DigiSal

Fra en reaktiv til en foregripende forskningsstrategi for fiskeoppdrett

Finner sammenhengen mellom laksegener og fiskefôr

Norske forskere er i ferd med å lage en matematisk modell av laksen som vil gjøre det mye enklere å finne det beste fôret for oppdrettsfisken.

Laksen er et rovdyr som i vill tilstand spiser småfisk og krepsdyr i havet, og de første tiårene ga oppdretterne laksen fôr basert på fiskeolje og fiskemel. Men veksten i bransjen gjorde at dietten måtte hentes fra land. I dag kommer 75 prosent av fett og proteiner i fôret fra ulike landplanter. Disse kildene er ikke bærekraftige, og prisene svinger mye.

Næringen ser derfor etter nye fôrtyper, men det er tidkrevende å teste ut hvilke av de mange alternativene som er gode for laksen. Forskjellen kan bety millioner av kroner. En ekstra utfordring er at den beste fôrblandingen for én laksestamme ikke er den samme som for en annen laksestamme.

Forskerne vet mye om laksens gener etter at hele genomet for første gang ble kartlagt på en laks i 2016. De vet også mye om fysiologien i mange deler av laksen som tarm, lever og muskler. Nå vil de utvikle matematiske modeller for prosesser i organene og sette dem sammen i en matematisk modell av laksekroppen, den såkalte digitale laksen. I første omgang skal modellen brukes på å utvikle bedre laksefôr.

Forskere som kan matematikk, dataanalyse, informatikk, måleteknologi, genomikk og eksperimentalbiologi jobber sammen i prosjektet.

Prosjektet ledes av Norges miljø- og biovitenskapelige universitet. Forskningspartnerne er universitetene i Trondheim, Bergen, Tromsø, Stirling (Skottland) og Wageningen (Nederland), samt Havforskningsinstituttet i Bergen.

Industripartnerne er AquaGen (avlsselskap for laks) og EWOS (fôrprodusent).

Prosjektinformasjon

  • Kategori:
    Forskning
  • Varighet:
    2016 - 2019
  • Støtte:
    38,8 mill. kr
  • Institusjon:
    NMBU

Prosjektleder

Jon Olav Vik

E-post: jonovik@gmail.com
Tlf: +47 67 23 27 25

Profil

Partnere

NTNU, UiB, UiT, Stirling og Wageningen, Havforskningsinstituttet, AquaGen, EWOS

  • Mer om prosjektet
  • Aktivitet
  • Publikasjoner
  • Deltakere

På vei mot den digitale laksen

I prosjektet Towards the Digital Salmon: From a reactive to a pre-emptive research strategy in aquaculture (DigiSal) skal forskerne etablere en matematisk modell av laksekroppens fysiologi, til hjelp i utviklingen av fremtidens laksefôr. Den langsiktige visjonen er å lage Den digitale laksen - en samling matematiske beskrivelser av hva som skjer i laksekroppen. Den skal danne kjernen i en åpen kunnskapsbase om laksen.

Dagens fôrblandinger til laks er ikke bærekraftige på sikt, og derfor utprøves mange nye ingredienser så som gjær, bakteriemel og mikroalger. Det er imidlertid en tidkrevende og dyr prosess å teste ut alle mulige kombinasjoner av disse ingrediensene i fôringsforsøk. Det er også sannsynlig at ulike laksestammer utnytter fôret forskjellig, på grunn av genetiske forskjeller.

Benytter laksegenomet til fulle

Forskerne vil derfor oversette det vi vet om laksens fysiologi, til matematisk form. De underliggende biokjemiske prosessene er tett knyttet til gen-uttrykk. Våren 2016 ble kartet over laksens genom publisert, der laksens tre milliarder DNA-baser er stedfestet langs dens 29 kromosomer.

Dette gjør det mulig å effektivt måle uttrykk av alle gener i vevsprøver fra laks. Sammen med effektiv måling av tusenvis av biomolekyler kan dette brukes til å tilpasse de matematiske modellene til ulike scenarier av fôring, ulike genetiske familier av laks, m.m. Genomkartet kaster også helt nytt lys over evolusjonen av ulike stammer og arter av laksefisk.

Kunnskapsbasen vil gjøre det mulig å gjøre nye analyser av kjent kunnskap om laksens biologi, finne kunnskapshull, skaffe nye data og bygge disse inn i kunnskapsbasen. Målet er at oppdrettsnæringen kan undersøke ulike varianter av laks, fôr og miljø i forkant i stedet for først å reagere etter at problemer har oppstått.

