Neuro-olfactory immune responses of Atlantic salmon parr to Yersinia ruckeri

Dissertação de Mestrado Integrado em Medicina Veterinária, área científica de Sanidade Animal

In modern aquaculture, infectious diseases are one of the main culprits for loses in production, causing deformities, growth deficiencies, and high mortality rates among fish populations. With the overgrowing problematic of the appearance of antibiotic resistant bacteria, the industry shifted its focus on strategies like vaccines, selective breeding, and more recently, optimal rearing environments. In recent years, there has been a surge in Norway of Enteric red mouth disease, caused by Yersinia ruckeri. One key feature of this bacteria it’s its neurotropic abilities, but the evidence on the mechanisms that the bacteria uses to infect the brain are still scarce. In rainbow trout, the bacteria has been seen to infect the organ through the olfactory nerve by first infecting the nasal organ, the olfactory route. The nasopharynx-Associated Lymphoid Tissue (NALT) was the last MALT to be reported in teleost fish, as such, its role in immunity is not fully understood. In the present study, an effort was made to investigate the impact of embryonic rearing temperatures on disease resistance. Fish groups reared at different temperatures (4ºC vs. 8ºC, the standard in commercial farming) were challenged with Y. ruckeri at the parr stage. Fish at 4ºC exhibited higher post infection survival rates, compared to the 8ºC reared fish. This result evidence the importance of temperature during embryonic development on susceptibility to disease. Additionally detected Y. ruckeri was detected in both organs of infected fish, suggesting that the olfactory route is a potential route of infection, though this cannot be concluded at the moment since the bacteria was not visualized in the olfactory nerve. Gene expression analysis revealed significant differences in immune regulatory genes between temperature groups, with no significant differences between the temperature groups of innate immunity-related genes, however the underlying mechanism that caused these changes are still unknown. These results however provide good pathways for future studies

RESUMO – Respostas Neuro-olfatórias do Sistema Imunitário de salmões juvenis do Atlântico contra a Yersinia ruckeri - Atualmente, na aquacultura, as doenças infeciosas são um dos principais responsáveis pelas perdas de produção, causando deformações, deficiências de crescimento e taxas de mortalidade nas populações de peixes. Com a crescente problemática do aparecimento de bactérias resistentes aos antibióticos, a indústria passou a concentrar-se em estratégias como vacinas, reprodução seletiva e, mais recentemente, a otimização dos ambientes de produção. Isto tem como objetivo promover características de robustez nos animais. Nos últimos anos, tem-se vindo a registar na Noruega um aumento da doença entérica da boca vermelha, causada pela Yersinia ruckeri. Uma das principais características desta bactéria é a sua capacidade neuro-trópica, no entanto as evidências sobre os mecanismos que a bactéria utiliza para infetar o cérebro são ainda escassas. Na truta arco-íris, foi observado que a bactéria pode infetar o órgão através do nervo olfatório, infetando primeiro o órgão olfatório, este mecanismo é chamado de via olfatória. O tecido linfoide associado à nasofaringe (NALT) foi o último MALT a ser descrito em peixes teleósteos e, como tal, o seu papel na imunidade ainda não é totalmente compreendido. No presente estudo, foi feito um esforço para investigar o impacto das temperaturas de criação embrionária na resistência às doenças. Com esse objetivo, grupos de peixes que foram criados a diferentes temperaturas (4ºC vs. 8ºC, o padrão em piscicultura comercial) durante o desenvolvimento embrionário foram infetados com Y. ruckeri na fase juvenil. Os peixes a 4ºC apresentaram taxas de sobrevivência pós-infeção mais elevadas, em comparação com os peixes criados a 8ºC. Este resultado evidencia a importância da temperatura durante o desenvolvimento embrionário na suscetibilidade à doença. Adicionalmente, a bactéria foi detetada em ambos os órgãos dos peixes infetados, sugerindo que a via olfativa é uma potencial via de infeção no Salmão do Atlântico, à semelhança da truta arco-íris, embora isto ainda não possa ser concluído de momento. A análise da expressão genética revelou diferenças significativas em genes imuno-reguladores entre os diferentes grupos de temperaturas. No entanto, em genes relacionados com a imunidade inata, estas diferenças não foram observadas. Apesar de o mecanismo subjacente a estas alterações ainda serem desconhecidos, estes resultados conferem potenciais caminhos a explora em estudos futuros

COOLFISH Project (ID:325571) funded by the research Council of Norway

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