Genteknologi kan aflure jungleplanternes metoder

onsdag 15 mar 17
|
af Iben Julie Schmidt

Kontakt

Thomas Sicheritz-Pontén
Professor
DTU Bioinformatik
45 25 24 22

Kontakt

Bent Petersen
Lektor
DTU Bioinformatik
45 25 61 27

Fakta om regnskoven

  • 5 procent af jordens overflade er dækket af regnskov
  • 50-75 procent af jordens samlede biodiversitet findes i regnskoven
  • Kun ca. 1 procent af regnskovens biodiversitet er ordentligt kortlagt.
  • 70 procent af alle anticancerstoffer identificeret af US National Cancer Institute stammer fra regnskoven
  • 25 procent af alle stoffer i Vestens medicinalindustri stammer fra regnskoven.
  • Man anslår, at der hvert år forsvinder op mod 50.000 arter, mens der kun identificeres omkring 10.000 nye. Det betyder, at en stor rigdom af biodiversitet er ved at gå tabt.
Et nyt forskningsprojekt fra DTU Bioinformatik skal kortlægge genetikken bag regnskovens potente plantestoffer og gøre dem tilgængelige for forskning og industri.

Det er kogende varmt. Luftfugtigheden er tæt ved de 100 procent, og vi er iført lange bukser og store kraftige støvler for at beskytte os mod aggressive myg og kryb, mens vi bevæger os gennem junglen. Vi befinder os i udkanten af verdens største regnskovsområde, Amazonas. Selvom kæmpe lodne edderkopper i smukke farver og myrer på størrelse med tændstikæsker stjæler en del af opmærksomheden, så er det planterne, vi er her for. For i alt det grønne, der snor sig ind og ud mellem hinanden, findes med stor sandsynlighed stoffer, der kan behandle sygdomme, som vi ikke har nogen kur for i dag, stoffer som lægemiddelindustrien kun tør drømme om.

Den lokale guide, der leder os gennem junglen, standser da også ved hver eneste vækst og fortæller lange historier om netop denne plantes specielle gastronomiske kvaliteter eller medicinske egenskaber. Vi er i Brasilien med et forskerhold fra DTU Bioinformatik for at starte et meget ambitiøst projekt: At gen-sekventere regnskovens planter.

”Målet er at bruge alle de nye teknologier, vi har fået til rådighed (næste generations sekventering, proteom-, metagenom- og metabolom-analyse samt fluorescens-spektroskopi), til at udforske og bevare regnskovens utrolige biodiversitet og genetiske rigdom, før det er for sent,” forklarer professor Thomas Sicheritz-Pontén, som leder projektet.

For regnskoven er truet. Hvert år forsvinder omkring 25.000 kvadratkilometer af Amazonas, svarende til et areal næsten på størrelse med Jylland. Det sker bl.a. på grund af skovning, som skal frigøre arealer til landbrug. Desværre har netop opdagelsen af regnskovens værdifulde planter til f.eks. medicinsk brug ført til, at visse plantearter i dag er truede. Men netop her er dette projekt afgørende anderledes, fortæller Thomas Sicheritz-Pontén:

”Vi behøver ikke mere end et enkelt blad eller en skefuld jord til vores analyser for at kunne kortlægge, hvilke stoffer, planterne producerer, og hvordan de gør det. Vi vil også se på, hvilke mikroorganismer, der findes på og i planterne, da de bidrager til den samlede genpulje. Man kan lidt populært sige, at vi ønsker at aflure planterne deres hemmelige opskrifter, så vi selv kan starte en produktion af de værdifulde stoffer ved hjælp af syntesebiologi. Dermed kan vi helt undgå at forstyrre regnskovens økosystem og i stedet være med til at bevare den.”

"Målet er at bruge alle de nye teknologier, vi har fået til rådighed, til at udforske og bevare regnskovens utrolige biodiversitet og genetiske rigdom, før det er for sent."
Thomas Sicheritz-Pontén, professor, DTU Bioinformatik

Afspil video om forskningsprojektet.

Kemisk krigsførelse
Med på holdet i Brasilien er professor ved Københavns Universitet Birger Lindberg Møller, som er ekspert i planters bioaktive naturstoffer. Han forklarer, hvordan de mange interessante stoffer, som planterne producerer, er en del af en avanceret kemisk krigsførelse, hvor planterne forsvarer sig mod angreb fra f.eks. mikroorganismer og insekter.

”Vi er på Center for Syntesebiologi i gang med at udvikle metoder til at producere komplekse plantestoffer i f.eks. alger ved hjælp af sollys. Udfordringen er kortlægningen af den biokemiske syntesevej og udviklingen af systemet i alger. Men når først dette er sat op, er produktionsformen forholdsvis simpel, og vores plan i dette projekt er at starte en produktion i Brasilien, som kommer landet til gode i form af indtjening og arbejdspladser, og som dermed er et alternativ til at fælde regnskoven og bruge jorden til kvæghold,” forklarer Birger Lindberg Møller.

Planen er at starte med at kortlægge generne for nogle af de planter, som man allerede ved, har et bestemt medicinsk eller bioteknologisk potentiale. Det gælder f.eks. planterne Jaborandi, Açaí, og Jambu (se faktabokse). Men projektet skal også kortlægge helt ukendte planter.

