Gendykk i norsk natur gir ny kunnskap om biologi

Nå har vi endelig verktøyene til å kartlegge det komplette arvestoffet til alle artene på jorda. Det vil gi oss verdifull innsikt i en arts biologi og evolusjonshistorie. Arvestoffet til over 100 norske arter er allerede sekvensert og flere er på vei. Dagens biologer nøyer seg ikke med å observere. De studerer også artenes arvestoff. Så langt har over 100 norsk-levende arter fått kartlagt arvestoffet, noe som er imponerende. Det gjenstår imidlertid en stor jobb om vi skal sekvensere alle de 43 705 kjente artene av sopp, planter og dyr som lever i norsk natur.

Skrevet av: Ole Kristian Tørresen (UiO), Inger Skrede (UiO), Simen Rød Sandve (NMBU), Sissel Jentoft (UiO), Kjetill S. Jakobsen (UiO), Ole Johan Borge (Bioteknologirådet). Publisert første gang desember 2018 i forskning.no

Detaljkunnskap om 39 norske fiskearter
For en kystnasjon som Norge var det ikke overraskende at det var torsken som i 2011 var først ute med å få det komplette arvestoff sitt genomsekvensert av norske forskere. Vi fant at torsk mangler en vesentlig del av immunsystemet som annen fisk og mennesket har, som gjør at det ikke er mulig å lage vaksiner til torsk på sammen måte som for laks og mennesker. Siden den gang er hele 39 norsk fiskearter sekvensert, inkludert bergylt og grønngylt som benyttes som «lusespisere» i oppdrettssammenheng, samt de to viktige fiskeparasittene lakselus og gyro (Gyrodactylus salaris).

På verdensbasis har en rekke arter fått sekvensert arvestoffet sitt. Menneskets genom var tidlig ute i 2003 og la grunnlaget for videre arbeid med andre arter. Kua, for eksempel, fikk genomet sitt ferdigstilt i 2009. Det stopper imidlertid ikke med ku og fisk. Isbjørn, grønlandshval, ulv, og brunbjørn er sekvensert. Spurv er foreløpig den eneste fuglen som er sekvensert av norske forskere, men vi vet at også arvestoffet til norske arter som kråke, ravn, svart-hvit fluesnapper og blåmeis er sekvensert.

Fluesopp og hussopp
Neste gang du ser ei fururotkjuke eller rød fluesopp i skogen, kan du fortelle turkameraten din at norske forskere kjenner alle genene deres. Med innsats fra norske forskere er over 35 norske sopparter sekvensert, inkludert ekte hussopp og ulike Fusarium sopper. Dette er sopparter som gjør skade på bygninger og avlinger. I tillegg blir det nå sekvensert sjeldne sopparter i havet, som vi foreløpig vet veldig lite om. Norske forskere er også involvert i sekvensering av alger og encellede organismer (protister) i hav og ferskvann.

Hva med plantene? Her er det ofte snakk om store og kompliserte genom. Med bidrag fra norske fagmiljøer har internasjonale konsortier kartlagt flere arter med gress, hvete og trær som gran og osp. I tillegg er forskningsgrupper i Norge i gang med å sekvensere en rekke andre planter.

Fra lommelykt til flombelysning med genomsekvensering
Hvorfor er genomsekvensering så viktig? Mens vi tidligere kunne se på enkeltgener, kan vi i dag studere hele arvestoffet. Det er som å gå fra en liten lommelykt til å sette på flombelysning – vi kan se alt.

Det gjør at vi kan sammenligne både nært- og fjernt beslektede arter på en helt ny måte. Det gir ny innsikt i hvordan arter oppstår, og hva som er de unike genetiske egenskapene til en art. Det er fortsatt utrolig mye vi ikke vet. Hvorfor er for eksempel mennesker og sjimpanser så forskjellige selv om genomene våre er totalt sett 98,8 prosent like? Nye verktøy gir nå gradvis innsikt slik at det er mulig å forstå de funksjonelle forskjellene mellom artene på jorda.

Mer kunnskap om organisering av arvestoffet
I dag vet vi lite om hvorfor genene og kromosomene er som de er. Ulike arter har også løst dette på helt forskjellige måter. For eksempel har laks 29 par kromosomer, mens harr, en annen laksefisk, har rundt 100 par kromosomer. Antallet behøver ikke være konstant heller. Vi har sopparter der antall kromosomer variere fra individ til individ innen samme art. Særlig gjelder dette sopparter som forårsaker sykdom på andre levende vertsorganismer. Vi tror årsaken kan være at det gir soppen stor fleksibilitet til raskt å kunne endre seg for å lykkes i rustningskappløpet mot vertsorganismen.

Ved å studere mange ulike arter vil vi kunne få innsikt i hvilken grad organiseringen er viktig, eller om det først og fremst er resultat av en serie tilfeldigheter. I dag tyder mye på at hvordan gener er organisert, er viktig for en art.

Avslører genetiske forskjeller
Langs norskekysten finner vi to varianter av torsk, kysttorsk og skrei. Skreien, som er den vi oftest spiser, er kjent for sin lange årlige vandring fra Barentshavet til gyteområder, hovedsakelig i Lofoten. Skreien er en av de største fiskebestandene i verden med stor økonomisk nytte.