Matematiske modeller gjør det enklere

Forskerne er opptatt av å se på laksen som et biologisk system bygd opp av en rekke komponenter som er avhengige av hverandre. For å forstå variasjon i et fenomen som kroppsvekst, beskrives de viktigste prosessene i de ulike organene matematisk, og settes sammen til en stor matematisk modell som kan tilpasses til eksperimentelle målinger på laksen.

Fordelen med å beskrive fysiologiske prosesser med matematiske modeller og kjøre datasimuleringer er dels at forskerne kan få frem helt ny kunnskap, og dels at de kan raskt kan utelukke en rekke gale hypoteser. Forskerne kan dermed raskere finne ut hvilke fôrblandinger som bør prøves ut i fôringsforsøk.

I DigiSal ser forskerne spesielt på metabolismen (stoffskiftet) i kroppen og hvordan den er koblet til genene. De kan måle hva laksen får i seg og hvordan den fordøyer og omsetter fôret helt ned på molekylnivå.

Den matematiske modellen vil bli kodet med et standard ordforråd for hvilke biokjemiske reaksjoner laksen har, hvilke enzymer de knyttes til og hvilke molekyler som er aktive. Bruken av et standard ordforråd muliggjør automatisk kobling til biokjemiske databaser og til datasett fra ulike eksperimenter.

Tverrfaglig

Prosjektet samler forskere som kan matematikk, dataanalyse, informatikk, måleteknologi, genomikk og eksperimentalbiologi.

Med så mange fagområder og partnere legger prosjektledelsen stor vekt på at de ulike fagekspertene utvikler forståelse av hverandre og at de ser mulighetene og begrensningene innenfor prosjektet.

Hovedtyngden av forskere sitter på Ås, men med mange prosjektdeltakere i andre deler av landet og i utlandet. Disse samles fra tid til annen fysisk, mens de vanligvis møtes på Skype.

Samfunnsansvarlig forskning og innovasjon

Prosjektet vil legge vekt på dialog med legfolk, forskere innenfor og utenfor prosjektet, industripartnere og representanter for myndighetene. Underveis vil prosjektet arrangere seminarer for legfolk for å få tilbakemeldinger på bruken av systembiologi i matproduksjon, mulighetene for industriutvikling og hvordan ny teknologi vil påvirke forbrukerne.

Prosjektet vil også gjøre data og modeller tilgjengelige og anvendbare i en nettplattform, integrert med en ressursdatabase for laksegenomet.

Innovasjon

Når de matematiske modellene er på plass, vil oppdretterne kunne få anbefalinger om den beste fôrblandingen for akkurat sin laksestamme. På sikt kan oppdretterne få en skreddersydd doseringsanvisning for fôret basert på værmelding og temperatur.

For selskaper som utvikler nye fôrtyper vil de matematiske modellene hjelpe til å sile ut de beste ingrediensene på kortere tid med færre feilslåtte dyreforsøk.

For selskaper som avler nye laksestammer, vil modellene bidra med å finne raskere frem til hvilke laks som er beste egnet. I fremtiden kan det være nok å ta vevsprøver av noen av de mange fiskene som svømmer rundt i oppdrettsanlegg og legge måledataene inn kunnskapsbasen som koker de mange tusen tallene ned til en beskrivelse til hva som foregår i laksekroppen.

I kjølvannet av prosjektet kan det bli utviklet mange tekniske duppeditter for å samle inn data i den mengde og kvalitet som kreves for å gjøre modellene mer treffsikre i framtiden.

Publikasjoner


Se alle resultater i CRIStin-databasen

Deltakere

  • Jon Olav Vik

    Jon Olav Vik

    Forsker, Fakultet for biovitenskap, Institutt for husdyr- og akvakulturvitenskap

    Prosjektleder i DigiSal, modellerer.

    Se profil

  • Fabian Grammes

    Fabian Grammes

    Forsker, Fakultet for biovitenskap, Institutt for husdyr- og akvakulturvitenskap

    Vitenskapelig koordinator for DigiSal. Leder arbeidspakke om "omics and imaging". RNA-analyse.

    Se profil

  • Marit Hallvardsdotter Stafsnes

    Marit Hallvardsdotter Stafsnes

    Postdoc, Faculty of Natural Sciences, Department of Biotechnology and Food Science

    Metabolomikk og lipidomikk.

    Se profil