conditions, differing only in the biofilm carriers used in their biofilters. The biofilm carriers were obtained from two commercial RAS located in distinct geographical regions. After 30 days of RAS operation, the biofilm carriers were exchanged between the systems. Although the planned duration of the experiment was 60 days, an unexpected power outage the experiment ended after 40 days. Throughout the experiment, samples of biofilm carriers, suspended water, and salmon fry were collected and subjected to bacterial community analysis using Illumina sequencing of 16S rDNA amplicons.
The findings revealed significant differences between the bacterial communities of the rearing water and salmon fry compared to the biofilter-biofilm microbiota throughout the experiment. However, both the water and biofilm carriers exhibited a high abundance of shared taxa, such as Rhodobacterales and Burkholderiales. Moreover, the water microbiota demonstrated greater similarity to the biofilter-biofilm microbiota within its respective system. While the microbiota of the salmon fry significantly differed from the water and biofilter-biofilm microbiota, notable changes were observed in the skin microbiota during the experiment, indicating a potential influence by the biofilter. This study has demonstrated the biofilter's influence on the microbiota of the water and salmon fry in laboratory-scaled RAS.