I et lite laboratorium på Universitetet i Oslo oppbevarer Eivind Undheim og forskerkollegaene hans hundrevis av små larver. Og flere skal det bli.
Larvene tilhører nettvingeordenen, særlig fra familien som kalles gulløyer. Du har kanskje sett de ferdig utviklede insektene, med de lysegrønne, slanke kroppene og fire store vinger gjennomtrukket av et tett og fint årenett.
Undheim er mest interessert i larvene deres. Med lange, kraftige klør ser de ikke like hyggelige ut. De skjuler også en annen hemmelighet.
– De voksne er ikke giftige, men det er larvene. De spiser alt de kommer over og bruker gift til å drepe byttedyret sitt, sier Undheim som er førsteamanuensis ved Senter for økologisk og evolusjonær syntese (CEES).
Slankgulløye (Peyerimhoffina gracilis).(Foto: Ole Fogh Nielsen/CC BY 4.0)
Spesialist på å melke larver
Han har spesialisert seg på denne giften. Forskeren melker den ut fra hver av larvene han har på laboratoriet ved Institutt for biovitenskap.
Hundrevis av larver skal etter hvert bli tusenvis, for nå har Undheim kommet gjennom nåløyet til et Starting Grant fra Det europeiske forskningsrådet (ERC). Det eksklusive stipendet gis forskere som er tidlig i karrieren og allerede har produsert forskning på toppnivå.
– Tildelingen lar oss etablere en ny og spennende modellorganisme og gjør at vi virkelig kan drive banebrytende forskning innen evolusjons- og giftbiologi, sier Undheim.
Nettvingelarvene er altså for forskeren en modellorganisme, en art som ofte er brukt til studier og eksperimenter. I årene som kommer, håper han de skal gi innsikt i grunnleggende evolusjonære mekanismer. Dette er også et felt med mange bruksområder, særlig innenfor plantevern og medisin.
Eivind Undheim har hyllevis av larver i små bokser på laboratoriet.(Foto: Eivind Torgersen/UiO)
Bruker gift for å forstå evolusjon
Forskning på evolusjon foregår stort sett fra to ulike innfallsvinkler: Enten ved å studere individuelle gener i DNA-et og hvordan disse utvikler seg. Eller ved å se på mer generelle trekk som for eksempel armer, bein og vinger som er satt sammen av utallige gener.
De første kalles genotyper, den informasjonen som ligger i arvematerialet. De andre kalles fenotyper, de egenskapene som kan observeres i en organisme.
Armer, bein og vinger og andre fenotyper er så sammensatte og kompliserte at det nesten er umulig å regne seg frem til hvordan genene deres har utviklet seg.
Ved å studere gifter prøver Undheim å koble sammen de to.
– Her er gift veldig spennende. Sammenlignet med bein og armer er gifter veldig lite komplekse. Samtidig er giften en kompleks fenotype fordi den består av mange forskjellige giftmolekyler som til sammen bidrar å gjøre en oppgave, sier han.
Larvene skal få ulike dietter
I hverdagsspråket er det vanlig å sette likhetstegn mellom ordene «toksin» og «gift». For å forstå Undheims forskning er vi nødt til å skille mellom dem.
Et toksin er egentlig et helt bestemt molekyl med en like bestemt kjemisk sammensetning. En gift er satt sammen av mange forskjellige toksiner.
Annonse
På laboratoriet skal Undheim studere hvert enkelt toksin i gulløyegiften. Men han skal også se på giften som helhet, om den endrer sammensetning i møte med endringer i miljøet rundt. For eksempel om den endrer seg avhengig av kostholdet.
– Noen populasjoner skal leve av bare bladlus. Men vi tenker også at vi skal sette dem sammen med marihønelarver, for de spiser hverandre. Da får vi veldig sterk seleksjon, og vi kan se på endringer over tid, sier Undheim.
En larve som bare får servert bladlus, vil kanskje få en gift som har høyere konsentrasjoner av toksiner som virker direkte på bladlus. Hos en larve som må slåss mot andre hissige larver, utvikler kanskje giften seg i andre retninger.
– Et av de store spørsmålene i biologien er i hvor stor grad miljøfaktorer påvirker evolusjonen og i hvor stor grad en organisme bare kan endre på ting uten at det nødvendigvis er arvelig, sier Undheim.
Dette vil eksperimentene hans forhåpentligvis bidra til å kunne gi et bedre svar på.
