The fish gut microbiome : contributions to its characterization and potential applications

Der erste Aspekt der vorliegenden Doktorarbeit zeigt, inwieweit Fischdarm-assoziierte Bakterien ein effektives bioprotektives Werkzeug zur Hemmung des Wachstums von Lebensmittelpathogenen und Verderbserregern sein können.Ein zweiter Aspekt beschäftigt sich mit der Hervorhebung des Potentials von NGS Plattformen für die Analyse der intestinalen Fischmikrobiota. Im ersten Teil wurden das antimikrobielle Spektrum und die physiko-chemischen Charakteristika von bacteriocinartigen Substanzen analysiert. Diese werden von Lactobacillen produziert, welche aus der intestinalen Mikrobiota von Stören isoliert wurden. Dabei zeigten sie eine breite Wirkung gegen Gram-negative und Gram-positive Bakterien.Die technologischen Eigenschaften wurden charakterisiert und lassen den Schluss zu, dass die beiden bacteriocinartigen Substanzen AP8 (aus Lactobacillus casei) und H5 (aus Lactobacillus plantarum) als natürliche Konservierungsstoffe in verschiedenen Lebensmittel eingesetzt werden können. Die Ergebnisse des Hochdurchsatz-Parallelsequenzierung der intestinalen Microbiota von Schneeforellen zeigte, dass des Phylums Firmicutes das dominante Phyla der Mucosa-assoziierten Microbiota darstellen, wobei bei männlichen Tieren 87,1% und bei weiblichen Tieren der erhaltenen Sequenzen darauf entfallen.Daneben stellt das Phylum Fusobacteria die dominanten Gruppe im intestinalen Lumen der männlichen und weiblichen dar. Mit Hilfe von in-silico Funktionsanalysen unter Anwendung von PICRUSt konnte gezeigt werden, dass das intestinale Mikrobiom der Schneeforelle ausgeprägte Aktivität in Bezug auf den Stoffwechsel von Kohlenhydraten. Zusammenfassend wurde gezeigt, dass der bakteriellen Populationen am mucosalen Epithelium sich vom Lumen-assoziierten Mikrobiom der Schneeforelle unterscheidet, woraus geschlossen werden kann, dass einige mikrobielle Spezies offensichtlich die Mucosaoberfläche nur schwer kolonisieren können und daher host-abhängige Faktoren eine wichtige Rolle im intestinalen Ökosystem spielen.The first aspect of this thesis is to show how fish gut associated bacteria may be an effective tool (bio-protective) to inhibit the growth of food-borne pathogens, food spoilage bacteria and contaminants in aquaculture. The second aspect is to highlight the potential of next-generation sequencing (NGS) platforms for analysing sh gut microbiota. The antimicrobial spectrum and physico-chemical characteristics of bacteriocins produced by lactobacilli isolated from the intestinal flora of Sturgeon fish were determined. There is some broad inhibitory effect against different Gram positive and Gram negative food-borne pathogens. The technological properties may lead to the assumption that the bacteriocins like inhibitory AP8 and H5 produced by Lactobacillus casei AP8 and Lactobacillus plantarum H5 may be applied as biopreservative agents to control pathogens and spoilage bacteria in different food products. The results obtained from high-throughput parallel sequencing of the resident microbes (microbiota) in male and female Snow trout showed that Firmicutes phylum members represent the dominant phyla of mucosal-associated microbiota regardless of the fish gender, constituting 87.1% and 68.5% of total sequences in males and females, respectively. However, Fusobacteria phylum group make up the most dominant group in fish intestinal lumen of male and female with 75.9% and 66.6%, respectively. In silico functional analysis using PICRUSt revealed that the gut microbiome of Snow trout has pronounced activity in terms of metabolism of carbohydrates, amino acids, vitamins etc. with comparatively similar gene ontology among the fish intestinal lumen and mucosa-associated microbiota. It is concluded that the bacterial community at the mucosal epithelium differs from the luminal-associated microbiota of Snow trout, indicating that some microbial species obviously poorly colonise gut mucosal layer and that host-related factors are of relevance to the gut ecosystem.submitted by Mahdi GhanbariParalleltitel [Übersetzung des Verfassers]: Das intestinale Mikrobiom von Fischen: Beiträge zu seiner Charakterisierung und potentielle AnwendungenUniversität für Bodenkultur Wien, Dissertation, 2015OeBB(VLID)193014