Renal functions in Atlantic salmon
This project aims at understanding changes in renal physiology and in conjunction with relevant mono- and divalent ion transporters during smoltification. This requires the use of of classical physiological methods. This study is part of CtrlAqua SFI research centre activites and will study the underlying mechanisms behind renal functions during smoltification.
Preparatory changes in the osmoregulatory systems in particular are vital for Atlantic salmon acclimation to seawater. Together with the gills and intestine, the kidney is central in osmotic homeostasis. Nevertheless, renal physiology during smoltification is surprisingly poorly understood compared to the two other organs. With the increasing investments in large Recirculation Aquaculture Systems (RAS) it has become clear that modern land-based production of large smolt and post-smolts has resulted in an surprisingly high prevalence of nephrocalcinosis. This kidney disease is now becoming one of the largest challenges for animal welfare in modern aquaculture in both RAS as well as in flow-through facilities. There is therefore a urgent need for finding the causative effects behind development of nephrocalcinose. One first necessary step is to obtain a clear understanding of normal renal physiology in large smolts and post-smolts. This will be achieved by combining traditional catherization and cannulation techniques in conjunction with modern molecular techniques of ion transporters in the kidney. This can assist the industry in setting better parameters for smolt quality; towards solving problems in RAS, increase survival rate and deliver healthier more robust fish in the seawater phase.
The study will conduct a traditional square wave smoltification protocol where changes in renal physiology will be the main focus. After 6 weeks of winter signal (12L:12D) the fish will be exposed 6 weeks of 'spring' (24L). Terminal samplings will be done following 2, 4 and 6 weeks of 24L in freshwater, and one month after seawater transfer. Parr will also be sampled at the same time point in freshwater but not in seawater. In addition, we will perform catherization of urinary bladder and cannulation of dorsal aorta in order to couple net renal reabsorption and excretion to molecular mechanisms. This is a well known and technique applied in fish research and is not expected to inflict any damage or pain on the animals. Although this kind of experiment has been conducted in several teleost species in the past, non has yet to address this during smoltification. It is excepted that the findings will generate significant scientific findings and provide crucial knowledge for industry to prevent high incidences of nephrocalcinoses in future aquaculture. We expect very low 'belastning' for the physiology procedures described in this experiment. A total of 190 fish will be involved in the experiment. The number of fishes is based on statistical power and experiences from previous smotification studies. There is no replacement methods available acquiring this type of knowledge. We will monitor cannulated animals every second hour and keep cannulation to minimum time (48 hours) to prevent increased risk of abnormal behavior and distress/pain.
Preparatory changes in the osmoregulatory systems in particular are vital for Atlantic salmon acclimation to seawater. Together with the gills and intestine, the kidney is central in osmotic homeostasis. Nevertheless, renal physiology during smoltification is surprisingly poorly understood compared to the two other organs. With the increasing investments in large Recirculation Aquaculture Systems (RAS) it has become clear that modern land-based production of large smolt and post-smolts has resulted in an surprisingly high prevalence of nephrocalcinosis. This kidney disease is now becoming one of the largest challenges for animal welfare in modern aquaculture in both RAS as well as in flow-through facilities. There is therefore a urgent need for finding the causative effects behind development of nephrocalcinose. One first necessary step is to obtain a clear understanding of normal renal physiology in large smolts and post-smolts. This will be achieved by combining traditional catherization and cannulation techniques in conjunction with modern molecular techniques of ion transporters in the kidney. This can assist the industry in setting better parameters for smolt quality; towards solving problems in RAS, increase survival rate and deliver healthier more robust fish in the seawater phase.
The study will conduct a traditional square wave smoltification protocol where changes in renal physiology will be the main focus. After 6 weeks of winter signal (12L:12D) the fish will be exposed 6 weeks of 'spring' (24L). Terminal samplings will be done following 2, 4 and 6 weeks of 24L in freshwater, and one month after seawater transfer. Parr will also be sampled at the same time point in freshwater but not in seawater. In addition, we will perform catherization of urinary bladder and cannulation of dorsal aorta in order to couple net renal reabsorption and excretion to molecular mechanisms. This is a well known and technique applied in fish research and is not expected to inflict any damage or pain on the animals. Although this kind of experiment has been conducted in several teleost species in the past, non has yet to address this during smoltification. It is excepted that the findings will generate significant scientific findings and provide crucial knowledge for industry to prevent high incidences of nephrocalcinoses in future aquaculture. We expect very low 'belastning' for the physiology procedures described in this experiment. A total of 190 fish will be involved in the experiment. The number of fishes is based on statistical power and experiences from previous smotification studies. There is no replacement methods available acquiring this type of knowledge. We will monitor cannulated animals every second hour and keep cannulation to minimum time (48 hours) to prevent increased risk of abnormal behavior and distress/pain.
