Image
Mann står i elv og fisker med lakseutstyr.

Ingen steder skjer utryddelsen av arter raskere enn i ferskvann. Illustrasjonsfoto: Colourbox

Ny lab-teknologi skal redde fisk fra pest og parasitter

Krepsepest, froskedød og parasitten gyrodactylus salaris skal bekjempes ved å bygge et helt laboratorium for miljøovervåking på en liten databrikke.

Skadelige, invaderende og sykdomsfremkallende organismer i naturen er ikke alltid lette å oppdage. Gjennom å utvikle metoder for automatisk analyse av miljø-DNA, vil Alexander Eiler gjøre det enklere. Målet er å bevare og sikre sårbare økosystemer og bremse utryddelsen blant arter av alle slag som lever i ferskvann.

Fakta

Automatisk miljøovervåking i ferskvann

Forskningsrådet har gitt Miljødirektoratet ti millioner kroner til et prosjekt der målet er å utvikle ny teknologi for automatisk miljøovervåking av fremmede arter og skadelige sykdomsorganismer i ferskvann.

Senter for biogeokjemi i antropocen (CBA) ved Universitetet i Oslo er en av tilsammen 21 offentlige og pivate aktører som er involvert. Prosjektet er et samarbeid med blant annet SINTEF, Universitetet i Bern, Universitetet i Göteborg og selskapet eDNA Solutions. Hvert av miljøene har spisskompetanse som trengs for å sette sammen mange ledd i en komplisert prosess.

Et samarbeid mellom 21 aktører skal bidra til å utvikle teknologi for automatisert miljøovervåking av fremmede arter og skadelige sykdomsorganismer. To eksempler er krepsepest og lakseparasitten Gyrodactylus salaris. Mer om dem litt senere.

Teknologien vil også gjøre det mulig å svare på det grunnleggende spørsmålet om hvilke mekanismer som styrer biologisk mangfold og hvordan klimaendringer vil påvirke biologisk mangfold.

Hva er miljø-DNA?

Siden cellene i alle levende organismer inneholder DNA, finnes DNA i avføring og rester av vev fra dyr, fisk og alle organismer som lever i vann. Ved å ta vannprøver i naturen og hente ut og analysere DNA, er det mulig å fastslå hvilke organismer som lever i vannet. Denne formen for DNA kalles eDNA (environmental DNA) eller miljø-DNA.

Teknologien brukes til å overvåke alle typer organismer – fra bakterier og virus til planter og pattedyr. Forskerne drar ut i felt, tar prøver og analyserer dem i laboratoriet. Men dette er omstendelige og ressurskrevende prosesser som begrenser omfanget av overvåkningen.

– Automatisk miljøovervåking med miljø-DNA vil gi oss enorme fordeler i å oppdage og bekjempe skadelige organismer i ferskvann. Dersom vi får et automatisk varsel ved første spor av en skadelig organisme, vil vi kunne sette inn umiddelbare tiltak, sier Ellen Hambro, direktør for Miljødirektoratet, i en pressemelding.

Størst artsutryddelse i ferskvann

– Jeg er opptatt av ikke bare å forstå verden, men også gjøre noe for å redde artsmangfoldet, sier Alexander Eiler, professor i mikrobiell økologi. Foto: Dag Inge Danielsen/UiO

– Vi har alt på plass, og de meste fungerer i laboratoriet. Utfordringen er å overføre laboratoriet til en liten brikke som kan produsere data i felt, forteller professor Alexander Eiler ved Senter for biogeokjemi i antropocen på UiO.

Han har forsket på miljø-DNA siden han begynte forskningskarrieren for snart 20 år siden. Nå jobber han i et internasjonalt team bestående av ti forskere fra ulike fagfelt, som alle har lang erfaring med miljø-DNA og er opptatt av det store bildet.

– Vi har god kunnskap om at varmere klima fører til nye, invaderende arter i skandinavisk natur. Men det er også mange andre miljøendringer som virker inn på økosystemene og påfører artene stress. Blant annet eksisterer det ulike patogener, altså sykdomsfremkallende organismer, som på grunn av miljøendringer lettere infiserer amfibier, fisk og andre dyr, sier Eiler.

Tempoet i utryddelsen av arter verden over er aller høyest i ferskvann. Det viser kvantitative undersøkelser, forklarer han.

– Det har å gjøre med at vi mennesker er avhengige av vann til mange formål. Vi lager store dammer og kanaler som endrer økosystemene, og vi bygger hus og infrastruktur langs elver og sjøer. Dette endrer randsonen mellom land og vann, som er viktig for mange arter. Når leveområdene endres eller forsvinner, blir også artene borte. Så det er grunn til å rope varsku!

De aktuelle sykdomsorganismene er så små at de bare lar seg studere under mikroskop. Og de har oftest ikke tilstrekkelig med synlige kjennetegn til at de kan skilles fra hverandre ut fra hvordan de ser ut. Derfor brukes DNA-teknologien, som har flere fordeler. Blant annet kan standardiserte analysemetoder brukes mange steder og på mange prøver, slik at man får pålitelige resultater. I tillegg er det mulig å automatisere analysene, slik at overvåkingen blir mer ressurseffektiv.

