Der Einfluss des Brutfutters auf das Mikrobiom juveniler Forellen

Transkript

1 lafishblog.com

2 Bill Ebbesen

3 Stéphanie Céline Michl GMA, Gesellschaft für Marine Aquakultur mbh, Büsum Lehrstuhl für Tierzucht und Tierhaltung, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel GEOMAR, Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung, Kiel Der Einfluss des Brutfutters auf das Mikrobiom juveniler Forellen

4 Zentrale Fragestellungen der Studie 1. Wird die Zusammensetzung des gastrointestinalen Mikrobioms von Forellenbrut durch pflanzliche Proteinquellen beeinflusst? 2. Ist das Mikrobiom juveniler Forellen stabil oder kann es durch einen Futterwechsel verändert werden? 3. Verändert sich das Mikrobiom mit zunehmendem Alter der Tiere? 4. Gibt es einen Zusammenhang zwischen der bakteriellen Gemeinschaft im Magen-Darm-Trakt und dem Wachstum der Versuchstiere? 5. Wie wirken sich Wachstum oder Futterwechsel auf die mikrobielle Diversität aus? 3

5 Zentrale Fragestellungen der Studie 1. Wird die Zusammensetzung des gastrointestinalen Mikrobioms von Forellenbrut durch pflanzliche Proteinquellen beeinflusst? 2. Ist das Mikrobiom juveniler Forellen stabil oder kann es durch einen Futterwechsel verändert werden? 3. Verändert sich das Mikrobiom mit zunehmendem Alter der Tiere? 4. Gibt es einen Zusammenhang zwischen der bakteriellen Gemeinschaft im Magen-Darm-Trakt und dem Wachstum der Versuchstiere? 5. Wie wirken sich Wachstum oder Futterwechsel auf die mikrobielle Diversität aus? 4

6 Zentrale Fragestellungen der Studie 1. Wird die Zusammensetzung des gastrointestinalen Mikrobioms von Forellenbrut durch pflanzliche Proteinquellen beeinflusst? 2. Ist das Mikrobiom juveniler Forellen stabil oder kann es durch einen Futterwechsel verändert werden? 3. Verändert sich das Mikrobiom mit zunehmendem Alter der Tiere? 4. Gibt es einen Zusammenhang zwischen der bakteriellen Gemeinschaft im Magen-Darm-Trakt und dem Wachstum der Versuchstiere? 5. Wie wirken sich Wachstum oder Futterwechsel auf die mikrobielle Diversität aus? 5

7 Zentrale Fragestellungen der Studie 1. Wird die Zusammensetzung des gastrointestinalen Mikrobioms von Forellenbrut durch pflanzliche Proteinquellen beeinflusst? 2. Ist das Mikrobiom juveniler Forellen stabil oder kann es durch einen Futterwechsel verändert werden? 3. Verändert sich das Mikrobiom mit zunehmendem Alter der Tiere? 4. Gibt es einen Zusammenhang zwischen der bakteriellen Gemeinschaft im Magen-Darm-Trakt und dem Wachstum der Versuchstiere? 5. Wie wirken sich Wachstum oder Futterwechsel auf die mikrobielle Diversität aus? 6

8 Zentrale Fragestellungen der Studie 1. Wird die Zusammensetzung des gastrointestinalen Mikrobioms von Forellenbrut durch pflanzliche Proteinquellen beeinflusst? 2. Ist das Mikrobiom juveniler Forellen stabil oder kann es durch einen Futterwechsel verändert werden? 3. Verändert sich das Mikrobiom mit zunehmendem Alter der Tiere? 4. Gibt es einen Zusammenhang zwischen der bakteriellen Gemeinschaft im Magen-Darm-Trakt und dem Wachstum der Versuchstiere? 5. Wie wirken sich Wachstum oder Futterwechsel auf die mikrobielle Diversität aus? 7

