Investigating the driving forces and spread of antibiotic resistance: the case of marine aquaculture in Asia and sub-Saharan Africa Drivkrafter och spridning av antibiotikaresistens: undersökningar av marint vattenbruk i Asien och i Afrika söder om Sahara Antibiotika är förmodligen 1900-talets viktigaste upptäckt. I miljön finns naturligt bakterier som är resistenta mot antibiotika. Naturlig selektion gynnar bakterier som har förvärvat egenskapen att stå emot antibiotika och egenskapen sprids i bakteriepopulationer. Antibiotika resistens hos en bakterie kan förvärvas genom spontan mutation, genom överföring av genetiskt material från en annan bakterie, eller genom överföring via en vektor (en baketriofag). Ett av de stora problemen idag är den ökande resistensspridningen hos bakterier. Denna har ökat till följd av att mer antibiotika används och sprids i naturen. En av de stora källorna till antibiotika i miljön är modern akvakultur. Detta illustreras av den utbredda användningen av profylaktisk antibiotika inom branschen, särskilt i utvecklingsländerna, för att förebygga bakterieinfektioner. Användningen av ett stort antal olika antibiotikatyper i enorma mängder, inklusive icke-biologiskt nedbrytbar antibiotika, gör att antibiotika ackumuleras i sediment och vattenpelare och utövar ett selektivt tryck under långa tidsperioder. Detta har resulterat i en enorm ökning av antibiotikaresistenta bakterier i akvatiska miljöer, inkluderat arter som är patogener på fisk och skaldjur, och i ökad överföring av resistens till sjukdomsalstrande bakterier associerade med människan. Det krävs nu globala insatser för att främja mer omdömesgill användning av antibiotika inom vattenbruk, och ökad kunskap om hur antibiotikaresistens sprids i akvatisk miljö.  Vi vill i vårt multidisciplinära projekt bidra med kunskap för att minska spridningen av antibiotika i marin miljö. Vi vill testa en ny hypotes som innebär att antibiotikaresistenta bakterier associerade med planktonorganismer sprids till andra marina områden via havsströmmar och därmed sprider resistensgener till nya bakteriepopulationer. Det finns studier som visar att skadliga bakterier kan nå global spridning på detta vis och det finns all anledning att anta att resistens kan färdas på samma sätt.  Vårt övergripande mål är att kunna utveckla en handlingsplan för etablerade vattenbruksmiljöer i Asien och för tillväxande vattenbruksmiljöer i östra Afrika. Handlingsplanen kommer att vara baserad på empiriska resultat från samhällsvetenskapliga och biologiska-oceanografiska studier. Vi använder oss av fyra vattenbruksmiljöer i Indien som representerar olika produktionsintensitet och historisk bakgrund. I den samhällsvetenskapliga delen av projektet kommer vi att undersöka förutsättningarna för användande av antibiotika i vattenbruk. Varför använder man antibiotika, hur mycket används, har användandet ändrats över tid, och är man medveten om miljöriskerna som antibiotikaanvändning innebär? Vi kommer att utföra en ekosystem tjänst-baserad analys av kostnaden och nyttan av antibiotika användning för varje område och jämföra dem. Vidare så kommer vi att undersöka antibiotika från produktion till användande ur ett politiskt-ekonomiskt perspektiv. Detta för att vi ska kunna identifiera var i kedjan en strategisk handlingsplan för begränsad antibiotika användning kan få störst genomslagskraft.  Insamlande av biologiska data kommer att ske i samma vattenbruksmiljöer. Vi kommer initialt att definiera ett genetiskt fingeravtryck för varje vattenbruksområde som kopplar till den lokala användningen av antibiotika. Det genetiska fingeravtrycket kommer troligen att bestå av densiteten och förekomsten av specifika antibiotika resistenta gener, men den kan även innehålla klonspecifika genetiska markörer hos bakterier som kan tänkas vara bärare av antibiotika resistens och som vanligtvis associerar med växtplankton. Själva insamlandet går till så att vi samlar in planktonprover och extraherar DNA. Sen gör vi en metagenom sekvensering. Den data vi erhåller bearbetas med bioinformatisk analys och jämförs med databaser som innehåller tusentals aminosyrasekvenser kända för att medföra antibiotika resistens. Vi kommer sen att försöka följa detta genetiska fingera The use of antibiotics in aquaculture is a hazard associated with the development and spread of antibiotic resistance genes (ARG) in marine environments. Bacteria are carriers of ARGs and associated with planktonic organisms, and studies of plankton and oceanic circulation may provide new insight into the spread of resistance. However, to establish fair and effective governance of antibiotic use, especially in developing countries where aquaculture production is an important source of livelihood and revenue, it is also necessary to know the driving forces behind the usage. Our aim is to produce a synthesis, based on biophysical and socioeconomic factors, for policy recommendations for Asia and East Africa. The synthesis will be based on empirical results and we will address where and on which level remedies to prevent antibiotic resistance spread are most effective. More specifically, we will investigate the local economic role of, and need for antibiotics and produce a cost-benefit analysis. We will map the flow of antibiotics from production to use in order to identify points in the value chain where restrictions would be fair and effective. Further, we will use metagenomics to identify genetic fingerprints of the ARG pool from four aquaculture sites. The spread of specific ARG patterns are hypothesised to be linked to the dispersal of phytoplankton and will be projected by oceanographic connectivity models and verified with repeated sampling at different geographic scales.