Focken, Ulfert
Loading...
2 results
Now showing 1 - 2 of 2
- Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Item type:Publication, Optimized encapsulation substances and feeding regimes for administering an oral vaccine in rainbow trout, Oncorhynchus mykiss (Walbaum)Impfungen bei Tieren sowie bei Menschen sind eine der wertvollsten Errungenschaften der Menschheit, um krankheitsbedingte Herausforderungen einer sich intensiv verändernden Umwelt zu bewältigen. Während Impfstrategien mit Injektions-Impfstoffen für terrestrische domestizierte Tierarten gegenwärtig effektiv entwickelt sind, ist die Impfung von Tierarten in der Aquakultur weltweit bisher keine gängige Praxis. Aufgrund des hohen Arbeitsaufwandes sowie technologischem und finanziellem Aufwand finden injektive Impfungen in der Aquakultur in Entwicklungs- und Schwellenländern kaum Anwendung. Die Anwendung von Oralvakzinen bietet demnach als Alternative zu injektiven Impfungen viele Chancen. Sie können anwendungsbezogenen Probleme bewältigen und dem Tierwohl, der Umwelt, wie auch der Produktionseffizienz zu Gute kommen. Um eine effektive Oralvakzine entwickeln zu können, sind jedoch noch Hürden zu bewältigen, wie die Frage nach der gezielten, oralen Verabreichung und des wirksamen Schutzes vor der Zerstörung der aktiven Vakzine durch das Systemwasser oder durch enzymatische sowie chemische Degeneration. Die drei Kapitel dieser Dissertation beschäftigen sich mit der Optimierung des Fütterungsregimes, sowie mit der Evaluierung unterschiedlicher Impfstoffträger- / Verkapselungssubstanzen am Beispiel der Zieltierart Regenbogenforelle (Oncorhynchus mykiss). Die Ergebnisse dieser Arbeit ermöglichen nicht nur eine kontrollierte und sichere Verabreichung einer Oralvakzine, sondern sind für das Hervorbringen einer effektiven Herdenimmunität nach oraler Impfung unabdingbar. In Kapitel 1 wurden die Auswirkungen verschiedener Fütterungsregimes auf das individuelle Fressverhalten von juvenilen, in einer Kreislaufanlage (RAS) kultivierten Regenbogenforellen untersucht. Die veränderten Parameter des Fütterungsregimes umfassten Ausnüchterungsperioden, die Anzahl der täglichen Fütterungen und die Anzahl der Futterzugaben pro Fütterung. Diese zeigten einen signifikanten Einfluss auf die Homogenität und Gesamtmenge der Futteraufnahme. Um das Fressverhalten während der verschiedenen Fütterungsszenarien zu bewerten, wurde die minimale Pelletaufnahme (MPI) als Maß für eine garantierte Pelletaufnahme pro Individuum etabliert. Dabei beschreibt die MPI den Anteil an gefütterten Fischen, der eine Mindestanzahl an Pellets gefressen hat. Im Hinblick auf die Anwendung als Schluckimpfung kann die MPI für die Impfstoffquantifizierung eines Impfpellets verwendet werden. Die Ergebnisse des Ausnüchterungsversuches zeigten, dass die Fresshomogenität bei unveränderter aufgenommener Futtermenge erhöht werden kann, wenn die Tiere keinerlei Ausnüchterungsperiode erfahren. Die Anzahl der täglichen Fütterungen kann genutzt werden, um die Gesamtmenge des aufgenommenen Testfutters bei gleichbleibender Futterhomogenität zu erhöhen. Je nachdem, wie viel Impfstoff bzw. wie viele Pellets pro Fisch intendiert sind, kann die Anzahl der täglichen Fütterungen (ein- oder zweimalige Fütterung pro Tag) die MPI erhöhen, ohne dass dies zulasten der Aufnahmehomogenität geht. Eine zusätzliche dritte Fütterung führte indes zu einer deutlichen Verringerung der Aufnahmehomogenität und wird demzufolge bei der Anwendung einer Schluckimpfung nicht empfohlen. Vorteilhaft für die MPI und die Aufnahmehomogenität ist die Verwendung mehrerer Portionen während eines Fütterungsereignisses. Hier zeigte die Aufteilung auf drei und fünf Portionen pro Fütterung einen deutlichen Vorteil gegenüber nur einer Futterzugabe bei gleicher Gesamtmenge. Insgesamt kann die Optimierung des artspezifischen Fütterungsregimes dazu genutzt werden, die Pelletaufnahme und -homogenität zu erhöhen und eine minimale Pelletaufnahme pro Fisch zu garantieren. In Kapitel 2 wird die Forschungsfrage untersucht, inwiefern die Substanzen Alginat und Polyethylenglykol (PEG) geeignet sind, um die aktiven Impfstoffkomponenten während der Fütterung vor der Loslösung in das Systemwasser und später vor dem enzymatischen und chemischen Abbau im Fischdarmtrakt zu schützen. Um eine potenziell schädliche Wirkung von Alginat und PEG auf den Verdauungstrakt von Jungforellen auszuschließen, wurden die Testsubstanzen, eingebettet in ein kommerzielles Futter, 22 Tage lang kontinuierlich gefüttert und verschiedene Darmabschnitte der Versuchstiere histomorphologisch ausgewertet. Zudem wurden die Genexpression der proinflammatorischen Gene TNF-α, IL-1β und IL-8 untersucht, um eine eventuell auftretende