Projekte in den Förderprogrammen des BMEL, betreut durch den Projektträger BLE (PT BLE)
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| Titel: | Verfahren zur Stabilisierung von Bakteriengemeinschaften in landbasierten Aquakultursystemen (MicStaTech) |
|---|---|
| Titel (englisch): | Water treatment technology for microbial stabilization in landbased aquaculture systems |
| Akronym: | MicStaTech |
| Beschreibung (dt.): | Die Arbeitshypothese ist, dass eine diverse, in sich stabile Bakteriengemeinschaft im Prozesswasser landbasierter Aquakultursysteme die Fischgesundheit und damit die Wirtschaftlichkeit verbessert. Ein systemimmanentes Problem in landbasierten Aquakulturen ist die organische Belastung des Prozesswassers. Die Anreicherung exkretierter Stoffe fördert das Wachstum von Bakterien und, damit einhergehend, das Risiko von Verlusten durch Krankheiten. Ursächlich sind letztendlich opportunistische Bakterien, die sich unter bestimmten Bedingungen in den Anlagen entwickeln. Die Bakterienlast im Prozesswasser durch Desinfektion (UV-Licht oder Ozon) zu reduzieren, ist oft nicht hinreichend, da diese Maßnahmen keine anhaltende Wirkung auf die Bakterienzahl haben. Zudem wird durch sie die Bakteriengemeinschaft selektiv beeinflusst. Folglich sind alternative Vorgehensweisen erforderlich, um Krankheitsausbrüche zu verhindern. Das Projekt verfolgt daher das Konzept des Aufbaus und Erhalts einer stabilen, diversen Bakteriengemeinschaft, die Nahrungsquellen im System bis zur Kapazitätsgrenze ausschöpft (K-Selektion) und dadurch die Vermehrung von opportunistischen Bakterien mit hohen Wachstumsraten (r-Selektion) verhindert. Rezirkulierende Aquakultursysteme (RAS) sind charakterisiert durch eine hohe Verweildauer des Wassers, konstante Bedingungen und geringem Austausch mit der Umgebung. Dies sind Voraussetzungen für K-Selektion bei Bakterien. Die Dynamik dieser Selektion ist jedoch nicht bekannt. In einer kommerziellen, marinen RAS werden Bakteriengemeinschaften mit Hilfe von molekulargenetischen Methoden (Next Generation Sequencing) charakterisiert. Die Ergebnisse werden mit dem Zustand der Anlagen und der Fische in Bezug gesetzt. Faktoren, die die Zusammensetzung der Bakteriengemeinschaft beeinflussen, werden identifiziert. Auf dieser Basis werden Verfahren entwickelt, die Bakteriengemeinschaften stabilisieren und dadurch die Fischgesundheit und Überlebensraten verbessern. |
| Beschreibung (engl.): | The paradigm of this project is that a stable, elevated microbial abundance in the water phase of land based aquaculture systems can be beneficial and economically profitable. A common challenge in land based systems, and shown across species, is the loss of fish due to unfavourable conditions and disease outbreaks that may be linked to opportunistic bacteria. A popular approach to prevent this is to attempt to reduce the pressure of bacteria in the systems by the use of UV or ozone disinfection. This is, however, not possible or sufficient in the majority of systems, because disinfection has a non-lasting effect on the numbers and a destabilising effect on the composition of bacteria. In most systems, the water exchange rates and organic loading applied for biological reasons allow for microbial regrowth in the rearing tanks. Hence, alternative approaches to reduce the chances of disease outbreaks are needed. This project pursues the concept of establishing and maintaining stable microbial systems by promoting the development of a diversified microbial community operating near the carrying capacity (K) of the system (K-selection). Water treatment technology promoting K-selection, which is a selective pressure disfavouring the r-selected opportunists, has shown very promising results for several marine species in small scale experiments, but the up-scaling and optimization for flow through systems (FTS) and recirculating aquaculture systems (RAS) remains. The paradigm favouring a stable and elevated bacterial abundance is foreseen to reduce fish mortality and also reduce water treatment costs. This project will investigated fish health and microbial carrying capacity correlations as well as identifying treatment requirements to achieve a certain microbial stability. The project is structured in 6 work packages. WP1: Development of culture-independent methods for quantifying the fraction of opportunistic bacteria (r-strategists) in bacterial communities (I. Bakke, NTNU + htw saar). The observation that the number or ribosomes and hence copy number of rRNA correlates with the growth rate of bacteria will be used to develop a culture independent method to identify and quantify opportunistic bacteria using PCR-based techniques and next generation sequencing (NGS). WP2: Premises and mechanism for optimal K-selection (K. Attramadal, NTNU). Influence of factors decisive for creating a K-selective maturation unit (dimensioning, hydraulic retention time, biofilm area per volume) and disturbances by disinfection will be analyzed and modelled. WP3: Design and dimensioning of systems/maturation unit for implementation in flow through systems (FTS) and recirculation aquaculture systems (RAS) (K. Attramadal, NTNU) WP4 and WP5: RAS are characterized by high hydraulic retention times, reliable nutrient supply and limited exchange with the environment. These conditions are thought to favor K-selected microbial communities. Within the project we will use NGS of rDNA to describe structure and dynamics of these communities. In WP4 (A. Ernst, htw saar) fish and system performance and microbial communities will be monitored in rearing units for Sparus aurata and Dicentrarchus labrax in two marine RAS of the commercial Meeresfischzucht Völklingen. In WP5 (L.F. Pedersen, DTU) pilot scale experiments with Oncorhynchus mykiss in several fresh water RAS allow systematic analysis of the effect of operational variables on microbial community, fish and system performance. WP6: Synthesis and evaluation of technology solutions (O. Vadstein, NTNU). This WP serves to evaluate and synthesize the results from the other WP’s to to secure within project coordination, to provide guidelines for future rearing technologies, and to organize dissemination activities. |
| Laufzeit: | Beginn: 01.04.2015 / Ende: 30.04.2018 |
| Ausf. Einrichtung: | Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes - Institut für Physikalische Prozesstechnik (IPP-HTW), Saarbrücken |
| Themenfelder: | Wissenstransfer / Vernetzung, knowledge transfer, networking |
| Förderprogramme: | EU-Forschung |
| Schlagworte: | Limnische Organismen, limnic organisms, Tiergesundheit, animal health, Tierhaltung, animal husbandry, Aquakultur, aquaculture, Hygiene, hygiene, Aquakultur, aquaculture, Fische, fish, Mikroorganismen, microorganisms, Aquatische genetische Ressourcen, aquatic genetic resources, Bakteriologie, bacteriology |
| Stichpunkte: | COFASP (1. Call) |
| Förderkennzeichen: | 2814ERA02G |
| Dokument zum Download: | 2814ERA02G_Kurzfassungen (de/en) MicStaTech.pdf (69,9 KB) 2814ERA02G_Abschlussbericht MicStaTech.pdf (3,7 MB) |
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