BACKGROUND: Russian aquaculture develops rapidly in terms of commercial rainbow trout production that requires massive juvenile stocks. In the last decade, the industry for the production of juvenile trout from fertilized eggs has been formed and is now expanding. Most fish farmers are striving to carry out this stage under a fully controlled water regime in recirculating aquaculture system. Today, the problem of ongoing monitoring of the bacterial pathogens and control of their numbers in such recirculating aquaculture system does not have a solution for practical fish farms. Given that the use of antibiotics is strictly regulated in food production, a project was launched to develop a bacteriophage specifically targeting highly pathogenic bacterial species.
AIM: Study various samples taken from the recirculating aquaculture system to determine the optimal site and method for bacteria collection and nucleic acid extraction.
METHODS: Samples were collected during 2025 at recirculating aquaculture system for rainbow trout Oncorhynchus mykiss in the Leningrad Region and the Republic of Karelia. The bacteria studied in this article are Aeromonas hydrophila. The bacterial content was assessed using traditional bacterial cultivation methods. DNA was extracted from various sample types and subjected to isothermal amplification targeting A. hydrophila. For samples confirmed to contain A. hydrophila, additional processing methods were employed following initial lysis in a buffer composed SDS and NaOH. Both chemical techniques, such as precipitation with alcohols and nanoparticles, and physical methods, including heating and syringe pipetting, were utilized in this procedure.
RESULTS: The study found that certain chemical methods (nanoparticle precipitation) for isolating bacterial DNA from the pre-lysed samples were just as effective as physical methods (syringe pipetting and heating). The most informative sample types for pathogen detection sites from the recirculating aquaculture system were swabs taken from pipes of the fish tanks drain.
CONCLUSION: The ability to obtain microorganism identification results using nucleic acid amplification methods outside the laboratory makes them highly promising for use as rapid diagnostics for bacterial pathogens in practical aquaculture. Following the completion of sample collection and the creation of a collection of pathogenic organisms, the development plan includes the development of a genetically modified bacteriophage for bacterial population control.
Обоснование. Российское рыбоводство быстро развивается в плане коммерческого производства радужной форели, требующего огромных запасов молоди. В последнее десятилетие сформировалась и продолжает расширяться отрасль производства молоди форели из оплодотворенной икры. Большинство рыбоводческих хозяйств стремятся проводить этот этап в условиях полностью контролируемого водного режима в установках замкнутого водоснабжения. Сегодня проблема постоянного мониторинга бактериальных патогенов и контроля их численности в таких установках не имеет решения для практических рыбоводческих хозяйств. Учитывая, что использование антибиотиков в пищевой промышленности строго регулируется, был запущен проект по разработке бактериофага, специально нацеленного на высокопатогенные виды бактерий.
Цель исследования. Изучение различных образцов, взятых из установок замкнутого водоснабжения, для определения оптимального места и метода сбора бактерий и выделения нуклеиновых кислот.
Методы. Образцы радужной форели Oncorhynchus mykiss были собраны в 2025 г. в Ленинградской области и Республике Карелия. Изучаемые в данной статье бактерии — Aeromonas hydrophila. Содержание бактерий оценивали с использованием традиционных методов культивирования бактерий. ДНК выделяли из различных типов образцов и подвергали изотермической амплификации с целью выявления A. hydrophila. Для образцов, в которых было подтверждено наличие A. hydrophila, после первоначального лизиса в буфере, состоящем из SDS и NaOH, применяли дополнительные методы обработки. В этой процедуре использовали как химические методы, такие как осаждение спиртами и наночастицами, так и физические методы, включая нагревание и пипетирование шприцем.
Результаты. Исследование показало, что некоторые химические методы (осаждение наночастицами) для выделения бактериальной ДНК из предварительно лизированных образцов были столь же эффективны, как и физические методы (пипетирование шприцем и нагревание). Наиболее информативными типами образцов для обнаружения патогенов в установках замкнутого водоснабжения оказались мазки, взятые из труб дренажных систем рыбоводных резервуаров.
Заключение. Возможность получения результатов идентификации микроорганизмов с использованием методов амплификации нуклеиновых кислот вне лаборатории делает их весьма перспективными для использования в качестве экспресс-диагностики бактериальных патогенов в практической аквакультуре. После завершения сбора образцов и создания коллекции патогенных организмов план развития включает разработку генетически модифицированного бактериофага для контроля численности бактерий.