Vísindi á mannamáli, forvarnir gegn bakteríusýkingum í fiskeldi

Bjarnheiður K. Guðmundsdóttir, vísindamaður og kennslustjóri framhaldsnáms við Læknadeild Háskóla Íslands, mun fjalla um rannsóknir á fisksjúkdómum og þróun forvarna gegn sjúkdómum í fiskeldi í fimmta erindi fyrirlestraraðarinnar Vísindi á mannamáli í Háskóla Íslands. Rannsóknirnar stundaði Bjarnheiður á Tilraunastöð Háskóla Íslands í meinafræði að Keldum. Erindið verður í Hátíðasal Háskóla Íslands þriðjudaginn 24. mars nk. kl. 12.10.

Fiskeldi er í miklum vexti á heimsvísu en um helmingur fiskafurða kemur nú úr eldi. Kýlaveikibróðir er sjúkdómur sem herjar á allar tegundir í fiskeldi á Íslandi, en hann orsakast af bakteríunni Aeromonas salomonicida. Í erindinu verða kynntar rannsóknir á eðli bakteríunnar og samspili hennar við hýsil, bæði í sýkingu og við myndun ónæmisvarna. Margar bakteríur nota sérstök samskiptakerfi byggð á þéttniskynjun til að stjórna tjáningu gena við mismunandi aðstæður. Í ljós hefur komið að bakterían sem veldur kýlaveikibróður nýtir þéttniskynjun til að stjórna framleiðslu sýkiþátta. Með tilraunum var hægt að rjúfa þéttniskynjun bakteríunnar og draga þannig úr sýkingarmætti. Mikill munur er á ónæmisviðbrögðum í laxfiskum og þorski gegn sýkingu bakteríunnar. Sá munur þýðir að bólusetningar í forvararskyni henta laxfiskum en ekki þorski.

Bjarnheiður og félagar uppgötvuðu við rannsóknir sínar að Keldum áður óþekkt bakteríueitur, ensímið AsaP1, sem reyndist öflugur mótefnavaki. Með erfðatækni voru útbúin stökkbreytt óeitruð afbrigði (toxoíð) af AsaP1 ensíminu, sem gáfu samt mótefnasvar. Geni fyrir óeitraða afbrigðið var komið fyrir í bakteríunni. Þessi erfðabreytti stofn var síðan notaður til að bólusetja bleikju. Tilraunir leiddu í ljós að bóluefnið veitir öfluga vörn gegn kýlaveikibróður í laxfiskum. Erfðafræðilegar aðferðir hafa ekki áður verið notaðar til að útbúa toxoíð fyrir fiskabóluefni en bóluefni fyrir menn eru mörg byggð á slíkum prótínum. Þessar rannsóknir hafa leitt í ljós nýja þekkingu á eðli sýkilsins og samspili hans við hýsil sinn sem nýta má við þróun öflugra sjúkdómsvarna.

Á Íslandi er fyrirhuguð mikil aukning í eldi laxfiska og Senegal-flúru á komandi árum. Auk þess er Ísland stærsti útflytjandi laxahrogna í heiminum. Fæðuframboð og umhverfisþættir setja fiskeldi skorður og eru afföll vegna sjúkdóma um 10%. Góðar vistvænar forvarnir gegn smitsjúkdómum eru því mjög mikilvægar fyrir uppgang atvinnuvegarins.

Um Bjarnheiði K. Guðmundsdóttur
Bjarnheiður K. Guðmundsdóttir lauk BS-gráðu í líffræði frá Raunvísindadeild Háskóla Íslands árið 1972 og B.Ed.-gráðu frá Kennaraháskóla Íslands  árið 1981. Hún starfaði sem grunnskólakennari frá 1974-1985, við Líffræðistofnum Háskóla Íslands 1985-1986 en hóf í kjölfarið störf við Rannsóknadeild fisksjúkdóma á Tilraunastöð Háskóla Íslands í meinafræði að Keldum og starfaði þar til 2014. Árið 1997 lauk hún doktorsprófi í Líf- og læknavísindum frá Læknadeild Háskóla Íslands. Hún var aðjúnkt í rannsóknartengdu framhaldsnámi við Læknadeild frá 2002-2014 en tók nýverið við starfi kennslustjóra framhaldsnáms við Læknadeild. Bjarnheiður hefur verið hópstjóri á Lífvísindasetri Háskóla Íslands frá árinu 2011.

