Slater, Matthew James

Loading...
Thumbnail Image
Preferred name
Slater, Matthew James
Official Name
Slater, Matthew James
ORCID

Settings

Now showing 1 - 2 of 2
  • Loading...
    Thumbnail Image
    Some of the metrics are blocked by your 
    consent settings
    Item type:Publication,
    Optimized encapsulation substances and feeding regimes for administering an oral vaccine in rainbow trout, Oncorhynchus mykiss (Walbaum)
    (2023-03-23)
    Just, Philip Niclas
    ;
    Slater, Matthew James
    ;
    Focken, Ulfert
    ;
    Hagen, Wilhelm
    ;
    Slater, Matthew James
    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 thesis
      304  156
  • Loading...
    Thumbnail Image
    Some of the metrics are blocked by your 
    consent settings
    Item type:Publication,
    Optimizing sea cucumber Holothuria scabra aquaculture through dietary improvement, nursery strategies, and co-culture system assessment
    (2026-04-23)
    Fajar, Indriana Lisa
    ;
    Kunzmann, Andreas
    ;
    Bischoff-Lang, Adrian
    ;
    Pribadi Tri Dewi Kusumaningrum
    ;
    Slater, Matthew James
    The sea cucumber Holothuria scabra is a valuable tropical species that plays an important ecological role in the recycling of nutrients within coastal ecosystems. Aside from its ecological relevance, H. scabra is recognized for its high economic value and rising demand in global markets. However, overexploitation of natural populations has resulted in stock depletion, necessitating the development of sustainable aquaculture systems to ensure a reliable seed supply while minimizing pressure on wild resources. This doctoral thesis aims to enhance the sustainable aquaculture of sea cucumber H. scabra by focusing on three main stages in its culture cycle, including dietary formulation for early juveniles, nursery site management in earth pond-based hapa systems, and co-culture viability of H. scabra with abalone and macroalgae. The main objective was to develop strategies that improve survival, growth performance, and system efficiency, establishing an integrated approach from hatchery to nursery and co-culture stages. The first study focused on dietary optimization at the hatchery phase, investigating the impacts of different fermented plant and algal-based feed on the growth and survival of early juveniles H. scabra (approximately 0.1 g initial wet weight) (Chapter 2). Fermentation was implemented as a practical processing method to improve the suitability of feed sources. The result indicated a favorable acceptance of most fermented diets and revealed that feed type affected growth and survival performance. Seagrass Enhalus acoroides and macroalgae Padina australis promoted balanced growth and high survival, whereas green pond algae induced the fastest growth, but lower survival. These findings suggest that various fermented diet sources can be selectively applied based on the juvenile size and culture phase, providing a basis for developing locally sourced, cost-effective feeds for early-stage H. scabra cultivation. The second study examined the impact of varying pond environments on the nursery performance of juvenile H. scabra (approximately 1 g initial wet weight) (Chapter 3). The experiment was carried out in earthen ponds in East Lombok, Indonesia, using hapa nets placed at four sites, including a reservoir, stirred pond, non-stirred pond, and main inlet sluice. Survival rates were not significantly different across treatments. However, juveniles reared close to the main inlet sluice demonstrated the highest growth, supported by favorable water movement and natural food availability. On the other hand, stirring and fertilization treatments did not significantly enhance juvenile growth, indicating that hydrological and ecological factors, such as water circulation and food availability, play a more decisive role than physical disturbance in pond-based nursery systems. These findings underscore the importance of strategic nursery placement and water management to optimize growth during the pond-based rearing period. The third study assessed the feasibility of co-culturing juvenile sea cucumber H. scabra (approximately 2 g initial wet weight) with abalone Haliotis squamata and macroalgae Ulva lactuca in a recirculating aquaculture system with various substrate and biofilter configuration treatments (Chapter 4). The system maintained relatively high survival of sea cucumbers, but did not enhance their growth across treatments, which revealed negative growth trends. The most favorable outcome for H. scabra was observed in the treatment combining a biofilter without substrate, where temporary growth recovery suggested potential adaptation; however, performance remained limited due to insufficient nutritional input from abalone feces as the main food source. Abalone showed consistently strong survival and growth in all treatments, with substrate and macroalgae offering optimal rearing conditions, whereas the biofilter biomass of U. lactuca decreased over time, likely due to tissue degradation and stress conditions under culture environments. Overall, the co-culture system exhibited partial feasibility by maintaining abalone performance and sea cucumber survival while failing to stimulate H. scabra growth and stabilize macroalgal biomass, emphasizing the necessity for improved dietary support and system configuration to attain balanced multi-species cultivation. The three current studies collectively demonstrate that sustainable aquaculture of sea cucumber H. scabra can benefit from the integration of optimized feeding strategies, suitable nursery conditions, and multi-trophic design. Fermented diets enhance the survival and growth of early juveniles by improving feed digestibility, while appropriate nursery site selection ensures consistent performance during the transition from hatchery to grow-out. The co-culture approach expands the possibilities for H. scabra aquaculture by combining multiple species that occupy distinct ecological niches, potentially increasing system efficiency and resource utilization. Nevertheless, it also presents trade-offs that require careful balancing alongside environmental stability, biological performance, and system maintenance. This thesis contributes to the understanding of H. scabra aquaculture by identifying key factors that affect growth and survival across various culture stages. The findings provide a scientific basis for optimizing management practices and improving the sustainability of sea cucumber aquaculture systems.
    doctoral thesis
      74  60