Artikkel

Enormt mangfold blant fiskeartenes immunforsvar

De 30 000 fiskeartene som finnes er svært mangfoldige, også når det gjelder immunforsvaret
Fiskene er en stor og variert gruppe med ca. 30 000 arter - som også er svært varierte når det gjelder hvordan immunforsvaret virker. (Illustrasjon: Colourbox)

Enormt mangfold blant fiskeartenes immunforsvar

Forskeren Monica Hongrø Solbakken har undersøkt det genetiske grunnlaget for immunforsvaret hos 66 fiskearter og funnet et enormt mangfold. Dette kan hjelpe oss med å finne alternative måter for vaksinering av flere viktige fiskearter – som torsken.

Monica Hongrø Solbakken
- De som vil utvikle vaksine mot sykdommer hos torsk og mange andre fiskearter må tenke "utenfor boksen", sier Monica Hongrø Solbakken. Foto: Bjarne Røsjø Bruk bildet.

Det ble lenge antatt at immunforsvaret hos ulike fiskearter likner det vi kjenner fra mennesker og andre pattedyr, men i 2011 viste professor Kjetill S. Jakobsen ved Institutt for biovitenskap at torsken mangler en svært viktig del av immunforsvaret. Jakobsen har senere påvist at dette ikke bare gjelder torsken, men også andre arter blant torskefiskene (Gadiformes).

Torsken og dens nære slektninger i havet mangler den biten i immunforsvaret som kalles MHC II, og som er sentral i det systemet som sørger for at inntrengende virus og bakterier angripes med antistoffer. Dersom mennesket hadde manglet MHCII kunne et lite skrubbsår betydd døden. Men torskefiskene klarer seg helt fint, fordi de har et immunforsvar som fungerer på en annen måte enn hos menneskene.

Fant en enorm variasjon

Nå har doktorgradsstudenten Monica Hongrø Solbakken, med Jakobsen som en av veilederne, gått dypere inn i materien og vist at torsken ikke er den eneste fisken som har et spesielt immunforsvar: Hun har undersøkt det genetiske grunnlaget for immunforsvaret hos mange ulike fiskearter, og funnet en enorm variasjon.

Kjetill S. Jakobsen har ledet et prosjekt som gikk ut på å hel-sekvensere genene hos et stort antall fiskearter. Solbakken brukte hele datasettet fra dette prosjektet til å studere det genetiske grunnlaget for fiskeartenes immunforsvar.

– Jeg har undersøkt 66 fiskearter i tillegg til de 10 vi hadde undersøkt fra før, og det viser seg at det er veldig stor variasjon i hva slags gener ulike fiskearter har tilgjengelig for å forsvare seg. Fiskene har altså en rekke ulike medfødte strategier for å overleve sykdom, og strategiene er til dels svært forskjellige, forteller Solbakken.

– Det betyr blant annet at vi ikke kan vaksinere ulike fiskearter på den samme måten. Vi må isteden studere hver fiskeart for seg, tilføyer hun.

Vaksiner virker dårlig på torsk

Fiskeoppdretterne har hatt god fremgang med å utvikle vaksiner mot sykdommer hos laks, og det skyldes delvis at laksen har et immunforsvar som likner på det vi mennesker har. Derfor kan man vaksinere laks ved å gi dem svekkede versjoner av smittestoffer, og så produserer laksen antistoffer som er i beredskap til neste gang det samme smittestoffet angriper «på ordentlig».

Men når det gjelder torsk, har det vist seg vanskelig å utvikle effektive vaksiner mot sykdommer. Torskens immunforsvar produserer nemlig ikke antistoffer på vanlig måte – den evnen ligger i MHCII-delen. Torsken lager riktignok antistoffer, men forskerne diskuterer nå om disse antistoffene ikke blir skreddersydd mot spesifikke bakterier eller virus og dermed er mer generelle av natur.

Monica Hongrø Solbakken (i midten) under en prøvetakingstur til Sørøya i 2013.
Monica Hongrø Solbakken (i midten) under en prøvetakingstur til Sørøya i 2013, sammen med veilederen Sissel Jentoft og forskeren Martin Malmstrøm. Foto: UiO Bruk bildet.

– Vi vet ennå ikke nok om hvordan dette systemet faktisk virker i torsken, konstaterer Solbakken.

To slags fisk, grovt sett

Monica Hongrø Solbakken har skrevet en todelt doktoravhandling. Den ene delen beskriver evolusjonen av det varierte immunforsvaret hos fisk, mens den andre delen handler om funksjonelle studier av torskens immunforsvar.

– Det finnes grovt sett to slags fisk, vurdert ut fra immunforsvaret. Den ene gruppen består av laks og andre arter som oppfører seg som oss mennesker, og som bekjemper patogener med spesifikke antistoffer. Den andre gruppen består av torsken og andre arter som ser ut til å bruke mye cellulære responser i tillegg til antistoffer laget uten MHCII-systemet, forklarer Hongrø.