Um fyrirlestraröðina
Vísindi á mannamáli er ný fyrirlestraröð  Háskóla Íslands sem hófst haustið 2014 að frumkvæði Lífvísindaseturs og Líffræðistofu Háskóla Íslands. Markmiðið er að varpa ljósi á það hvernig vísindamenn háskólans reyna að afhjúpa leyndardóma náttúrunnar og hvaða þýðingu vísindarannsóknir hafa fyrir daglegt líf fólks. Erindið er öllum opið meðan húsrúm leyfir.

Fyrri erindi fyrirlestraraðarinnar

Mæði-visnuveirur í sauðfé og tengslin við alnæmi

Jarðeldur á söndum norðan jökla

 

Brjóstakrabbamein og leitin að bættri meðferð

 

Verðmæti vísinda

Hver var Henríetta Lacks og hvað eru HeLa-frumur?

Árið 1951 innritaðist rúmlega þrítug kona, Henrietta Lacks (1920–1951), á John Hopkins-spítalann í Baltimore sem á þessum tíma var einn fárra spítala sem meðhöndluðu blökkufólk. Ástæða spítalavistarinnar var hnútur í kviðarholi sem læknar greindu síðan sem krabbamein á leginu. Því miður dugði meðferð ekki til að bjarga lífi hennar en hún lést október þetta sama ár. Seinna kom í ljós að orsökin var HPV-sýking sem er ein algengasta orsök leghálskrabbameins.

Arnar Pálsson. „Hvað eru HeLa-frumur?“. Vísindavefurinn 9.3.2015. http://visindavefur.is/?id=69338.

 

Henrietta Lacks (1920-1951)

Á meðan á meðferð Henríettu stóð voru frumur fjarlægðar úr æxlinu og setti vísindamaðurinn George Gey (1899-1970) þær í rækt, að Henríettu forspurðri. Á þeim tíma var vefjarækt ung fræðigrein. Frumur úr fólki og dýrum entust yfirleitt takmarkaðan tíma í rækt. Venjulegar líkamsfrumur geta bara skipt sér í nokkra daga eða vikur í ræktunarskál áður en þær sýna hrörnunarmerki og fara að deyja. Georg og félagar tóku hins vegar eftir því að æxlisfrumur Henríettu gátu skipt sér oftar, miklu oftar en aðrar frumur. Þær uxu hraðar og betur en allar aðrar frumur og áttu eftir að öðlast annað líf. Ástæðan fyrir því að þær entust lengur en aðrar frumur og virtust ekki hrörna er sú að æxlisfrumur brjóta reglur fjölfruma dýra þar sem þroskun og vöxtur er undir strangri stjórn (annars fara hlutföll vefja og líkamshluta úr böndum og fleira með).

Frumurnar hennar Henríettu Lacks hlutu nafnið HeLa-frumur. Þær hafa nú lifað í rúm 60 ár á tilraunastofu, sem er helmingi lengur en formóðir þeirra. Talað er um HeLa-frumulínur því þær eru allar komnar frá upprunalega sýninu úr krabbameini Henríettu Lacks. Þar sem hægt er að fjölga HeLa-frumum takmarkalaust má kalla þær ódauðlegar. Rót ódauðleikans er ensímflóki sem kallast telómerasi, sem verndar endalitninga. Ensímflókinn starfar ekki í líkamsfrumum en er ofvirkur í mörgum krabbameinsfrumum eins og HeLa.

Í vísindum skiptir miklu máli að gera tilraunir við staðalaðstæður. Frumulíffræðin fæddist um miðbik síðustu aldar og þarfnaðist vinnuhests sem reyndist vel á mismunandi tilraunastofum. HeLa-frumur urðu sá vinnuhestur. Frá 1951 hafa þær verið notaðar í meira en 67 þúsund rannsóknagreinar og liggja að baki um 11.000 einkaleyfa. Þær reyndust sérstaklega notadrjúgar fyrir rannsóknir á veirum. Jonas Salk (1914-1995) notaði til dæmis HeLa frumur til að þróa bóluefni gegn lömunarveiki. HeLa frumur hafa einnig reynst vel við rannsóknir á eitruðum efnum, krabbameinum, innviðum frumunnar og erfðasjúkdómum. Fjölmargar aðrar frumulínur eru nú í notkun, margar hverjar ættaðar úr æxlisvef sjúklinga. Frumurækt er flókinn búskapur og því selja einkafyrirtæki vottaðar frumur (HeLa og aðrar frumur) til að mæta þörf fyrir hreinleika og rekjanleika.

