Av Frøy Lode Wiig, frilansjournalist
Naturens mangfold er uutforsket, og livets veier uransakelige. Slik kan Hege Brandseggs yrkesliv oppsummeres hittil. Lite visste hun om hva fremtiden ville bringe da hun var ferdig utdannet bioingeniør i 2010 og klar for sin første jobb på Blodbanken på Gjøvik. Tolv år senere bruker hun arbeidstiden til å utvikle nye metoder for å DNA-analysere alt fra ørsmå parasitter til store rovdyr. I dag arbeider Brandsegg, som nå har stillingstittel overingeniør, ved Norsk institutt for naturforskning (NINA) i Trondheim.
– Jobben min er preget av uttesting og utvikling av metoder. Det liker jeg. I tillegg oppdager vi mye nytt som finnes i naturen. Klart det er spennende, sier Brandsegg.
På veien fra sykehuset på Gjøvik, via Universitetssykehuset Nord-Norge i Tromsø, til forskningslaboratoriet på Gløshaugen, har hun tatt en mastergrad i bioteknologi med spesialisering i mikrobiell økologi.
– På genetikklaboratoriet får jeg god bruk for grunnutdanningen min som bioingeniør, mener hun.
Når Brandsegg sier at de oppdager nye ting i naturen, mener hun det bokstavelig. Og hun har sine ord i behold: I vinter publiserte forskere ved NINA en rapport hvor de påviste 400 insektarter som aldri er funnet i Norge før.
Metoderevolusjonen
I Bioingeniøren nummer 2 i år var det en artikkel om hvordan nye metoder innen DNA-analyser nå gjør det mulig for rettsgenetikere å få frem DNA-profiler på biologiske spor som ikke kunne analyseres før. Kriminaletterforskning er langt fra det eneste feltet som har nytte av DNA-utviklingen. Innen naturforvaltning åpner nye DNA-metoder helt nye muligheter til å kartlegge artsmangfold, overvåke bestander og følge med på endringer i økosystemet.
– Ansatte på genetikklaboratoriet ved NINA har gjennom flere år testet og utviklet DNA-basert overvåkning av insekter. Norge er blant de første landene i verden som tar i bruk denne metoden for regulær overvåking, forteller genetiker og seniorforsker Frode Fossøy.
Arbeidet er viktig fordi uten insekter bryter naturen sammen. Insekter har en avgjørende rolle i pollinering, matproduksjon og nedbryting av avføring og døde dyr. Flere internasjonale studier har vist at en rekke insektarter er i ferd med å dø ut. Hvordan situasjonen er i Norge, er det ingen som vet sikkert.
Artsbestemmer insekter
Derfor er første steg å få oversikt over hvilke insektarter som fins i Norge i dag. Tidligere ble artsbestemmelse av insekter gjort ved å analysere ett insekt av gangen. Metoden var svært tidkrevende.
– Ved hjelp av DNA-metastrekkoding kan vi kjøre DNA-analyser av mange tusen insekter samtidig, forklarer Fossøy, som har ledet arbeidet med å utvikle den nye metoden.
Flyvende insekter fanges ved hjelp av malaisefeller. Den usorterte samleprøven, som kan inneholde flere tusen insekter og hundrevis av ulike insektarter, analyseres ved hjelp av DNA-metastrekkoding. Forskerne benytter små, karakteristiske deler av insektenes arvestoff til å identifisere de ulike artene. Hver art har sin strekkode, derav metodenavnet. Innen metastrekkoding leses millioner av korte DNA-fragmenter, som deretter sammenlignes med en referansedatabase for å bestemme hvilken art DNA-fragmentet stammer fra.
I over 20 år har forskere over hele verden arbeidet med å lage et felles internasjonalt referansebibliotek av DNA-strekkoder. Det heter Barcode of Life.
– Det har vært to store milepæler innen mitt felt de siste tjue årene. Den første var da sekvenseringsteknologi ble utviklet. Den andre er opprettelsen av en felles internasjonal database med strekkoder av alle verdens arter. For at metastrekkoding skal fungere, må vi ha noe å sammenligne med, sier Frode Fossøy.
