Effects of the emerging marine aquafeed mycotoxins beauvericin (BEA) and enniatin B (ENNB) in Atlantic Salmon (Salmo salar) – Implications on cellular pathways and functions, and tissue responses

Abstract

Plantebaserte fôringredienser er en kilde til mykotoksinene enniatin B (ENNB) og beauvericin (BEA) for oppdrettslaks (Salmo salar). Dette har skapt bekymring for fiskehelse og fôrsikkerhet, siden disse mykotoksinene foreløpig ikke er lovregulert i dyrefôr på grunn av utilstrekkelig kunnskap om deres toksisitet. I den første artikkelen (Paper I) ble primære hepatocytter isolert fra laks og brukt som en in vitro-modell for å teste mykotoksinenes cytotoksisitet og virkemåte med transkriptomikk og eksperimentelle analyser. Både BEA og ENNB var svært cytotoksiske for lakse- hepatocyttene og forårsaket oksidativt stress, økt energiforbruk, forstyrret jernbalanse og påvirket prosesser som utløste ferroptotisk celle død. I den andre artikkelen (Paper II) ble primære hodenyreceller isolert fra atlantisk laks brukt som en in vitro-modell for å undersøke om BEA og ENNB kunne påvirke immunresponsen og inflammatorisk signalering. BEA og ENNB forstyrret ikke inflammatorisk signalering i eksponerte hodenyreceller etter bakteriell og viral stimuli. Imidlertid initierte den høyeste konsentrasjonen av BEA og ENNB alene en akutt inflammatorisk respons ved å stimulere transkripsjon av proinflammatoriske cytokiner. Den tredje artikkelen (Paper III) omfatter et akutt kort-tids sondefôringsforsøk med laksesmolt, som beskriver de tidlige transkripsjonelle effektene i tarmen og leveren etter BEA og ENNB eksponering via fôret. De globale transkriptomikk analysene viste at BEA forstyrret hemebiosyntesen i levervevet til laks, som videre kan forårsake redusert hematokrit og anemiske tilstander i leveren. ENNB utløste en akutt inflammatorisk respons i tarmen hos laks som kan mulig, ved forlenget eksponering, føre til redusert tarmintegritet. I forhold til fôrtrygghet, så kan eksponering for BEA føre til skadelige effekter, men risikoen er lav fordi nivåene er relativt lave i laksefôr. Eksponering for ENNB kan også gi toksiske effekter, og fordi den er relativt utbredt kan det være en risiko for at oppdrettslaksen blir utsatt for skadelige konsentrasjoner av ENNB.

Plant-based feed ingredients are a source of the mycotoxins enniatin B (ENNB) and beauvericin (BEA) to farmed Atlantic salmon (Salmo salar). This has raised concerns regarding fish health and feed safety, since these mycotoxins are currently not legislatively regulated in animal feed due to insufficient knowledge about their toxicity. In the first paper (Paper I), primary hepatocyte cells isolated from Atlantic salmon were used as an in vitro model to test the mycotoxins’ cytotoxicity and to identify mechanism of toxicity with non-targeted transcriptomics and experimental assays. Both BEA and ENNB were highly cytotoxic to salmon hepatocytes and caused oxidative stress, increased energy consumption, disturbed iron homeostasis, and affected processes that triggered ferroptosis. In the second paper (Paper II), primary head kidney cells isolated from Atlantic salmon were used as an in vitro model to investigate whether BEA and ENNB could influence the innate immune response by modulating inflammatory signaling. In exposed head kidney cells, BEA and ENNB did not disrupt inflammatory signaling following bacterial and viral stimuli. However, exposure to high concentrations of BEA and ENNB in non-challenged cells induced the transcription of pro-inflammatory cytokines similar to the bacterial stimuli. The third paper (Paper III) comprises a short-term acute gavage feeding trial with Atlantic salmon smolt, describing the early transcriptional effects in the intestine and liver after dietary exposure to BEA and ENNB. Global transcriptomic analysis indicates that BEA interfered with heme biosynthesis in salmon liver tissue, which could further cause reduced hematocrit levels and anemic conditions in the liver. ENNB triggered an acute inflammatory response in the intestine of salmon that could potentially lead to compromised intestinal integrity if exposure continued. Concerning feed safety, although BEA can cause toxic effects, the risk of exposure through the feed is relatively low as it is not very prevalent. Similarly, ENNB can also cause adverse effects, and since it is prevalent and can occur at relatively high levels in marine aquafeeds, there is a possibility that Atlantic salmon may be exposed to harmful levels of ENNB.