MICROBIAL COLONIZATION AND COMMUNITY SHIFTS IN A MARINE POST-SMOLT RAS DURING THE FIRST YEAR OF OPERATION AS ANALYZED BY DEEP SEQUENCING

Abstract

Resirkulering akvakultur systemer (RAS) teknologi for ferskvannsproduksjon av smolt ble for første gang brukt med marint vann for post-smolt påvekst, dvs. påvekst 100-500 gram i tre måneder. Mikrobiell dypsekvensering av produksjonsvann, fiskehud og biofilmer på biofilter og fisketankvegger ble utført gjennom fire produksjonssykluser (2-5), for å få innsikt i økologiske, patologiske og driftsmessige problemer, og som et første skritt for å utvikle et erfaringsbasert overvåkningsprogram for RAS. I tillegg ble et kommersielle inokulum som var brukt til kolonisering av biofilteret evaluert separat. Mikrobene fra inokulumet dominerte biofilmen i biofilteret frem til den femte produksjonssyklusen, og overflaten til biofilmbærerene ble kolonisert i samsvar med det som er tidligere rapportert for bruk av marint kystvann for overflatekolonisering. Imidlertid var modningstiden lang for steg to av den bakterielle nitrifikasjonsprosessen i biofilteret, og Nitrospira etablerte seg omtrent 15 måneder etter oppstart. Stabilisering av biofilmmatriksen av Myxococccales medlemmer kombinert med en saltholdighetsreduksjon i RAS-vannet til 22‰, bidro til at nitrifikasjonen kom i gang. Trolig var etableringen av Myxococcales og også Vibrio medlemmer i biofilmen forsinket av spesifikk predasjon, ixotrofi, utført av to første-kolonister fra Bacteroidetes. De ixotrofe stammene forsvant fra biofilmen da antibiotika ble gitt til fisken for å hindre hudsår (Produksjonssyklus 2) og når biofilmen ble behandlet direkte med hypokloritt / flytende ozon før neste syklus. Dominansen av Myxococcales i biofilterbiofilmen under den tredje produksjonssyklus forårsaket de største skiftene i de mikrobielle samfunnsstrukturene gjennom RASet i forsøksperioden. De fleste biofilmbakteriene ble redusert fire ganger av lysisaktiviteten til Myxococcales, og dessuten var det et skifte i produksjonsvannet fra Colwellia til en ikke-patogen Francisella-stamme, noe som indikerte at nekromasse var tilgjengelig i vannet. Saltholdigheten var høy i løpet av denne syklusen, og forhindret sannsynligvis at Nitrospira utnyttet den åpne biofilmoverflaten og de biofilmforsterkende egenskapene til Myxoococcales til å etablere seg på dette tidspunktet. Mindre intense ekstinksjons- og adhesjonsprosesser foregikk kontinuerlig i biofilteret, og et modnet biofilter ble ikke oppnådd i løpet av den eksperimentelle tidsperioden. Taxa inn og ut av biofilmen var i stor grad de samme. RAS-hendelser assosiert med reduksjon i biofilm taxa i biofilteret var skarpe pH /saltholdighetsfall, endring i oljekomponenter i fiskefôret og dominans av Myxococcales, mens antibiotikabehandling av fisken, behandling av biofilteret med oksiderende kjemikalier og re-inokulering økte antall taxa i biofilteret. Sistnevnte åpnet også for adhesjon av opportunistiske bakterier. Taxa som bare ble oppdaget i vannet eller biofilteret en gang, stammet hovedsakelig fra miljøet. Biofilmen i biofilteret og produksjonsvann var i motsatte diversitets faser, og vi tolker dette som at mikrober i vann i større grad enn mikrober i biofilm påvirkes av miljøendringer som skjer raskere enn mikrobiell adaptasjon i et RAS. Vi anbefaler bruk av mikrobiell dypsekvensering for RAS-overvåking og har forslag til videreutvikling av tilnærmingen.