Forskningen hennes viser også at det medfødte immunforsvaret hos fiskene er tilpasset for hver enkelt art, ut fra hvor kaldt/varmt vann de lever i, om de lever nær overflaten eller i dypet, og så videre.

– Dette er en variasjon vi ikke har visst om tidligere – vi trodde heller at alle fisker hadde omtrent det samme forsvaret, sier Solbakken.

Innbruddstyven skrur av alarmen

Solbakken har blant annet gjort eksperimenter med å infisere torsk med bakterien Francisella noatunensis, som forårsaket alvorlige problemer i 2004 da den angrep torsken i mange oppdrettsanlegg. Eksperimentene hennes viste at selv torsk som var i nær slekt med hverandre, kunne reagere helt ulikt på bakterieangrep.

– Torsken har et sett med reseptorer som hele tiden tar prøver av hva som foregår inne i torsken. Hvis disse reseptorene plukker opp at et virus, en bakterie eller en parasitt har kommet inn i kroppen, setter torsken i gang et forsvar som i hovedsak går ut på å rekruttere en masse immunceller som kommer og spiser opp bakteriene. De torskene som klarer å sette i gang denne responsen fort nok, og med tilstrekkelig kraft, har en god sjanse til å overleve, forteller Solbakken.

Men hvis torsken ikke klarer å kvitte seg med Francisella-bakteriene fort nok, klarer bakteriene å komme seg inn i immuncellene som skulle spise dem opp – og der inne har bakteriene evnen til å skru av forsvarsmekanismene. Det blir litt som om en innbruddstyv skrur av alarmen.

– ­Dette så jeg tydelig i det datasettet jeg studerte: Nøkkelgener som skulle vært skrudd på ganske kraftig under en bakterieinfeksjon, var ikke skrudd på i det hele tatt. Da dør torsken, forklarer Solbakken.

Må tenke utenfor boksen

Også mennesker har dette forsvaret med immunceller som spiser opp inntrengere, men vi bruker det bare til de mer effektive antistoffene kommer på banen.

­– Hva betyr dette for fiskeoppdrettere som ønsker å satse på noe annet enn laks?

– Dette betyr, etter min mening, at de som vil utvikle vaksiner for nye fiskearter må tenke utenfor boksen. Det kan godt tenkes at det vil bli mulig å finne effektive vaksiner også for torskefisk og mange andre arter, men kanskje vaksinene må inneholde andre typer hjelpestoffer for å virke. Eller kanskje vaksinene må rette seg mot andre systemer i torskens immunforsvar, som vi ennå ikke vet nok om. Dette må man finne ut av før for eksempel torskeoppdrett kan bli stort, svarer Solbakken.

Monica Hongrø Solbakkens doktorgrad er finansiert av programmet Havbruk i Norges forskningsråd.

Kontakt:

Forsker Monica Hongrø Solbakken (@monicaSolbakken), Institutt for biovitenskap, Senter for økologisk og evolusjonær syntese

Mer informasjon:

Monica Hongrø Solbakkens disputas 11. oktober 2016

Vitenskapelige artikler:

Martin Malmstrøm et al.: Evolution of the immune system influences speciation rates in teleost fishes. Nature Genetics 48, 1204–1210 (2016)

Monica H. Solbakken et al.: Evolutionary redesign of the Atlantic cod (Gadus morhua L.) Toll-like receptor repertoire by gene losses and expansions. Nature Scientific Reports, 29. April 2016

Helene Mikkelsen og Marit Seppola: Response to vaccination of Atlantic cod (Gadus morhua L.) progenies from families with different estimated family breeding values for vibriosis resistance. Fish & Shellfish Immunology, Volume 34, Issue 1, January 2013, Pages 387–392.

Les mer på Titan:

Fiskenes gener forteller om verdenshavenes historie

Samlet «Big Data» om torsk

Metaforer fra tv-serien Skam forklarer hvordan immunsystemet virker

 

Les også

elementaerpartikler

Hvilken elementærpartikkel er du?

Ingvild Garmo Nilsson er antimyon. Hun jobber ved skolelaboratoriet på Cern, der de har laget en quiz som forteller deg hvilken elementærpartikkel du ligner mest på.

Professor Nils Christian Stenseth blar andektig i Mendels gamle manuskript

– Fantastisk opplevelse å få bla i Mendels manuskript

Professor Nils Chr. Stenseth har opplevd mye i løpet av en lang forskerkarriere, men besøket i St. Thomas-klosteret i den tsjekkiske byen Brno ble likevel noe utenom det vanlige. Der fikk Stenseth nemlig lov til å bla i et av biologiens aller viktigste verk: Munken Gregor Mendels håndskrevne originalmanuskript fra 1865.