 

Mynd úr rafeindasmásjá af HeLa frumum sem hafa nýlokið skiptingu.

Nú er almennt viðurkennt að spyrja þurfi fólk hvort það vilji taka þátt í rannsóknum eða leyfi notkun á lífsýnum. Upplýst samþykki felur í sér að fólki er kynnt markmið rannsókna, væntanlegur ávinningur og mögulegar aðrar afleiðingar. Annað áður var og George Gey og aðrir veltu siðferðilegri hlið mála lítið fyrir sér þegar frumur Henríettu og annarra voru fyrst ræktaðar. Eins og áður kom fram var Henrietta ekki spurð og hvorki hún, eiginmaður hennar né börnin þeirra fimm vissu að frumur hefðu verið ræktaðar úr æxlinu og síðar orðið mikilvægar fyrir rannsóknir. Þótt Henrietta eða aðrir úr Lacks fjölskyldunni hafi ekki gefið leyfi fyrir notkun frumanna, úrskurðaði dómari í Kaliforníu að fyrirtækjum væri heimilt að selja HeLa-frumur. Röksemdin var sú að leifar sem falla til á spítölum væru ekki eign sjúklinga og mætti því hagnýta þær.

Lengi vel var lítill gaumur gefinn að sögu HeLa-frumna en undir lok síðustu aldar var farið að skoða uppruna þeirra. Árið 1996 var framlag Henríettu heiðrað af Morehouse-læknaskólanum í Atlanta, af yfirvöldum í Atlanta og Georgíufylki. Seinna hafa aðrir fylgt í kjölfarið og heiðrað framlag hennar. Árið 2010 kom út bók um Henríettu og frumurnar eftir Rebecca L. Skloot, Hið ódauðlega líf Henríettu Lacks (The Immortal Life of Henrietta Lacks). Þar er sagt frá því hversu fjölskyldan vissi lítið um frumurnar og eðli þeirra, og hversu sjaldan vísindamennirnir ræddu við fjölskylduna. Í bókinni spyr Deborah elsta dóttirin til að mynda „fyrst frumur móður okkar hafa gert svo mikið fyrir læknisfræðina, hví hafa börn hennar ekki efni á læknisþjónustu?

Fyrir tveimur árum raðgreindu vísindamenn við EMBL-rannsóknarstofnunina í Heidelberg í Þýskalandi erfðamengi HeLa-frumnanna. Markmiðið var að birta gögnin opinberlega. Ætla mætti að þeir hefðu lært af mistökum fortíðar, en þeir ráðfærðu sig ekki við Lacks-fjölskylduna eins og eðlilegt hefði verið í þessu tilfelli. Erfðaupplýsingar eru nefnilega einkaupplýsingar sem njóta friðhelgis. Í kjölfar opinberrar gagnrýni var mynduð sex manna nefnd, með tveimur fulltrúum fjölskyldunnar, sem á að fjalla um siðferðileg álitamál tengd hagnýtingu erfðaupplýsinga HeLa-frumnanna. Málið snýst nefnilega ekki bara um friðhelgi Henríettu Lacks sem lést fyrir meira en 60 árum heldur einnig um afkomendur þar sem í erfðamengi foreldris eru miklar upplýsingar um erfðamengi afkvæmis.

Samantekt

• Henrietta Lacks lést úr leghálskrabbamein 31 árs gömul.
• Úr æxli hennar ræktuðust frumur, nefndar HeLa, sem kalla má ódauðlegar.
• HeLa-frumur hafa verið nýttar í fjölmargar og merkilegar rannsóknir.
• Henrietta Lacks var ekki spurð að því hvort nýta mætti lífsýni hennar.
• Rétt er að fá upplýst samþykki áður en lífsýni eru nýtt til rannsókna.

Myndir:

• Mujeres Históricas: Henrietta Lacks | El Fanzine. (Sótt 18.02.2015).
• HeLa-V.jpg - Wikimedia Commons. (Sótt 17. 2. 2015).