systemische Entzündung auszuschließen. Die Fütterung beider Substanzen über den festgelegten Testzeitraum führte zu keiner signifikanten intestinalen Beeinträchtigung oder entzündlichen Genreaktion. Die Beimengung von PEG zum Fischfutter führte mitunter zu signifikanten Veränderungen des Darmgewebes, zu vermindertem Wachstum und zu einem leicht erhöhten Milzgewicht. Beide Substanzen wurden für die Verwendung bei Oralvakzinationen bei einmaliger bzw. bei einer Booster-Immunisierung als unbedenklich eingestuft. In Kapitel 3 wurden die drei Verkapselungssubstanzen Alginat, PEG, Chitosan sowie ein zusätzliches hydrophobes Öl-Coating auf ihre biophysikalischen Fähigkeiten untersucht, wie sie jeweils ein verkapseltes Modellprotein unter unterschiedlichen pH-Milieus freigeben. Darüber hinaus wurden in situ die Verdauungsgeschwindigkeiten der Testsubstanzen in Verbindung mit einem mit Eisenpuder verabreichten Futtermittel anhand von Röntgenaufnahmen evaluiert. Die Verkapselungsversuche zeigten, dass insbesondere die Verwendung von Alginat mit Chitosan eine ideale Verkapselung und ein optimales Freigabeprofil bei einer modellierten Fütterung darstellten. In der Regel führt das Einbringen der Kapsel in das Systemwasser zu einer starken initialen Freigabe des Modellproteins in das Systemwasser. Dieser „initiale Burst“ kann jedoch durch die Verwendung eines hydrophoben Öl-Coatings stark reduziert werden. Die Beigabe von PEG ermöglicht es, höhere Freigaberaten zu erzielen, jedoch leidet gleichzeitig der Verkapselungsschutz. Die Verwendung einer Alginat-Chitosan-Verkapselung bietet bei einer Schluckimpfung einen signifikanten Schutz gegen Zerstörung durch das Systemwasser und vorzeitige Degeneration im Fischverdauungstrakt. Bei der Evaluierung der Verdauungsgeschwindigkeiten konnten keine signifikanten Unterschiede zwischen den Behandlungen festgestellt werden. Es zeigte sich, dass alle Testfuttermittel den Enddarm nach 16 h erreicht haben und weitere Anpassungen der Verkapselung sollten auf eine maximale Impfstofffreigabe 16 h nach Verabreichung abzielen. Die Ergebnisse erlauben eine gezielte Optimierung der Verkapselungsmatrix beim Schutz der bioaktiven Substanz und der Freigabe am Zielort (Fisch-Enddarm). Die neuen Erkenntnisse dieser Dissertation tragen zur Lösung aktueller Probleme bei der Entwicklung eines oralen Impfstoffs für die Aquakultur durch die Optimierung der Fütterungsregime und Vakzine-Trägersubstanzen bei. Sie bilden hierbei nicht nur die Grundlage für die optimale Verabreichung und Verkapselung eines oralen Impfstoffes, der für einen effektiven Impfschutz unerlässlich ist, sondern auch für die Verabreichung anderer hochwertiger bioaktiver Substanzen, für die eine definierte Verabreichung von zentraler Bedeutung ist.doctoral thesis302 155 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Item type:Publication, Improving bioremediation with extractive species in integrated aquaculture: Towards application in tropical recirculating systems(2021-03-18); ; ; Marine organisms are key to food security and to combat malnutrition, especially in the developing tropics. With the increase in the human population, so grows its appetite for seafood and with production from capture fisheries at its limit, aquaculture is left to fill the gap. Faced with resource limitations and environmental regulations, aquaculture operations have to augment their output while decreasing the relative use of resources, coastal space and effluent output. Integrated aquaculture is seen as a strategy to meet demands for more efficient and sustainable aquaculture production. Especially integrated multi-trophic aquaculture (IMTA) is often described as a solution, but proliferation of the industry has been slow, uneven and research is still lacking in regards to its application with tropical marine species. This thesis provides an example of IMTA with edible tropical species at three different trophic levels. A proof-of-concept presents the viability of a low-technology recirculating aquaculture system (RAS) of milkfish Chanos chanos, integrating sea cucumber Holothuria scabra and halophyte Sesuvium portulacastrum as extractive species. The species showed good growth and the system maintained good water quality and low concentrations of dissolved inorganic nitrogen even without an additional biofilter. Removal, uptake and assimilation of feed-derived nutrients through the cultivation of the extractive species were further examined to determine strategies to optimize bioremediation. The high-value sea cucumber H. scabra was raised on solid waste from milkfish aquaculture. Animals were supplied with the waste alone or waste amended with either microcrystalline cellulose