9 Experimentelle Arbeiten Stéphanie Céline Michl

10 Pflanzliche Rohstoffe für Forellenbrut Ein Fütterungsversuch mit Regenbogenforellen soll zeigen, wie sich das Mikrobiom im Magen-Darm-Trakt der Brutfische mit pflanzlichen Proteinquellen entwickelt: Regenbogenforellen (Oncorhynchus mykiss) Herkunft: Troutlodge Inc., Washington USA Zuchtstamm: Kamloops Futter A 0 % B 50 % C 100 % Anteil pflanzlicher Proteinquellen 9

11 Das Versuchsfutter Rohstoffe (in % d. Trockenmasse) Futter A Futter B Futter C Heringsfischmehl Muschelmehl Blutmehl Garnelenmehl Maisgluten Sojaproteinkonzentrat Erbsenproteinmehl Rapsproteinkonzentrat Weizengluten Weizenstärke Vitamin- & Mineralstoffmischung Leinöl Fischöl Gelatine Füllstoff (Bentonit) Tryptophan 0.03 Mikro- und Makronährstoffe entsprechen den Richtwerten des NRC (2011) für Regenbogenforellen (0.2-20g) 10

12 Das Versuchsdesign Aufbau RAS - Recirculating Aquaculture System 200 Tiere pro Versuchsgruppe Phase I: Aufzucht 75 Tage, Erstfütterung am Tag 21 nach dem Schlupf ad libitum-fütterung Kommerzielle Brutrinnen Phase II: Futterwechsel 39 Tage 3.8% der Biomasse pro Tag 4 Fütterungen pro Tag 50l Aquarien Triplikater Versuchsansatz 11

13 Das Versuchsdesign Aufbau RAS - Recirculating Aquaculture System 200 Tiere pro Versuchsgruppe Phase I: Aufzucht 75 Tage, Erstfütterung am Tag 21 nach dem Schlupf ad libitum-fütterung Kommerzielle Brutrinnen Phase II: Futterwechsel 39 Tage 3.8% der Biomasse pro Tag 4 Fütterungen pro Tag 50l Aquarien Triplikater Versuchsansatz Phase I Phase II 12

14 Das Versuchsdesign Aufbau RAS - Recirculating Aquaculture System 200 Tiere pro Versuchsgruppe Phase I: Aufzucht 75 Tage, Erstfütterung am Tag 21 nach dem Schlupf ad libitum-fütterung Kommerzielle Brutrinnen Phase II: Futterwechsel 39 Tage 3.8% der Biomasse pro Tag 4 Fütterungen pro Tag 50l Aquarien Triplikater Versuchsansatz Phase I Phase II Tag 0 13

15 Das Versuchsdesign Aufbau RAS - Recirculating Aquaculture System 200 Tiere pro Versuchsgruppe Phase I: Aufzucht 75 Tage, Erstfütterung am Tag 21 nach dem Schlupf ad libitum-fütterung Kommerzielle Brutrinnen Phase II: Futterwechsel 39 Tage 3.8% der Biomasse pro Tag 4 Fütterungen pro Tag 50l Aquarien Triplikater Versuchsansatz Phase Erst- I fütterung Phase II Tag 0 Tag 21 14

16 Das Versuchsdesign Aufbau RAS - Recirculating Aquaculture System 200 Tiere pro Versuchsgruppe Phase I: Aufzucht 75 Tage, Erstfütterung am Tag 21 nach dem Schlupf ad libitum-fütterung Kommerzielle Brutrinnen Phase II: Futterwechsel 39 Tage 3.8% der Biomasse pro Tag 4 Fütterungen pro Tag 50l Aquarien Triplikater Versuchsansatz Phase Erst- I fütterung Futterwechsel Phase II Tag 0 Tag 21 Tag 75 15

17 Das Versuchsdesign Aufbau RAS - Recirculating Aquaculture System 200 Tiere pro Versuchsgruppe Phase I: Aufzucht 75 Tage, Erstfütterung am Tag 21 nach dem Schlupf ad libitum-fütterung Kommerzielle Brutrinnen Phase II: Futterwechsel 39 Tage 3.8% der Biomasse pro Tag 4 Fütterungen pro Tag 50l Aquarien Triplikater Versuchsansatz Phase Erst- I fütterung Futterwechsel Phase II Tag 0 Tag 21 Tag 75 Tag