Mangfoldig laboratoriearbeid
Insektovervåkning er bare ett av flere områder hvor NINA bruker DNA-analyser. Når overingeniør Brandsegg kommer på jobb hver morgen, vet hun sjelden hvordan arbeidsdagen på laboratoriet vil bli. Kommer det ingen prøver eller flere hundre? Årlig analyserer laboratoriet på NINA mellom 15-20 000 prøver, men prøvene er ikke jevnt fordelt.
Skal Brandsegg analysere prøver tatt i vann, luft eller jord? Er det prøve fra jerv, brunbjørn eller ulv? Laksefisk eller elvemusling? Skal prøven brukes som grunnlag for eventuell fellingstillatelse på ulv, eller er formålet å si noe om mangfoldet av bunndyr i en spesifikk innsjø?
– Variasjonen i prøvemateriale og arbeidsoppgaver er noe av det som gjør det morsomt å jobbe her. Vi analyserer DNA fra mange ulike arter og med forskjellige analysemetoder. Det gir en variert arbeidshverdag, sier Brandsegg.
Tidligere denne dagen har laboratoriet mottatt en hasteprøve med dyrehår. Det er mistanke om brunbjørn i Namsskogan. Bestillingen: Er det brunbjørn eller et annet dyr? Hvis det er brunbjørn, er den kjent fra før? Resultatet må være klart i løpet av kort tid, helst innen 48 timer.
I saker som denne er analysen relativt enkel: Laboratoriet utfører DNA-analyse for å bestemme kjønn og identifisere individer. Dersom en prøve resulterer i en godkjent DNA-profil, sjekkes profilen mot DNA-registeret for brunbjørn (se sidesak) for å se om dette er en gammel kjenning eller et nytt bekjentskap.
DNA-analyserer laksefisk
Blant de andre prøvene på laboratoriet er en pose med fiskeskjell fra laks i Drammenselva.
– Det er mange ivrige sportsfiskere som sender skjellprøver til oss. Det er vi glade for. Et enkelt fiskeskjell kan gi oss informasjon om fiskens alder og vekst, og hvor mange år den har vært i elva før den går ut i havet, sier Brandsegg.
Ikke minst kan skjellprøver avdekke om det er oppdrettslaks som har rømt, eller villaks som har hatt tilholdssted i elva i generasjoner. I dag er det bare rundt 400 000 villaks igjen i Norge. Laksen vender tilbake til samme gytested i hundreår etter hundreår, og tilpasser seg miljøet i «sin» elv. Derfor er det stor genetisk variasjon blant villaks. Oppdrettslaks, derimot, er avlet frem for rask vekst og et liv i merdene. Den har mindre genetisk variasjon, og dermed mindre evne til å takle miljøendringer. Problemer oppstår når oppdrettslaksen rømmer, slik flere hundre tusen gjør hvert år. De svære oppdrettslaksene forsyner seg grådig av alt villaksen trenger for å overleve. Og de gyter på samme sted.
– Rømt oppdrettslaks forholder seg ikke til landegrenser, og norsk oppdrettslaks er nylig påvist i svenske elver. Vi sprer nå oppdrettsfisken vår ut i verden, med de konsekvensene det har for andre lands biologiske mangfold, påpeker Frode Fossøy.
Dyreavføring krever forholdsregler
I et stativ på laboratoriet står reagenser med tørket dyreavføring. Avføringsprøver fra dyr er blant prøvene som krever ekstra sikkerhetstiltak. Slike prøver må ligge i fryser i minus 80 grader i minimum tre døgn før de behandles.
– Når det gjelder dyreavføring, vet vi ikke hva vi får eller hva slags parasitter og mikrober som følger med, forklarer Brandsegg.
Dvergbendelorm er den store frykten. Den er ufarlig for dyr, men potensielt dødelig for mennesker. Dvergbendelorm fins hovedsakelig hos rev, men også hunder og katter kan være bærere. Hittil er parasitten ikke påvist på det norske fastlandet, men den er påvist på Svalbard og i Sverige.