or bagasse. Comparison with control systems without sea cucumbers showed that the animals decreased nitrogen and organic carbon in the sediment, albeit not statistically significant. For the first time, a context-specific trophic enrichment factor was applied in a stable isotope mixing-model for this species, demonstrating good assimilation of nutrients from aquaculture waste. Increasing the C/N ratio of the waste led to a higher biomass production and nutrient recovery into sea cucumber biomass and bagasse, an agricultural waste product, proved to be effective for carbon supplementation. Removal and uptake of dissolved inorganic nutrients from milkfish effluents by systems planted with S. portulacastrum was investigated via labeling with 15N nitrate or ammonium. The halophyte was cultivated either hydroponically or with sand as substrate. Nitrogen recovery in edible plant biomass was significantly higher in hydroponic cultivation. This thesis contributes to the knowledge needed to move towards sustainably intensifying multi-trophic aquaculture in tropical countries. The results hint at the intricate interplay between extractive species, their biotic environment and nutrient cycles and highlight the complexity, but also the opportunities of saline IMTA. Meeresorganismen spielen eine wichtige Rolle für die globale Ernährungssicherheit und in der Bekämpfung von Mangelernährung, besonders in tropischen Entwicklungsländern. Mit der wachsenden menschlichen Bevölkerung wächst auch die Nachfrage nach Meeresfrüchten und da die Fangfischerei an ihre Grenzen stößt, muss die Aquakultur die Lücke schließen. Angesichts von Ressourcenknappheit und Umweltvorschriften müssen Aquakulturbetriebe ihre Produktion steigern und gleichzeitig die Nutzung von Rohstoffen, Küstenraum und die Abwasserproduktion verringern. Integrierte Aquakultur gilt als Strategie, um die Anforderungen an eine effizientere und nachhaltigere Aquakulturproduktion zu erfüllen. Insbesondere die Integrierte Multitrophe Aquakultur (IMTA) wird häufig als Lösung beschrieben, aber die Verbreitung in der Industrie läuft langsam und ungleichmäßig. Auch mangelt es an Forschung hinsichtlich ihrer Anwendung bei tropischen marinen Arten. Diese Arbeit liefert ein Beispiel für IMTA mit essbaren tropischen Arten auf drei verschiedenen trophischen Ebenen. Eine Proof of Concept-Studie zeigt die Durchführbarkeit eines rezirkulierenden Aquakultur-Systems (RAS) unter Einsatz von einfacher Technologie. Seegurken Holothuria scabra und Halophyten Sesuvium portulacastrum wurden als „Abfallverwerter“, sogenannte extraktive Arten, mit Milchfischen Chanos chanos in ein geschlossenes System integriert. Alle Arten zeigten dabei gutes Wachstum und das System hatte gute Wasserqualität mit niedriger Konzentration gelösten anorganischen Stickstoffs ohne zusätzlichen Biofilter. Des Weiteren wurde die Entfernung, Aufnahme und Assimilation von Nährstoffen aus Futtermitteln durch die Kultivierung der extraktiven Arten untersucht, um Strategien zur Optimierung der Bioremediation herauszufinden. Die ökonomisch wertvolle Seegurke H. scabra wurde mit organischen Feststoffabfällen aus der Milchfisch-Aquakultur gefüttert. Die Tiere wurden entweder nur mit den Abfallprodukten gefüttert, oder unter Zugabe von mikrokristalliner Zellulose oder Bagasse. Ein Vergleich mit Kontrollsystemen ohne Seegurken zeigte, dass die Tiere die Anreicherung von Stickstoff und organischem Kohlenstoff im Sediment verringerten, wenn auch nicht statistisch signifikant. In einem stabilen Isotopenmodell wurde zum ersten Mal für diese Art ein kontextspezifischer trophischer Anreicherungsfaktor angewendet. Die Ergebnisse zeigten eine gute Aufnahme von Nährstoffen aus Aquakulturabfällen und dass eine Erhöhung des C/N Verhältnisses der Abfälle Wachstum und Nährstoffrückgewinnung in Seegurkenbiomasse verbessern. Bagasse, ein landwirtschaftliches Abfallprodukt, erwies sich als wirksam für die Supplementierung mit Kohlenstoff. Die Entfernung und Aufnahme gelöster anorganischer Nährstoffe aus Milchfischabwässern in mit S. portulacastrum bepflanzten Systemen wurde durch Markierung mit 15N Nitrat oder Ammonium untersucht. Der Halophyt wurde entweder hydroponisch oder mit Sand als Substrat kultiviert. Die Stickstoffrückgewinnung in essbarer Pflanzenbiomasse war im hydroponischen System signifikant höher. Diese Arbeit trägt zum Wissen davon bei, wie multitrophe Aquakultur in tropischen Ländern nachhaltig intensiviert werden kann. Die Ergebnisse deuten auf das intrikate Zusammenspiel zwischen extraktiven Arten, ihrer biotischen Umwelt und den Nährstoffkreisläufen hin und unterstreichen die Komplexität, aber auch die Möglichkeiten der marinen IMTA.doctoral thesis437 513