The use of unconventional products in aquaculture, use of insects and macroalgae as feed additives for teleosts

One of the major challenges of the aquaculture sector is to replace most of fish meal and fish oil with more sustainable, cost-effective and environmental friendly ingredients. Insects and seaweeds are interesting candidates. Insects are extremely diverse nutritious organisms capable of massively growing on a variety of compounds, including organic wastes. Seaweeds are nutritious crops rich in bioactive compounds, which culture is associated with positive impacts to the environment. Early research on these unconventional ingredients is promising but in its infancy. The major goal of the present doctoral thesis was to evaluate the effects of insect based diets and seaweeds on key fish biological responses and to improve the understanding of the mechanisms involved in fish nutrition and growth. A comprehensive knowledge at the histological, biochemical, spectroscopic, physiological and molecular level was achieved through a multidisciplinary approach. Taking advantage of fish models, that included zebrafish (Danio rerio), clownfish (Amphiprion ocellaris) and medaka (Oryzias latipes), information obtained in the present thesis may be used to generalize how several biological processes occur in related organisms. Results from the first three experiments, on zebrafish and clownfish, revealed a good potential of insect based diets at even high inclusion levels, up to 100% in zebrafish larval rearing. Fish growth and survival were not affected by the new diets and no signs of intestinal inflammation were detected. In fact, clownfish fatty acid profile was profoundly affected by the novel ingredient, unlike zebrafish which showed molecular and biochemical capacity to compensate essential fatty acid deficiencies. Finally, results from the fourth chapter revealed that the seaweeds Palmaria palmata and Saccharina latissima did not induce any functional effect on the fish growth and gut health parameters of medaka.

Una delle maggiori sfide del settore dell’acquacoltura è la sostituzione di farina ed olio di pesce con ingredienti più sostenibili, vantaggiosi dal punto di vista economico e sostenibili dal punto di vista ambientale. Gli insetti e le alghe si presentano come candidati interessanti da questo punto di vista. Gli insetti sono degli organismi estremamente eterogenei e capaci di crescere in maniera massiva su una varietà di composti, inclusi i rifiuti organici. Le alghe sono vegetali ricchi in composti bioattivi, la cui coltura è associata ad impatti positivi sull’ambiente. I primi studi su questi ingredienti non convenzionali hanno mostrato risultati promettenti, ma sono tuttavia ancora agli albori. Lo scopo principale della presente tesi di dottorato è stato quello di valutare gli effetti di diete basate su insetti ed alghe sulle risposte chiave dei pesci per migliorare la comprensione dei meccanismi coinvolti nella nutrizione e nella crescita. Attraverso un approccio multidisciplinare è stato possibile ottenere una conoscenza di insieme a livello istologico, biochimico, spettroscopico, fisiologico e molecolare. Avvalendosi di pesci come modello sperimentale, come lo zebrafish (Danio rerio), il pesce pagliaccio (Amphiprion ocellaris) ed il medaka (Oryzias latipes), le informazioni ottenute nella presente tesi possono essere utilizzate per comprendere come diversi processi biologici avvengono in organismi simili. I risultati ottenuti dai primi tre esperimenti, su zebrafish e pesce pagliaccio, hanno mostrato un buon potenziale di diete a base di insetti nell’allevamento larvale di zebrafish anche ad alte inclusioni e fino al 100%. La crescita e la sopravvivenza non è stata influenzata dalle nuove diete e non è stata osservata l’insorgenza di alcun segno di infiammazione a livello dell’intestino. La limitazione maggiore ha riguardato il contenuto in grassi degli insetti. Infatti, il profilo in acidi grassi dei pesci pagliaccio è stato profondamente influenzato da questi ingredienti innovativi, a differenza di quanto osservato in zebrafish il quale ha mostrato la capacità di compensare le mancanze in acidi grassi essenziali attraverso l’attuazione di meccanismi molecolari e fisiologici. Infine, i risultati riportati nel quarto capitolo, hanno messo in evidenza che le alghe Palmaria palmata e Saccharina latissima non hanno indotto nessun effetto funzionale sulla crescita e sui parametri di benessere intestinale in medaka.