”Vi er allerede i gang med at sekventere den gruppe af planter, der kaldes Jaborandi, som i dag er truet på grund af deres medicinske egenskaber. Det sker i samarbejde med dygtige brasilianske forskere,” forklarer lektor Bent Petersen fra DTU Bioinformatik.

”Vi ville aldrig kunne gennemføre et projekt som dette uden en rigtig god brasiliansk forskningspartner, og det var faktisk mødet med Guilherme Oliveira fra Vale Institute of Technology (ITV) i Belem, der for alvor fik dette projekt til at tage form i vores hoveder.”

Supercomputeren på DTU
Netop Guilherme Oliveira var vært gennem hele den uge, holdet var i Brasilien. Umiddelbart efter landingen blev der vist rundt på ITV. De danske forskere beså laboratorierne med planter og sekventeringsmaskiner til genetiske analyser og kom også ned i kælderen for at Peter Løngreen, leder af Supercomputing på DTU Bioinformatik, kunne bese instituttets serverkapacitet.

Den brasilianske server syner ikke af meget, men det er heller ikke meningen, for selvom projektet kommer til at generere enorme mængder data, så vil alle de store beregninger komme til at foregå i supercomputeren Computerome på DTU, som ved hjælp af cloud-teknologi bliver sat op til at kunne håndtere samarbejdet på tværs af kontinenter.

Projektet handler ikke kun om at generere store mængder data, men også om at bearbejde og anvende disse data på en smart måde, bl.a. ved hjælp af kunstig intelligens. Og det er grunden til, at en flok bioinformatikere, der normal sidder bag en computerskærm på DTU, nu bevæger sig ind i junglen.

Målet er på sigt at træne computere i at genkende interessante planter eller stoffer, enten på deres udseende eller på deres genetiske profil, og herved skabe et intelligent workflow, som vil gøre den fuldstændig uoverkommelige opgave at sekventere Amazonas, lidt mere overkommelig.

Regnskovsplanter i medicinskabet

Jambu – Acmella oleracea

Regnskoven rummer også spændende planter, som bruges i det brasilianske køkken. Det gælder f.eks. planten jambu. De grønne blade indgår i en traditionel brasiliansk suppe med rejer kaldet tacacá, og planten bruges også sammen med den brasilianske brændevin Cachaça.

Det interessante ved jambu er mere en fysisk oplevelse end en egentlig smag. Ved indtagelse fyldes munden efter et par sekunder af en stærk syrlighed, som ledsages af en kraftig prikken og følelsesløshed efterfulgt af en markant spytproduktion. Den aktive ingrediens i planten er stoffet spilanthol.

De lokale bruger planten mod bl.a. tandpine, men flere nye studier tyder på, at stoffet måske har antimikrobielle og anticancerogene egenskaber og kan bruges i bekæmpelsen af f.eks. zika- og malariamyg. Derfor er Acmella oleracea også en oplagt kandidat til analyse.

Açaí – Euterpe oleracea

Açaí-bær kommer fra açaí-palmen, der har sit oprindelige vokse­sted langs floder i Amazonas’ regnskov. Bærrene høstes både vildt og i plantager, og de er en vigtig del af lokalbefolkningens diæt, men i begyndelsen af 2000-tallet blev bærrene bragt med til USA og udråbt som den nye ’superfood’, der efter sigende både skulle kunne sænke kolesterol og virke som antialdringsmiddel pga. af et højt indhold af antioxidanter.

Hermed blev açaí en af de hurtigst voksende fødevareingredienser nogensinde, og i dag er supermarkederne fulde af produkter, som reklamerer med, at de indeholder açaí. Det gælder alt fra is til ansigtscremer. Det er desuden blevet hævdet, at açaí-bærret skulle mindske risikoen for hjerte-kar-sygdomme, kræft, alzheimer og mange andre kroniske sygdomme. Men dette er ikke videnskabeligt dokumenteret.

Den brasilianske forskningsinstitution Embrapa (Brazilian Agricultural Research Corporation, Ministry of Agriculture) forsker i açaí. Holdet besøgte Embrapa, og et muligt samarbejde omkring gensekventering af açaí-palmen er undervejs.

Jaborandi – Pilocarpus microphyllus

Blade fra jaborandi-planten bruges til at udvinde stoffet pilokarpin, som bl.a. anvendes til behandling af den alvorlige øjensygdom grøn stær. Den store efterspørgsel på dette stof har ført til, at planten i dag er på listen over truede plantearter.

Et forskningsprojekt ved DTU Bioinformatik skal nu i samarbejde med Plantebiokemisk Laboratorium på KU identificere de gener, der er involveret i biosyntesen af pilokarpin med henblik på senere at kunne starte en lysdreven produktion af stoffet f.eks. i alger.

Nyheder og filtrering

Få besked om fremtidige nyheder, der matcher din filtrering.
http://www.bioinformatics.dtu.dk/nyheder/nyhed?id=B56799CD-74B1-4540-A5EA-AF7DA89B1A56
21 NOVEMBER 2017