Das Metatranskriptom der bakteriellen Darmgemeinschaft von Forellen in Abhängigkeit verschiedener Fütterungsstrategien und Stresssituationen (MetaBac)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Forschungsprojekt MetaBac untersucht die Wechselwirkung von genetischer Herkunft, Stressbelastung und Fütterung auf die Struktur und Funktion des intestinalen Mikrobioms von Forellen. Fischwachstum basiert auf optimaler Nährstoffversorgung, die von einer funktionie-renden Wechselbeziehung mit dem Mikrobiom abhängt. Chronischer Haltungsstress in der Aquakultur beeinflusst das Fischwachstum und den Produktionserfolg negativ. Im Projekt sollte deshalb die Hypothese geprüft werden, ob das Mikrobiom eine Verbindung zwischen Nährstoffversorgung und Stressresistenz herstellen kann. Bisher fehlte eine funktionelle Charakterisierung der Mikrobiota, d.h. eine Bestimmung der aktiven mikrobiellen Stoffwechselaktivitäten. Das Projekt versucht diese Forschungslücke mit einer Metatranskriptomanalyse zu schließen. Durch die Sequenzierung der mRNA aus Bakterien der Darmschleimhaut kann der metabolische Einfluss des Mikrobioms auf seinen Wirt untersucht und spezifiziert werden. Dafür wurden experimentelle Untersuchungen durchgeführt, in denen Forellen aus zwei verschiedenen Zuchtlinien unterschiedlichen Fütterungsstrategien (fischmehlbasierte vs. pflanzliche Fütterung) und einer kontinuierlichen Stressbelastung unterzogen wurden. In der Forellenaquakultur ist die Fütterung pflanzlicher Proteine Standard und ermöglicht äquivalent gute Wachstumsleistungen zu fischmehlbasierten Futtermitteln. Jedoch war bisher unklar, wie sich die damit verbundene Modulierung des intestinalen Mikrobioms auf den Stoffwechsel und das Immunsystem auswirkt. In den Experimenten des Projektes waren keine Effekte durch Fütterung oder Stress auf die Wachstumsparameter zu finden. Die molekularbiologischen Analysen zeigten jedoch deutliche Effekte: Molekulare Immunmarker wurden signifikant verschieden exprimiert in Abhängigkeit der Interaktion aus Stress und Fütterung. Die überwiegend mit Fischmehl gefütterten Gruppen zeigten eine höhere Entzündungsaktivität, wohingegen gestresste Fische der pflanzlichen Fütterungsgruppe eine signifikant niedrigere Expression von TNFα und Immunglobulinen zeigten. Auch die Mikrobiota im Darminhalt veränderte sich signifikant aufgrund der Interaktion aus Stress und Fütterung: bei gestressten Fischen gab es signifikante Änderungen zwischen der fischmehlbasierten und pflanzenbasierten Fütterung. Die Mikrobi-ota der Darmschleimhaut wurde ebenfalls durch die Fütterung beeinflusst, jedoch nicht durch Stress oder eine statistische Interaktion. Allerdings zeigte eine detaillierte Auswertung, dass die Effekte nur bei gestressten Fischen auftraten, was zeigt, dass die ernährungsbedingten Änderungen durch Stress moduliert werden. Durch die bakterielle mRNA-Sequenzierung und differenzielle Genexpressionsanalyse konnten bisher 499 Isoformen identifiziert werden, die zwischen den Fütterungsstrategien und Stresssituationen signifikant verschieden exprimiert werden und noch in Beziehung zu den 16S-Analysen gesetzt werden müssen. Die Ergebnisse unterstützen deutlich die Ausgangshypothesen des Projektes und zeigen, dass die intestinale Mikrobiota eine wichtige Schnittstellenposition zwischen Ernährung und Stressphysiologie einnimmt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Aquaculture Europe; 27.09.2022, Rimini, Italien; Poster: “The microbiota knows: handling-stress and diet transform the microbial landscape in the gut content of rainbow trout in RAS.”
M. Suhr
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Interactions of plant‐based feeding and handling stress on the expression of selected immune markers in rainbow trout ( Oncorhynchus mykiss ). Aquaculture Research, 53(12), 4304-4315.
Seibel, Henrike; Krassilnikova, Ksenia; Fichtner‐Grabowski, Finn‐Thorbjörn; Rebl, Alexander; Schulz, Carsten & Hornburg, Stéphanie Céline
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21st international EAFP Conference, 11.09.2023, Aberdeen, GB; Poster: “Interaction of pre-dominantly plant-based feeding and handling stress on the expression of selected im-mune markers in rainbow trout (Oncorhynchus mykiss)”
H. Seibel
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Effects of plant-based proteins and handling stress on intestinal mucus microbiota in rainbow trout. Scientific Reports, 13(1).
Suhr, Marvin; Fichtner-Grabowski, Finn-Thorbjörn; Seibel, Henrike; Bang, Corinna; Franke, Andre; Schulz, Carsten & Hornburg, Stéphanie C.
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International Conference: Horizons in Metaorganism Research; 04.10.2023, Kiel; Vortrag: “Effects of plant-based proteins and handling stress on gut microbiota and meta-transcriptome in rainbow trout”
M. Suhr
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The microbiota knows: handling-stress and diet transform the microbial landscape in the gut content of rainbow trout in RAS. Animal Microbiome, 5(1).
Suhr, Marvin; Fichtner-Grabowski, Finn-Thorbjörn; Seibel, Henrike; Bang, Corinna; Franke, Andre; Schulz, Carsten & Hornburg, Stéphanie Céline
