Forskere har gjort en banebrydende opdagelse under studiet af laksefisk. En opdagelse giver nogle fascinerende svar om gener og genomers evolution. Forskerne har afsløret et manglende gen hos regnbueørred. Et gen der er afgørende - i hvert fald for funktionen af menneskers hjerte-kar-system. Denne opdagelse forbedrer ikke kun vores forståelse af fisks fysiologi og evolution, men har også implikationer for fiskeopdræt, forskning inden for menneskers sundhed og miljøbevarelse.
Adrenerge receptorer er ekstremt vigtige for, hvordan den menneskelige krop reagerer på adrenalin - hormonet, der får din krop klar til "kamp eller flugt"-respons. Vi ved dog ikke meget om, hvordan disse gener har udviklet sig. I en spændende ny undersøgelse har forskere studeret generne hos laksefisk. Forskningen giver grundlæggende viden om fiskefysiologi og evolution og kan have bredere implikationer for områder som forståelse af menneskers sundhed og sygdomme, lægemiddeludvikling og miljøbevarelse.
"Jeg har fundet et specifikt gen, en adrenerg receptor, som er essentiel hos mennesker, men fraværende hos regnbueørred, hvor det er gået tabt i evolutionen. Forståelsen af geners skæbne under duplicationer er vigtig, ikke kun for at forstå funktionelle forskelle og tilpasninger mellem arter, men også fordi regnbueørred og zebrafisk har været værdifulde i forskning som modelorganismer. Det er derfor vigtigt at tage de her begrænsninger med i betragtning og fortolke resultater omhyggeligt, når man bruger de her organismer som modeller for menneskelig biologi," forklarer postdoc William Joyce fra Institut for Biologi - Zoofysiologi ved Aarhus Universitet.
Meget dødeligt i pattedyr, når det mangler
For at afsløre regnbueørreds komplekse genetiske sammensætning måtte William Joyce først analysere et omfattende genomisk datasæt. Ved specifikt at undersøge genekspressionsmønstrene og tilstedeværelsen af specifikke receptorer, håbede han at få mere at vide om adreanalins rolle til regulering i ørreders kardiovaskulære system.
"Jeg granskede omfattende proteinsekvensdata og fandt overraskende ud af, at et adrenerg receptor-gen kendt som ß1-adrenerg receptor, der er afgørende for kardiovaskulær funktion hos mennesker og mange andre hvirveldyr, var fuldstændig fraværende hos regnbueørreder."
Dette fik Joyce til at dykke dybere ned i genomet. Han brugte bioinformatiske værktøjer til at bekræfte at genets faktisk ikke eksisterede, samt hvordan det kunne være forsvundet. Han udførte derfor en grundig genomundersøgelse af seks laksefiskearter fordelt på fem slægter: søørred, Donau laks, atlantisk laks, brunørred, søørred og selvfølgelig regnbueørred. Studiet afslørede en fascinerende opdagelse.
"Fraværet af genet hos regnbueørred viser et interessant fænomen relateret til hele genomduplikation, hvor nye genkopier kompenserer for tabet af andre gener, hvilket muliggør funktionel redundans og evolutionær tilpasning. Hos laksefiskene skete en sådan genomduplikation samtidig med, at de mistede ß1-adrenerg receptor, hvilket altså for dem formentlig betyder et forbedret miks af andre adrenerge gener, der samlet kompenserer for tabet den oprindelige receptor."
Forsigtighed ved fortolkningen af resultaterne
Der er altså en delikat balance mellem mulige fordele og ulemper ved gen-duplikation, og en bedre forståelse af de kompleksiteter kan kaste lys over geners skæbne under evolutionære begivenheder og deres indvirkning på genomet som helhed. Regnbueørred er den første kendte gruppe blandt hvirveldyr, der mangler det essentielle gen.
"Når det her gen mangler hos pattedyr er det lig den sikre død. Det spiller en vital rolle i forskellige fysiologiske processer, herunder kardiovaskulær funktion. Ørreders duplikerede genomer må derfor have gjort det muligt for dem at kompensere for tabet og udvikle alternative mekanismer."
Fisk, især regnbueørred og zebrafisk, er blevet bredt anvendt som modelorganismer i fysiologiske studier i flere årtier. De bruges til at forstå forskellige aspekter af fiskefysiologi, herunder kardiovaskulær regulering, der er afgørende for vækst og næringsstoftransport.
"Fiskene kan give værdifulde indsigter i menneskelige studier og lægemiddeludvikling. Ved at studere fraværet af dette gen hos fisk kan vi få indblik i de potentielle konsekvenser af dets tab, og hvordan andre gener kompenserer for dets fravær."
Denne viden kan bidrage til en bedre forståelse af menneskelige genetiske lidelser eller sygdomme, der er forbundet med gen-tab eller dysfunktion.
"Men med de nye resultater er det endnu vigtigere at udvise forsigtighed ved fortolkningen af resultaterne, med tanke på den komplekse natur af evolutionære processer og variationerne i virkningerne af gen-duplikation og -tab."
Relevant til at studere klimaændringers virkninger
William Joyce understreger, at forskningen først og fremmest drives af nysgerrigheden for at afsløre evolutionens mysterier og forbedre vores forståelse af den naturlige verden. De direkte anvendelser af denne forskning hos mennesker er da endnu heller ikke tydelige. Den ny viden bidrager dog i høj grad til viden om fiskebiologi og evolutionære processer - og ikke mindst deres unikke genetiske tilpasninger.
"Dette kan være relevant både for fiskeopdræt og miljøovervågning. Yderligere undersøgelser af den manglende adrenerge receptor-gen hos regnbueørred kunne give værdifulde indsigter i de potentielle begrænsninger eller tilpasninger, der er forbundet med receptorens fravær. Vi fokuserer derfor nu på at undersøge potentielle ulemper eller begrænsninger forbundet med tabet."
Konkret sigter de mod at bestemme, om visse betingelser, som fx høje temperaturer eller forurening, udgør udfordringer for fiskene, der mangler ß1-adrenerg receptor. Det er meget relevant at studere klimaændringernes virkninger på fisk, især med tanke på rollen af adrenerg stimulation i kardiovaskulære reaktioner.
"At undersøge de potentielle begrænsninger eller fordele ved gen-tab som reaktion på miljømæssige ændringer kan give værdifuld information til vurdering af klimaændringernes indvirkning på forskellige arter og økosystemer."
