Molecular microbiology in aquaculture: the search for a healthy microbial community

Abstract

The microbial communities of aquaculture systems are involved in maintaining the health and growth of farmed organisms. They participate in nutrient cycling, nutrition, disease control and water quality of the system and effluents. We use DGGE fingerprint techniques and high-throughput sequencing analyzes to access the semi-intensive and intensive aquaculture microbiota. First, we investigated the composition of the bacterioplankton communities of a recirculating aquaculture system (RAS) used for the production of juveniles sole (Solea senegalensis). The most abundant orders detected in the aquaculture of sole were: Alteromonadales, Rhodobacterales, Oceanospirillales, Vibrionales and Flavobacteriales. OTUs related to potential fish pathogens in aquaculture systems were detected, as well as naturally occurring probiotic bacteria. These may have played a role in suppressing potential pathogens of fish, keeping the aquaculture free from disease. In an aquaculture of adult sole, the presence of fish was described as the main factor influencing bacterial composition. Here, supply water served as an important seed bank for the colonization of bacterial populations in the hatchery RAS tanks, mainly related to probiotic bacteria. The importance of this compartment for the maintenance of a healthy aquaculture and its importance in the development of strategies for microbial manipulation/management of aquaculture was reinforced. Subsequently, we describe the seasonal dynamics and potential interactions of bacterial and microeukaryotic plankton communities in a semi-intensive aquaculture for European sea bass (Dicentrarchus labrax) over a year. The most abundant bacterial classes were Gammaproteobacteria, Flavobacteriia and Alphaproteobacteria; while the microeukaryotic communities were dominated by the Ochrophyta, Chlorophyta and Ciliophora groups. Here, in addition to the potential effects of abiotic parameters on microbial plankton, there was a correlation between bacterial and microeukaryote populations which may be an indication of trophic and / or metabolic interdependence between these two domains. These studies allowed us to describe the normal microbiota of aquaculture systems, their ecological interactions and the impacts exerted by environmental factors in order to support the development of strategies for the maintenance of a productive and healthy environment.

As comunidades microbianas dos sistemas de aquacultura estão envolvidas na manutenção da saúde e crescimento dos organismos cultivados. Participam no ciclo dos nutrientes, nutrição, controle de doenças e qualidade da água do sistema e efluentes. Neste trabalho foram utilizadas técnicas independentes de cultivo (Denaturing Gradient Gel Electrophoresis e sequenciação) para caracterizar o microbioma da água de um sistema semi-intensivo e um sistema intensivo de aquacultura de peixes. Primeiro, investigamos a composição das comunidades bacterioplânctonicas de um sistema de aquacultura recirculante (SRA) utilizado para a produção de juvenis de linguado (Solea senegalensis). As ordens mais abundantes detectadas nas aquaculturas de liguado foram: Alteromonadales, Rhodobacterales, Oceanospirillales, Vibrionales e Flavobacteriales. Foram detetadas sequências com similaridade a espécies potencialmente patogénicas, assim como sequências com similaridade a grupos previamente descritos como probióticos. É discutido o papel destas ultimas na supressão dos potenciais patógenos de peixes e manutenção de um ambiente saudável (sem surtos de doenças). Numa aquacultura de adultos de linguados, a presença dos peixes foi descrita como um dos principais fatores determinantes na composição das comunidades bacterianas. Aqui, a água atuou como um importante banco de sementes para a colonização de populações bacterianas nos tanques do SRA, principalmente das relacionadas às bactérias probióticas. Este trabalho demonstra que a origem da água pode ter um papel relevante na manutenção de uma comunidade microbiana saudável, reforçando a sua importância em possíveis estratégias de manipulação/gestão microbiana das aquaculturas. Posteriormente, descrevemos a dinâmica sazonal e potenciais interações das comunidades de plâncton bacteriano e microeucariótico em uma aquicultura semi-intensiva para robalo (Dicentrarchus labrax) durante um ano. As classes bacterianas mais abundantes foram Gammaproteobacteria, Flavobacteriia e Alphaproteobacteria; enquanto a comunidades microeucariotica foi dominada pelos grupos Ochrophyta, Chlorophyta e Ciliophora. Aqui, além dos efeitos potenciais dos parâmetros abióticos no plâncton microbiano, houve correlação entre as populações de bactérias e microeucariotos o que pode ser uma indicação de interdependência trófica e / ou metabólica entre estes dois domínios. Estes estudos permitiram-nos descrever o microbioma normal de sistemas de aquacultura, suas interações ecológicas e os impactos exercidos pelos fatores ambientais com o intuito de fundamentar o desenvolvimento de estratégias para a manutenção de um ambiente produtivo e saudável.