Genredigering for betre fiskehelse?

Navn: Mari Raudstein

Alder: 30 år

Tittel på oppgåve: Application of CRISPR-based gene editing in Atlantic salmon

Stad: Havforskningsinstituttet, Bergen

Rettleiarar: Seniorforsker Rolf Brudvik Edvardsen (ph.d.) og professor Ståle Ellingsen (ph.d.)

Dato for disputas: 15. mai 2024

Utdanning: Bioingeniør (2018), MSc. bioteknologi (2020)

Noverande arbeidsstad: Havforskningsinstituttet

Spreiing av smittsame sjukdommar er eit stort problem i den norske lakseindustrien, og fører til redusert velferd og helse hos oppdrettsfisken. Det er difor eit behov for å beskytte fisken mot slike sjukdommar. Ei mogleg løysing kan vere å bruke genredigeringsteknologien CRISPR til å gjere målretta endringar i laksen sitt arvemateriale, slik at den blir meir motstandsdyktig mot sjukdom.

Enkelt forklart er CRISPR ei slags gensaks som lar oss gjere målretta endringar i DNA-et i celler eller organismar. Endringane kan vere alt frå å «slå av», endre, eller setje inn gen. Grunnen til at endringane er målretta er fordi vi bruker eit guide-RNA (gRNA) som er komplementært til akkurat det genet vi er interessert i å endre.

Effektiv bruk av CRISPR-teknologien krev evna til å utføre endringane med høg nøyaktigheit, i tillegg til at det trengs meir kunnskap om kva gen som faktisk kan redigerast. Slik kunnskap kan ein få ved hjelp av nettopp CRISPR-baserte loss-of-function- og gain-of-function-eksperiment. CRISPR-teknologi har difor potensiale til å bli svært nyttig både for fiskeforsking og for havbruksnæringa.

Kvifor blei studien gjennomført?

Målet med doktorgradsarbeidet var først og fremst å vidareutvikle genredigeringsteknologi i laks. CRISPR har blitt brukt i denne arten i nesten 10 år, men teknologien er under enorm utvikling og det kjem stadig nye genredigeringsverktøy i verktøykassen. I dette arbeidet implementerte vi to slike nye verktøy i laks, CRISPR/Cas12a og baseeditoren AncBE4max (lar oss endre éin enkelt base). For at det skulle vere enklare for oss å sjå om genredigeringa var vellukka, valde vi å endre eit gen som kodar for pigmentering – dersom verktøya fungerte, ville ikkje laksen kunne utvikle pigment og difor få ein albino-fenotype!

I tillegg ville vi bruke CRISPR til å auke kunnskapen om bestemte immungen ved å utføre loss-of-function-eksperiment. Då brukte vi CRISPR til å «slå av» (knockout) gen av interesse. Ved å studere effekten av ein slik knockout kan vi få nyttig informasjon om genfunksjonen.

Kva metodar blei brukt og kvifor?

For å teste dei nye genredigeringsverktøya brukte vi mikroinjeksjon til å overføre enten CRISPR/Cas12a-komplekset eller AncBE4max til nyleg fertiliserte lakseegg. Då brukte vi tynne kapillærrør saman med ein mikroinjektor, og sikta oss inn for å treffe eggcella under utvikling. Etter ei stund klekka egga, og vi kunne då sjå om vi hadde fått fiskelarver med ein albino-fenotype. Sjølv om endringar i pigmenteringsgenet gjorde det enkelt for oss å sjå at noko hadde skjedd, var vi interessert i å sjå kva som hadde skjedd. Difor isolerte vi DNA frå fiskeyngel, som vi seinare sekvenserte, for å undersøke effektiviteten og utfallet av genredigeringa.

For å lage ein knockout-modell gjorde vi omtrent det same: Vi mikroinjiserte lakseegg med CRISPR/Cas-komplekset og gRNA spesifikt for genet for Immunoglobulin M (IgM). IgM er eit viktig antistoff, og finst også på celleoverflata til B-celler. Vi sekvenserte DNA frå presmolt for å undersøke effektiviteten av genredigeringa, men sidan vi i dette tilfellet óg var interessert i effekten ein IgM-knockout ville ha på fisken, tok vi også blodprøvar. Frå blodprøvane isolerte vi leukocyttar, og utførte flowcytometri for å telle antallet IgM-positive (IgM+) B-celler.

Kva betydning kan denne forskinga ha?

Ein stor del av forskinga var knytt til vidareutvikling av genteknologi i laks. Implementering av Cas12a og AncBE4max har ført til ei større verktøykasse for genredigering i laks. Det aukar moglegheitene vi har for å gjere genetiske endringar i denne arten.

I fisken kor vi «slo av» IgM, fann vi svært reduserte mengder av IgM+ B-celler i knockout-fisk samanlikna med kontrollfisk. I framtidige forsøk kan denne IgM-knockout-fisken fungere som modell for å auke forståinga rundt rolla til denne celletypen under infeksjon. Vi håpar óg at denne forskinga kan bli nyttig for å utvikle meir effektive vaksiner til laks, då IgM er særleg assosiert med immunologisk minne.

Sjølv om det framleis er diverse utfordringar knytt til CRISPR-basert genredigering, har teknologien stort potensial til å betre velferda og helsa til oppdrettslaks i framtida. Anten gjennom auka kunnskap, eller ved faktisk bruk i havbruksnæringa for å gjere fisken meir robust.