Etterevaluering
Alle forsøk som er betydelig belastende skal etterevalueres av Mattilsynet.
Begrunnelse for etterevalueringen
Målene for pilotforsøket ble oppnådd. Det ble katetrisert totalt fire fisk under anestesi. På tre laks fikk forskerne satt inn kateter og samlet urin uten å påføre fisken skade. Den fjerde var for liten (50 gram) for katetrisering, noe som også ble bekreftet ved bruk av fisk som ble avlivet før katetrisering. Et viktig funn i pilotforsøket var at minste størrelse for katetrisering av laks er 70 gram og at det beste er å benytte laks på 80 gram.
Hovedforsøket lot seg ikke gjennomføre. Hovedsakelig på grunn av restriksjoner under covid-pandemien. Det ble vurdert å være uforsvarlig å gjennomføre forsøket med kun én kompetent person tilstede. Erfaringsmessig krever et slikt forsøk minst to trente personer tilstede hele tiden for å sikre at prosedyren blir gjennomført på en forsvarlig måte.
I forsøket ble det kun brukt fire av 190 godkjente dyr (10 i pilotforsøket og 180 i hovedforsøket). Belastningsgraden ble vurdert som betydelig for laksen på 50 gram på grunn av vevsskader i urogenital papill og urineblære. Ved bruk av 70-80 grams fisk gikk prosedyren uten observerbare skader og belastningen ble klassifisert til å være moderat for fire av dyrene.
Ved bruk av 70 grams fisk var synlig vevsskade ikke et problem. Fisken viste imidlertid økt urin produksjon som er typisk ved stress. Dette avtok etter 12 timer. Fisken hadde en rolig adferd i inkubatorkaret med normal gjellelokk frekvens innen seks timer etter prosedyren var gjennomført.
Utvikling av in vitro teknikker er fortsatt ikke mulig for slike studier. Det er imidlertid mulig å benytte røntgen for påvisning av nefrokalsinose hos fisk. Dette medfører at forskere i fremtidige studier kan redusere antall forsøksdyr betydelig ettersom de kan identifisere fisk med og uten nefrokalsinose før de gjennomfører katetrisering. Selv om det er biologisk interessant å undersøke smolt under smoltifisering, blir det anbefalt å kun benytte parr og fullt smoltifisert fisk ved bruk av katetrisering for å sammenlikne denne typen fysiologiske parametere.
Atferden til en laks kan endre seg under observasjon av et menneske. Derfor mener Mattilsynet at videofilming av fisk som går med kateter, bør vurderes for å få best mulig overvåkning i dyrets atferd i forsøksperioden.
Hovedforsøket lot seg ikke gjennomføre. Hovedsakelig på grunn av restriksjoner under covid-pandemien. Det ble vurdert å være uforsvarlig å gjennomføre forsøket med kun én kompetent person tilstede. Erfaringsmessig krever et slikt forsøk minst to trente personer tilstede hele tiden for å sikre at prosedyren blir gjennomført på en forsvarlig måte.
I forsøket ble det kun brukt fire av 190 godkjente dyr (10 i pilotforsøket og 180 i hovedforsøket). Belastningsgraden ble vurdert som betydelig for laksen på 50 gram på grunn av vevsskader i urogenital papill og urineblære. Ved bruk av 70-80 grams fisk gikk prosedyren uten observerbare skader og belastningen ble klassifisert til å være moderat for fire av dyrene.
Ved bruk av 70 grams fisk var synlig vevsskade ikke et problem. Fisken viste imidlertid økt urin produksjon som er typisk ved stress. Dette avtok etter 12 timer. Fisken hadde en rolig adferd i inkubatorkaret med normal gjellelokk frekvens innen seks timer etter prosedyren var gjennomført.
Utvikling av in vitro teknikker er fortsatt ikke mulig for slike studier. Det er imidlertid mulig å benytte røntgen for påvisning av nefrokalsinose hos fisk. Dette medfører at forskere i fremtidige studier kan redusere antall forsøksdyr betydelig ettersom de kan identifisere fisk med og uten nefrokalsinose før de gjennomfører katetrisering. Selv om det er biologisk interessant å undersøke smolt under smoltifisering, blir det anbefalt å kun benytte parr og fullt smoltifisert fisk ved bruk av katetrisering for å sammenlikne denne typen fysiologiske parametere.
Atferden til en laks kan endre seg under observasjon av et menneske. Derfor mener Mattilsynet at videofilming av fisk som går med kateter, bør vurderes for å få best mulig overvåkning i dyrets atferd i forsøksperioden.