Kysttorsken derimot består av lokalt tilpassete og betydelig mindre fiskebestander i kystnære strøk og i fjorder. Hvis all kysttorsken blir fisket opp fra en fjord, vil det derfor kunne ta lang tid før den eventuelt kommer tilbake. Derfor er det viktig å kunne skille mellom disse to variantene.

Ved hjelp av genomsekvensen har norske forskere funnet forskjeller mellom skrei og kysttorsk. Disse kan brukes til å bestemme hvilken variant som blir fisket, og kan bli et verktøy for å sikre en bærekraftig forvaltning av torsken.

Artens betydning i økosystemet
Genomsekvensering har også stor betydning for hvordan vi forstår samspillet i naturen. Ta for eksempel sopp, som spiller en viktig rolle i skog. De er både nedbrytere av organisk materiale og livsviktige samarbeidspartnere for trær via rotsystemet. Dette samarbeidet kalles «sopprot».

Norske forskere har bidratt til forståelsen av hvorfor sopparter som danner sopprot mangler flere essensielle nedbrytingsenzymer. Årsaken er at de bør unngå å skade treet som soppen samarbeider med. Ved å sammenlikne genomene til nært beslektede sopparter, kan vi forstå hvilke gener som er involvert i disse egenskapene.

Laksens genetiske hemmeligheter
Visste du at for å bli en «storlaks» må du ha en spesiell mutasjon i genet VGLL3? Dette genet kontrollerer hvor mange år laksen oppholder seg i havet før den blir kjønnsmoden. Over en tidsperiode på 40 år har storlaksen vært i nedgang i Tanaelva.

Med ny DNA-kunnskap vet vi nå at dette kan forklares med at færre laks er bærere av denne «storlaks-mutasjonen». Det er derfor sannsynlig at endrede havforhold gjør at en laks i dag har høyere dødelighet i havet enn tidligere. Informasjon fra genomsekvenser har også vist hvordan innblanding av oppdrettslaks i villakspopulasjo-ner fører til endringer i hvor gammel laksen er når den returnerer til elvene.

Hvilke arter finnes i havet?
Alt som lever mister litt DNA hver eneste dag. I havet flyter det derfor biter av DNA rundt fra alle artene som finnes der. Har vi kjennskap til arvestoffet til alt liv, kan vi finne ut hvilke arter som er i nærheten ved å sekvensere alt DNA i et par liter sjøvann. Dette kan brukes til å følge hvilke arter som vandrer nordover på grunn av klimaendringer, eller for å se om uønskete arter har kommet til Norge.

Betydning også for mennesker
Alt levende har et felles utgangspunkt. Vi deler overraskende mange gener med så fjernt beslektede arter som gjærsoppen du bruker i julebaksten, bananflua som flyr irriterende over kjøkkenbenken, lutefisken du spiser i desember og granbaret du pynter til jul med. Forskjellene kan si noe om hva som skiller ulike arter, men likheter er minst like interessante.

Har fjernt beslektede arter en gensekvens som er helt lik, er det all grunn til å tro at denne gensekvensen har en viktig funksjon. Finner vi lik-heter vi ikke kan forklare, er det særlig spennende å studere videre fordi området må ha en viktig rolle siden det er bevart gjennom evolusjonen.

Likheter kan også brukes for å finne årsak til sykdom hos mennesker. Når en pasient får sekvensert genene sine, finner vi ofte en rekke mutasjoner vi ikke vet konsekvensene av. Vanligvis er de fleste mutasjoner ufarlige. Utfordringen er å skille ufarlige mutasjoner fra de som gir sykdom. Til denne detektivjobben kan vi bruke informasjon fra andre arters genom. Dersom mutasjoner i pasienters gener befinner seg i gener som er uendret gjennom millioner av år i mange arter, er sjansen stor for at mutasjoner her vil gi alvorlige effekter.

Mangler fortsatt brikker i naturens puslespill
Felles for de aller fleste genomene som er kartlagt, er at de ikke består av sammenhengende sekvenser som utgjør hele kromosomer. Hos mennesker finnes genomet organisert i 23 par kromosomer. En perfekt genomsekvens vil derfor bestå av 23 fullstendige og sammenhengende DNA-molekyler, med genene plassert etter hverandre. Dette er ikke en gang tilfellet for menneskets genom i dag, da det fortsatt er huller. Selv om det er relativt enkelt å pusle sammen sekvensen til hvert enkelt gen, er det mye mer utfordrende å få plassert genene – og sekvensene som er mellom genene – i riktig rekkefølge på kromosomene.

Jobben kan sammenlignes med å legge et vanlig puslespill. Tenk deg at motivet er en himmel med en del fugler. Det er relativt lett å få puslet de ulike fuglene, men å få de plassert riktig når hele bakgrunnen er jevnt blå, er veldig vanskelig.

Denne utfordringen gjør at vi så langt har mindre kunnskap om sekvensen mellom genene. Det er uheldig fordi det er her vi finner sekvenser som regulerer når et gen skal være aktivt eller ikke.

Dagens sekvenseringsteknologi utvikler seg raskt, og vi er tidsvitner til en teknologisk revolusjon. De genomene som nå blir kartlagt, vil snart bli utført med metoder som gjør dem så og si komplette. Men selv om instrumentene til både å sekvensere og analysere arvestoffet blir bedre, gjenstår det fortsatt mye arbeid før vi har lagt det fulle og fortsatt kompliserte genompuslespillet.

Share on Facebook0Tweet about this on TwitterShare on Google+0

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *