Laks og markmus skal gøre os klogere på gådefuldt hologenom

Forskere fra Københavns Universitet har fået bevillinger på i alt 90 mio. kr. til på forskellige måder at studere hologenomet – samarbejdet mellem et dyrs egen arvemasse og dets tarmbakteriers. Laks og markmus spiller en afgørende rolle i det store forskningsprojekt, der handler om såvel miljø som udvikling af ny medicin.

Kan man finde ud af, hvordan et dyrs arvemasse samarbejder med de bakterier, dyret har i sit tarmsystem, åbner der sig en række muligheder – bl.a. for udvikling af ny medicin til mennesker og for mere effektivt opdræt af fx kyllinger og laks, så dyrene udnytter foderet optimalt.

Samarbejdet mellem dyrets egen arvemasse og arvemassen i de bakterier, det har i fordøjelsessystemet, kaldes under ét: hologenomet. Og studier af hologenomet – også hos mennesker – er et af de områder inden for den biologiske forskning, som nu for alvor tager fart.

Det er også baggrunden for en række bevillinger på i alt cirka 90 mio. kr. til studier af hologenomet, som et hold forskere ledet af professor Tom Gilbert fra Statens Naturhistoriske Museum (SNM) under Københavns Universitet lige har modtaget.

Hovedparten af den bevillingspakke på 90 mio. kr., han nu er blevet betroet det overordnede ansvar for, kommer fra EU, som bidrager med cirka 75 mio. kr. Resten af finansieringen stammer fra Lundbeckfonden, Det Frie Forskningsråd og Norges lakseindustri.

Pengene skal i de kommende år bruges til at finansiere et antal nøje udvalgte hologenom-projekter, der alle handler om at undersøge aspekter af et ganske bestemt spørgsmål, siger Tom Gilbert:
”Nemlig om man inden for én art – for eksempel hos laks eller kyllinger, men det samme gør sig gældende hos mennesker – i virkeligheden er nødt til at kalkulere med betydningen af dna-variationer fra individ til individ, når man prøver at påvirke tarmfloraen for at opnå noget bestemt?”

Laks og uvante bakterier
Spørgsmålet er essentielt, og det kan man illustrere med to eksempler, understreger Tom Gilbert:

”Det første handler om opdrætslaks – blandt andet de laks, der opdrættes i gigantiske indhegninger mange steder langs Norges kyst. Der kan være omkring 200.000 laks i samme indhegning, de får samme foder, men tilvæksten varierer meget kraftigt. Nogle fisk bliver virkelig store, op til 10 kilo, mens andre kun med besvær slæber sig op på et par kilo.”

Set fra lakseindustriens side, og i en større økologisk sammenhæng, er det ikke nogen ønskesituation – for det bedste ville være, hvis man kunne få en langt mere gennemsnitlig størrelse baseret på en optimal foderudnyttelse, siger Tom Gilbert:

”Der har i den sammenhæng været tænkt på, om man kan fremme fiskenes næringsoptagelse og tilvækst ved at påvirke deres tarmflora – for eksempel ved at putte den helt rette sammensætning af mikroorganismer i deres foder. Det er i princippet samme tanke som den, der ligger bag såkaldte probiotika til mennesker, hvor man sigter mod at fremme sundheden ved for eksempel at tilsætte mælkesyrebakterier til en række fødevarer. Lige som der i disse år også arbejdes med at prøve at udvikle løsninger, der kan bekæmpe det voksende fedmeproblem ved at give stærkt overvægtige personer tarmbakterier fra normalvægtige mennesker.”

”Problemet med disse typer manipulationer er imidlertid, at videnskaben ikke med sikkerhed kan sige, om det ønskede resultat virkelig er inden for rækkevidde, hvis man ’bare’ finder den helt rigtige cocktail af mikroorganismer, som kan befolke og positivt manipulere tarmsystemet.”

Og med denne usikkerhed in mente er vi i virkeligheden tilbage ved nødvendigheden af at udforske hologenomet, forklarer Tom Gilbert, og illustrerer denne pointe ved at servere sit andet eksempel:

”Det handler om mennesker, som bliver udsat for nye og uvante bakterier, blandt andet fra maden og drikkevandet. Det er for eksempel velkendt, at vesterlændinge, som rejser til Indien og andre lande i Østen, ofte får udtalte problemer med maven. Men hvorfor reagerer to mennesker, der har spist præcis det samme og været de samme steder, ofte meget forskelligt i denne situation? Hvorfor kan den ene være på toppen igen efter bare et par dage, mens den anden kan være uger om at komme sig?”