Er du interessert i forskningsnyheter om realfag og teknologi: Følg Titan.uio.no på Facebook eller abonner på nyhetsbrevet vårt

Laboratorium på en brikke

– Ideen med prosjektet vi gjør for Miljødirektoratet, er at vi kan overføre metodene i laboratoriet vårt til en liten brikke som kan automatisere prosessene, forteller Eiler. 

For å avdekke hvilke organismer DNA'et stammer fra, brukes analyser basert på PCR-prinsippet. PCR (polymerasekjedereaksjon) er nå standard metode på en rekke områder, deriblant påvisning av koronavirus.

Forskerne bruker metoden for å oppkopiere og øke mengden av det spesifikke DNA-molekylet som de er ute etter. Det trengs nemlig en betydelig mengde DNA for at den videre analyseprosessen skal fungere. I laboratoriet skjer dette i kontrollerte former, blant annet under konstant temperatur. Ute i naturen vil det ytre miljøet variere. Derfor jobber Eiler og kollegene blant annet med å frysetørre kjemikalier som kan aktiveres gjennom væskesetting når analysene skal startes.

– Alt vi trenger, skal plasseres på en brikke. Teknologien kalles lab-on-a-chip. Vi overfører laboratorieutstyret og prosessene til en brikke som blir styrt av en elektronisk enhet veldig lik en mobiltelefon.

Froskedød og krepsepest

På Senter for biogeokjemi i antropocen har forskerne særlig sett på tre typer skadelige organismer som har stor påvirkningskraft på det biologiske mangfoldet:

  • Aphanomyces astaci er en parasittisk eggsporesopp som gir sykdommen krepsepest. Den kom til Skandinavia gjennom import av en fremmed krepseart (signalkreps), og den har utryddet den naturlig forekommende krepsen i flere vassdrag. Dermed får tap av artsmangfold også tydelige økonomiske konsekvenser.
  • Det samme kan sies om lakseparasitten Gyrodactylus salaris, som har kommet utenfra og infisert vill-laks i mer enn 50 vassdrag i Norge.
  • En tredje trussel mot det biologiske mangfoldet utgjøres av en gruppe parasittiske sopper som kalles chytrider. Disse har utryddet en rekke amfibiearter flere steder i verden og ført til fenomenet «froskedød». Hittil er ikke vår del av verden blitt rammet.

– Alle disse er gode eksempler på hvilke trusler vi står overfor her i Skandinavia og hvor akutt problemet er, forklarer Eiler.

Helt siden han sto i laboratoriet som ung student, har han drømt om å automatisere prosessene vi nå snakker om.

Morfar, poppelen og fotosyntesen

Eiler har vært opptatt av biomangfold og artsutryddelse så å si hele livet. Han har blant annet interessert seg for hvordan alt fra de minste organismer til store fisker flytter seg mellom innsjøer og vassdrag. Et eksempel er svartmunnet kutling (round goby), som hører hjemme i Svartehavet. I løpet av få år har den nå spredt seg via kanaler og båttransport gjennom hele Europa og blitt utbredt i Østersjøen.

– For å unngå at slikt skal skje, kan vi sette inn politiske tiltak, og vi kan be folk være forsiktige når de flytter seg mellom vassdrag. Men vi ser også for oss at vi gjennom å analysere store datamengder, kan få bedre oversikt over hvordan vi som mennesker påvirker biodiversitet og artsmangfold. Hvor stort fotavtrykk setter du på biomangfoldet når du kjøper en bil eller bygger et hus?  Dette vil det være fullt mulig å regne ut om noen år. Hvis det er politisk vilje til det, kan vi få et biodiversitetsregnskap på linje med klimaregnskap, sier Eiler.

– Jeg har alltid vært opptatt av å forstå verden. Nå tenker jeg mer på hvorfor vi gjør så mye feil, selv om vi forstår mye. Derfor er jeg opptatt av å gjøre noe som kan bidra til å bevare planeten.

Eiler vokste opp i Østerrike og forteller om en opplevelse han hadde i fjellene der mens han fortsatt var i førskolealder.

– Jeg sto sammen med morfar utenfor huset til mine besteforeldre, der det vokste en stor poppel. Morfar viste meg treet og fortalte meg om fotosyntesen. Han forklarte på en så fin måte hvordan den fungerer og hvorfor den er så viktig. Jeg så for meg solstrålingen og strømmen av vann og oksygen og karbondioksid. Jeg så bildene, flyten, fargene. Det gjorde noe med meg og vakte en interesse, som aldri slapp taket. Fortsatt ser jeg mye i bilder, farger og prosesser. Og det er fint å tenke på at morfar og fotosyntesen ble et startpunkt for mitt forskerliv.

Les mer om eDNA på Titan.uio.no:

– DNA-analyser av jordprøver kan brukes til å kartlegge naturtyper