– Det kan være vanskelig å se forskjell på avføring fra rev og jerv, så vi tar alltid forholdsregler når vi mottar avføringsprøver fra dyr, sier Brandsegg.
Et fagfelt i vekst
Fossøy og Brandsegg merker godt at de arbeider innen et fagfelt i rask vekst. NINA har økende oppdragsmengde, og det er stadig flere bruksområder for genteknologien. Derfor skal laboratoriet i løpet av sommeren flytte til nye og dobbelt så store lokaler i samme bygg. Samtidig øker antall ansatte ved laboratoriet fra fire til seks ingeniører.
– I årene fremover håper og tror jeg at DNA-teknologien vil bli tatt enda mer i bruk i praktisk forvaltning. Med genetiske verktøy kan vi overvåke mer effektivt. Da kan vi også raskere sette inn tiltak for å bevare det biologiske mangfoldet vårt, sier Fossøy.
Genetiske analyser har vist at ulven i Norge og Sverige er sterkt preget av innavl. Frem til 2008 stammet hele den skandinaviske bestanden fra kun tre dyr. Forskning tyder på at sterkt innavlede ulver både får færre valper (lavere reproduksjon) og at valpene har lavere overlevelse.
De siste årene har genetiske analyser vist at sju ulver fra den finsk-russiske bestanden har innvandret til Norge og Sverige og ynglet.
Det er Rovdata, en egen enhet i Norsk institutt for naturforskning (NINA), som har ansvar for å overvåke bestanden av ulv, gaupe, jerv, brunbjørn og kongeørn i Norge. Hvert år analyseres drøyt 3500 prøver fra avføring, urin, hår og fjær fra rovdyr og rovfugl ved genetikklaboratoriet til NINA. Laboratoriet analyserer også vevsprøver fra alle felte dyr.
Ulvespor på snø
De aller fleste nye ulvekull blir først påvist når snøen kommer om vinteren, og ulven etterlater spor. Det er ansatte i Statens Naturoppsyn, jegere eller helt vanlige turfolk som oppdager sporene og sender DNA-prøver til NINA for analyse.
Vinteren 2021/2022 ble det påvist litt under 130 ulver i Norge. Flertallet holdt til i revir på begge sider av grensen mellom Norge og Sverige.
De to landene samarbeider tett om overvåkning. Fra overvåkingsdata og forskningsprosjektet SKANDULV har man i dag DNA-profilen til nesten alle ulvepar som har født valpekull i Skandinavia siden 1983. DNA-profilene gir et tilnærmet fullstendig slektstre for ulvebestanden i Skandinavia, som oppdateres hvert år.
Norge er i dag hjem til mer enn halvparten av den europeiske bestanden av elvemusling. Det gjør elvemuslingen til en ansvarsart for Norge.
Norsk institutt for naturforskning (NINA) overvåker elvemusling over hele landet. Ved å analysere DNA fra vannprøver kan de påvise om det fins elvemusling i vassdraget.
Elvemuslingen bidrar til å bedre vannkvaliteten i elva ved å rense opp mot 50 liter vann i døgnet. Samtidig kan elvemuslingen kun overleve i elver med god vannkvalitet. Hvis det fins elvemusling i en elv, er det tegn på at miljøet i elva er godt.
Elvemusling er rødlisteartet, og er i fare for å dø ut. Den ble særlig hardt rammet av sur nedbør på 1980- og 1990-tallet. Siden den gang er det satt i gang en rekke tiltak. I dag er elvemuslingen på vei tilbake igjen i norske elver.
– Historien om elvemuslingen viser at det er mulig å snu trenden mot utryddelse. Overvåking og miljøtiltak nytter, sier seniorforsker Frode Fossøy ved NINA.
Norske forskere har DNA-analysert brunbjørn siden 2004. Metodene er til forveksling like de som brukes ved DNA-analyser av mennesker.
– Mennesker er pattedyr på lik linje med mange av de andre artene vi analyserer. Derfor skiller DNA-analyser av dyr seg i utgangspunktet ikke fra DNA-analyse av mennesker, sier Ida Fløystad, laboratorieleder ved Norsk institutt for bioøkonomi (Nibio) i Pasvikdalen i Finnmark.