Tom Gilbert, der er ekspert i dna-analyser til belysning af evolutionsprocesser, mener, at forklaringen er, at forskellene i reaktionsmønster hos de to rejsende i vid udstrækning kan hænge sammen med særlige forhold i deres respektive dna, som igen bevirker, at deres tarmsystem håndterer de samme uvante bakterier på vidt forskellig måde:

”Lige som jeg altså også er af den opfattelse, at spørgsmålet om markante forskelle i tilvækst hos opdrætslaks fra samme art – fisk, der går i samme indhegning og får samme foder – formentlig også i vid udstrækning kan forstås på baggrund af genetiske variationer.”

”Så alt i alt giver det god mening at fokusere på hologenomet i en række forskellige sammenhænge for på den måde at få ny, konkret viden. Og det er det, vi nu er gået i gang med.”

Slagtetid
Kyllinger og opdrætslaks. Det er de to fødevarer, Tom Gilbert i første omgang skal underkaste hologenom-analyser – i samarbejde med tre kolleger fra Københavns Universitet: adjunkterne Morten Limborg og Antton Alberdi (begge fra SNM) og professor Karsten Kristiansen (fra BIO).

Forhåbningen er, at den nye viden, analyserne giver, kan gøre produktionen af både kyllinger og laks mindre ressourcekrævende og mindre miljøbelastende – og dermed også nedsætte behovet for anvendelse af antibiotika i processen, fordi dyrene via en fintunet tarmflora bliver bedre til selv at bekæmpe infektioner. Hvad laksene angår, har Tom Gilbert og et par af hans kolleger allerede været i marken – eller rettere på havet. Turen gik til den norske vestkyst, på højde med Bergen, hvor 450 opdrætslaks i alle størrelser måtte lade livet i den gode sags tjeneste.

Fra disse fisk tog forskerne et helt batteri af prøver af alt lige fra parasitter til tarmbakterier – og målte fedtprocent, kropslængde og vægt – lige som de foretog en lang række målinger relateret til den enkelte fisks eget dna.

”Ud fra disse mange forskellige målinger og analyser vil vi blandt andet se, hvordan hologenomet arbejder hos de fisk, der har størst tilvækst – og vi vil også studere bakteriesammensætningen i tarmsystemet hos både laks, der vokser hurtigt, og laks, som vokser langsomt,” siger Tom Gilbert.

Mus i fælderne
Et andet af de hologenom-forsøg, forskerne fra Statens Naturhistoriske Museum vil gennemføre, involverer markmus. Dette projekt ledes af adjunkt Antton Alberdi, som nu er gået i gang med at sætte fælder i et område i det nordlige Spanien, blandt andet i Baskerlandet, hvor der er populationer af fire arter markmus, der af en række årsager egner sig særlig godt til formålet.

I et meget kontrolleret laboratoriemiljø vil Antton Alberdi – i nøje overensstemmelse med dyreetiske forskrifter – lade musene gennemgå en lang række test, som inkluderer alt fra temperaturpåvirkninger til diætforandringer, faste, antibiotikapåvirkninger og sluttelig – inden de aflives – en serie fækalietransplantationer.

”Markmusene er af flere årsager ideelle, når man vil undersøge en række forhold, som mere generelt siger noget om hologenom-processer hos pattedyr,” siger Antton Alberdi:

”For det første er deres tarmflora stabil, fordi de kun spiser planteføde og holder sig til det, de kan finde i det område, de lever inden for – og ikke forlader. Derfor kender man også deres miljø og ved, at det er stabilt, hvilket igen betyder at man kan udelukke forstyrrende miljøpåvirkninger. Desuden er den genetiske variation inden for markmus langt større, end hvad man ser blandt mennesker og en lang række andre pattedyr – deres evolutionshistorie går meget langt tilbage.”

Hver eneste mus vil blive fuldt dna-sekventeret, hvilket aldrig tidligere er gjort i et hologenom-forsøg. På den måde vil Antton Alberdi i samarbejde med baskiske kolleger så i løbet af forsøget kunne måle, hvordan hver enkelt mus rent genetisk reagerer på de udfordringer, den udsættes for.

”Mit mål er at skabe et hidtil ukendt katalog over gener, der spiller en særlig central rolle for fordøjelsessystemets bakteriesammensætning og funktionsmåder,” siger Antton Alberdi.
De resultater, han kommer frem til, vil som udgangspunkt antages også at gælde for mennesker, fordi markmus og mennesker som pattedyr i en række basale henseender står hinanden nær rent genetisk.

Nyheder

Ny analysemetode afslører kroppens politimænd
19. november 2018
Verdens eneste terningformede lort kan nu forklares videnskabeligt
19. november 2018
Genetisk hurtigløb – hele vejen ned gennem det amerikanske kontinent
9. november 2018

Lundbeckfonden

Lundbeckfonden Ventures

Lundbeckfonden Emerge