18 Die Theorie der Mikrobiomanalyse Stéphanie Céline Michl

19 Probenahme und Bakterienanalyse 18

20 Sequenzierung der ribosomalen 16S DNA media1.shmoop.com 19

21 16S rdna Sequenzierung alimetrics.net 20

22 16S rdna Sequenzierung alimetrics.net 21

23 Ergebnisse Phase I: Aufzucht Stéphanie Céline Michl

24 Die häufigsten Bakterienstämme (Phylum) 0% 50% 100% Pflanzlicher Proteinantei l 23

25 Veränderung der Diversität 24

26 Eine Ähnlichkeitsstrukturanalyse A 0 % B 50 % C 100 % 25

27 Eine Ähnlichkeitsstrukturanalyse A 0 % B 50 % C 100 % 26

28 Eine Ähnlichkeitsstrukturanalyse A 0 % B 50 % C 100 % 27

29 Eine Ähnlichkeitsstrukturanalyse A 0 % B 50 % C 100 % 28

30 Phase II: Futterwechsel Stéphanie Céline Michl

31 Veggie-Futter für Fischmehl-Fische Was passiert, wenn man nach ein paar Wochen das Futter der Tiere tauscht? Futter A Futter B Futter C A 0 % B 50 % C 100 % 30

32 Veggie-Futter für Fischmehl-Fische Was passiert, wenn man nach ein paar Wochen das Futter der Tiere tauscht? Futter A Futter B Futter C A 0 % B 50 % C 100 % A B C AA AB AC 31

33 Veggie-Futter für Fischmehl-Fische Was passiert, wenn man nach ein paar Wochen das Futter der Tiere tauscht? Futter A Futter B Futter C A 0 % B 50 % C 100 % A B C AA AB AC Erstfutter 32

34 Veggie-Futter für Fischmehl-Fische Was passiert, wenn man nach ein paar Wochen das Futter der Tiere tauscht? Futter A Futter B Futter C A 0 % B 50 % C 100 % A B C AA AB AC Zweitfutter 33

35 Veränderung der Bakterienzusammensetzung Tag 75 Tag 114 A 0% AA 0% AB 50% AC 100% Pflanzlicher Proteinanteil 34

36 Veränderung der Diversität 35

37 Räumliche Auftrennung der Futtergruppen Startfutter A A 0 % B 50 % C 100 % 36

38 Räumliche Auftrennung der Futtergruppen Brut nach 75 Tagen Startfutter A A 0 % B 50 % C 100 % 37

39 Räumliche Auftrennung der Futtergruppen Startfutter A A 0 % B 50 % C 100 % Forellen am Versuchsende 38

40 Räumliche Auftrennung der Futtergruppen Startfutter A A 0 % B 50 % C 100 % Forellen am Versuchsende 39

41 Räumliche Auftrennung der Futtergruppen Startfutter A A 0 % B 50 % C 100 % Forellen am Versuchsende 40

42 Räumliche Auftrennung der Futtergruppen Startfutter A A 0 % B 50 % C 100 % 41

43 Fischmehl-Futter für Veggie-Fische Was passiert, wenn man nach ein paar Wochen das Futter der Tiere tauscht? Futter A Futter B Futter C A 0 % B 50 % C 100 % A B C A B C AA AB AC CA CB CC 42