Fløystad er biolog med mastergrad i populasjonsgenetikk. Hun leder et laboratorium med fire ansatte. Per i dag er ingen av dem bioingeniører, men flere bioingeniører har arbeidet der tidligere.
Allerede på begynnelsen av 1990-tallet begynte forskere i utlandet å ta i bruk genetiske metoder basert på DNA-analyser for å overvåke ville arter av pattedyr. Norske forskere så behovet – og muligheten – for å involvere genetikk i bjørneforvaltningen her hjemme. I dag er Norge og Sverige foregangsnasjoner innen genetisk overvåking av brunbjørn. Nibio begynte med genetisk analyse av bjørn i 2004.
– Det førte til en liten revolusjon i bjørneforvaltningen. Vi fikk vi mye mer konkrete svar på individ, kjønn, antall og slektskap. I tillegg er DNA-analyse av avføring og hår spesielt attraktivt innen forvaltningen, siden vi kan samle data uten å fange eller forstyrre dyrene, påpeker Fløystad.
Like metoder
DNA-analyser av ikke-humant materiale bygger på de samme prinsippene og metodene som analyse av humant materiale. I mange tilfeller brukes også de samme maskinene eller reagensene. Laboratoriet ved Nibio bruker for eksempel rense-kit som er utviklet for menneskeavføring når de skal DNA-ekstrahere avføringsprøver fra bjørn og andre pattedyr.
– Da vi startet med DNA-analyse av bjørn, fantes ikke ferdige genetiske markører, slik det gjorde for humant DNA. Dermed måtte vi lage markørene selv. De ble kvalitetssikret, publisert og akkreditert, forteller Fløystad.
Det fantes heller ingen DNA-database for bjørn. Det har også blitt bygget opp. I dag har Norge en felles database med Sverige over alle bjørner som er påvist gjennom genetisk analyse i de to landene.
Nibio bruker hovedsakelig STR-markører for å få oversikt over individ, kjønn og slektskapsforhold. Dette er på lik linje med human analyse. Forskjellen er at innen human analyse brukes hovedsakelig tetranukleotid-markører, mens i bjørneanalyse brukes dinukleotid-markører.
Rask utvikling
Laboratorieansatte ved Nibio har vært med på en rivende metodeutvikling. I begynnelsen ble STR-markørene brukt én og én som singelplekser i PCR-reaksjoner. Dette ble etter hvert utviklet til PCR multipleksreaksjoner, slik at man kunne kjøre flere markører sammen. Analysen ble mer effektiv. I tillegg har enzymene blitt mer sensitive, og maskinen som brukes til fragmentanalyse har gått fra 1 kapillær til 16, og så til 48 (eller til 96 i den nyeste utgaven). Det reduserer analysetiden.
– Vi har tilegnet oss mye kunnskap opp gjennom årene, som vi bruker til stadig forbedring av prosedyren, sier Fløystad.
Ifølge laboratorielederen har det ikke vært store endringer innen mikrosatelittanalyse de siste 10-15 årene. Imidlertid har utviklingen vært stor innen alternative metoder. Ved Nibio har de jobbet med både SNP og SNP-chip på bjørneprøvene. Ulike typer sekvenseringsteknikker, blant annet RAD-sekvensering, er brukt på andre arter og vil også bli tatt i bruk på bjørn.
– Databasene består av STR-data. De vil ikke være sammenlignbare med nye genetiske metoder. Derfor er det vanskelig å gå over til noe nytt, forklarer Fløystad.
Trenden er at nyutviklede metoder og maskiner, og da særlig sekvenseringsteknikker, brukes i forskningssammenheng, men ikke i forvaltning. Skulle man tatt i bruk nye metoder, ville man måtte analysere alle prøvene i databasen på nytt for å få sammenlignbare data. Det ville være svært dyrt og tidkrevende og risikere «hull» i databasen. En del prøver har for lite materiale eller er av for dårlig kvalitet til å bli analysert på nytt.