Gulløyelarver.(Foto: Hallvard Elven / Naturhistorisk museum - UiO / CC BY 3.0)
Endrer DNA-et til giften
Samtidig er det ganske enkelt å manipulere toksinene, siden hvert av dem er såpass ukompliserte at forskerne har full kontroll på hvilke gener som er i spill.
– Vi kan lage toksiner ved å sette inn DNA som koder for disse toksinene i bakterier og så dyrke disse opp i kulturer. Det gjør at vi lett kan endre DNA-et som koder for disse toksinene, og dermed endre aminosyrene de er bygget opp av. Slik kan vi teste nøyaktig hvordan hver av aminosyrene bidrar eller ikke bidrar. Da kan vi trekke konklusjonen fra genotype til fenotype helt ned på grunnleggende molekylært nivå.
De kan både se på hvordan de utvikler seg på kort sikt og hvordan de har evolvert i opptil 300 millioner år.
– Gift er veldig fint å studere for helt grunnleggende biologi, sier Undheim.
– Men det er også kort vei til mer anvendt forskning, særlig innenfor plantevern og biomedisin.
Prosjektet hans, som heter VenomEvolvability, har nemlig rekkevidde langt utenfor en engere krets av evolusjonsbiologer.
Annonse
Insektegg til plantevern
Nettvingelarver er allerede i bruk som plantevernmiddel, og eggene dyrkes kommersielt rundt om i verden.
En bonde som er plaget av bladlus, kan spre eggene utover, og så blir eggene til larver som er sultne på bladlus.
Forskerne kan også lage et enkelt toksinmolekyl som kan brukes mot helt bestemte insekter.
– Dette er ikke et sprøytemiddel i tradisjonell forstand. Siden det er proteiner og peptider, så brytes de ned, forklarer Undheim.
Slik teknologi forutsetter at han og andre giftforskere blir kjent med egenskapene til hvert enkelt toksin.
Nobelpris for giftmedisin
I 2021 fikk David Julius Nobelprisen i fysiologi eller medisin.
– Julius har basert mye av sin forskning på toksiner, sier Undheim som tidligere har publisert en studie sammen med nobelprisvinneren.
Det finnes allerede flere medisiner som er basert på molekyler fra dyregifter, blant annet blodtrykksmedisin og medisiner for antikoagulering og mot kronisk smerte.
– Nå kommer det snart en medisin mot autoimmune sykdommer basert på giften fra en sjøanemone, forteller Undheim.
Det er selvfølgelig ikke slik at denne giften eller det enkelte giftmolekylet ble utviklet hos sjøanemonen for å dempe autoimmune reaksjoner hos mennesker. Det er helt tilfeldig. Men når forskerne finner nye toksiner i dyregifter, slik Undheim og Julis driver med, er neste skritt og se hvordan de eventuelt virker i andre organismer, og til slutt hos mennesker.
Annonse
– Jeg håper at vi finner ett eller to toksiner som binder seg til helt bestemte nervekanaler hos bladlus, sier Undheim.
Mennesker har mange flere ulike typer nervekanaler enn bladlus, men det er også likhetstrekk. Det er dette som gjør dem interessante i medisinsk forstand. Dersom et toksin får noe til å skje i nervekanalen til en bladlus, kan det hende at det også kan sette i gang noe, men ikke nødvendigvis det samme, i våre nervekanaler.
– Et toksin kan ha en helt annen effekt hos oss enn det har hos insekter.
Heldigvis. For effekten hos bladlusa kan være at den blir paralysert og forsvarsløs mot den grådige gulløyelarven.
En av larvene som lever på i en boks med jord på lab'en til Eivind Undheim.(Foto: Eivind Torgersen/UiO)
Nanoliter på nanoliter
Det er derfor det er viktig å forstå den grunnleggende biologien, slik Undheim nå får mulighet til å studere enda bedre.
– Vi må forstå hvordan toksinene og giftene evolverer, sier Undheim.
Det er ikke tilfeldig at han har spesialisert seg på giften fra insektlarvene blant de tusenvis av giftige dyrene som finnes på jorda.
– Det er over 100 linjer med giftige dyr som har evolvert gift uavhengig av hverandre. De fleste har lang generasjonstid eller de er vanskelig og avle.
– Gulløyer og de andre nettvingene har en kort generasjonstid på cirka på en måned, og da kan vi gjøre masse. Det eneste minuset er at de er bitte små, så vi får bare noen nanoliter fra hver larve, sier Eivind Undheim.
Referanse:
Jeremiah Osteen mfl: Selective spider toxins reveal a role for the Nav1.1 channel in mechanical pain. Nature, 2016. Sammendrag. Doi.org/10.1038/nature17976