44 Veränderung der Bakterienzusammensetzung Tag 75 Tag 114 C 100% CA 0% CB 50% CC 100% Pflanzlicher Proteinanteil 43

45 Veränderung der Diversität 44

46 Räumliche Auftrennung der Futtergruppen Startfutter C A 0 % B 50 % C 100 % 45

47 Räumliche Auftrennung der Futtergruppen Brut nach 75 Tagen Startfutter C A 0 % B 50 % C 100 % 46

48 Räumliche Auftrennung der Futtergruppen Startfutter C A 0 % B 50 % C 100 % Forellen am Versuchsende 47

49 Räumliche Auftrennung der Futtergruppen Startfutter C A 0 % B 50 % C 100 % Forellen am Versuchsende 48

50 Räumliche Auftrennung der Futtergruppen Startfutter C A 0 % B 50 % C 100 % Forellen am Versuchsende 49

51 Räumliche Auftrennung der Futtergruppen Startfutter C A 0 % B 50 % C 100 % 50

52 Der zeitliche Aspekt der Mikrobiomentwicklung Stéphanie Céline Michl

53 Bakterielle Unterschiede am Tag 75 und Tag 114 A Futter 0 % Anteil Alter [d] 52

54 Bakterielle Unterschiede am Tag 75 und Tag 114 B Futter 50% Anteil Alter [d] 53

55 Bakterielle Unterschiede am Tag 75 und Tag 114 C Futter 100% Anteil Alter [d] 54

56 Die Wachstumsentwicklung im Versuch Mittlere Trockenmasse Dottersack AA BB CC Tag 114 A 0 % B 50 % C 100 % [g] Erstfütterung Tag Tage nach dem Schlupf 55

57 Zusammenfassung der Ergebnisse 1. Die Erstfütterung von Forellenbrut mit pflanzlichen Proteinquellen erzeugt signifikante Unterschiede in der gastrointestinalen Bakterien- Zusammensetzung im Vergleich zu Fischmehl Am stärksten treten diese Unterschiede zwischen der Fischmehl- und der Pflanzenmehldiät auf Die Mischdiät befindet sich zwischen den Extremdiäten, jedoch ähnelt die Bakterien- Zusammensetzung stärker der Fischmehldiät 2. Das gastrointestinale Mikrobiom ist nicht stabil, sondern ein Wechsel des Futtermittels erzeugt eine starke Veränderung der mikrobiellen Diversität Die Stärke der Veränderung im Vergleich zum Erstfutter ist abhängig von den verwendeten Rohstoffen 3. Der Entwicklungszustand bzw. das Wachstum der Tiere spielt zusätzlich eine Rolle bei der Zusammensetzung der Bakteriengemeinschaft Das Alter der Tiere ist hierbei weniger entscheidend 56

58 Zusammenfassung der Ergebnisse 1. Die Erstfütterung von Forellenbrut mit pflanzlichen Proteinquellen erzeugt signifikante Unterschiede in der gastrointestinalen Bakterien- Zusammensetzung im Vergleich zu Fischmehl Am stärksten treten diese Unterschiede zwischen der Fischmehl- und der Pflanzenmehldiät auf Die Mischdiät befindet sich zwischen den Extremdiäten, jedoch ähnelt die Bakterien- Zusammensetzung stärker der Fischmehldiät 2. Das gastrointestinale Mikrobiom ist nicht stabil, sondern ein Wechsel des Futtermittels erzeugt eine starke Veränderung der mikrobiellen Diversität Die Stärke der Veränderung im Vergleich zum Erstfutter ist abhängig von den verwendeten Rohstoffen 3. Der Entwicklungszustand bzw. das Wachstum der Tiere spielt zusätzlich eine Rolle bei der Zusammensetzung der Bakteriengemeinschaft Das Alter der Tiere ist hierbei weniger entscheidend 57

59 Zusammenfassung der Ergebnisse 1. Die Erstfütterung von Forellenbrut mit pflanzlichen Proteinquellen erzeugt signifikante Unterschiede in der gastrointestinalen Bakterien- Zusammensetzung im Vergleich zu Fischmehl Am stärksten treten diese Unterschiede zwischen der Fischmehl- und der Pflanzenmehldiät auf Die Mischdiät befindet sich zwischen den Extremdiäten, jedoch ähnelt die Bakterien- Zusammensetzung stärker der Fischmehldiät 2. Das gastrointestinale Mikrobiom ist nicht stabil, sondern ein Wechsel des Futtermittels erzeugt eine starke Veränderung der mikrobiellen Diversität Die Stärke der Veränderung im Vergleich zum Erstfutter ist abhängig von den verwendeten Rohstoffen 3. Der Entwicklungszustand bzw. das Wachstum der Tiere spielt zusätzlich eine Rolle bei der Zusammensetzung der Bakteriengemeinschaft Das Alter der Tiere ist hierbei weniger entscheidend 58

60 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! In Kooperation mit wird unterstützt von wird finanziert durch Marine Microbial Genomics & Biogeochemistry