Sebrafisk: En gjennomsiktig forskeryndling

– Nå er det omtrent 1000 laboratorier i verden som studerer sebrafisk, sier Camila Vicencio Esguerra, leder for forskergruppen Chemical Neuroscience ved Bioteknologisenteret på UiO og førsteamanuensis på farmasøytisk institutt.

Hennes gruppe studerer i første omgang epilepsi.

– Hovedgrunnen til at jeg valgte å forske på akkurat epilepsi, er at sykdommen er så vanlig. Rundt 65 millioner mennesker i verden lider av den. En tredjedel av disse responderer ikke på medisinene som er tilgjengelig i dag, sier Esguerra.

Håpet er at sebrafiskene kan hjelpe til med å finne mer effektive medisiner. Forskningsgruppen skal blant annet se på selve genene hos fisken.

– Det siste tiåret har det blitt identifisert et økende antall gener assosiert med forskjellige typer epilepsi, men mekanismene bak hvordan defekter i disse genene forårsaker epilepsi er fortsatt uklart.

Tropiske temperaturer

De bittesmå fiskene lever vanligvis sine liv i våtmarker der det dyrkes ris, eller i elver i land mer langt mer tropisk klima enn her. Derfor holdes vannet i tankene fiskene svømmer rundt i 28 grader. Tankene, og Esguerras labgruppe, holder til i Bioteknologisenteret.

Esguerra har jobba med sebrafisk i nesten 20 år. De små fiskene er perfekte forsøksdyr: De er virveldyr, med et full-sekvensert genom. Det betyr at hele genomet, som er samlebetegnelsen for alle genene som nedarves i alle individene i arten, er analysert og kjent. Selv om fisker ser svært forskjellig ut fra oss mennesker, finnes det et tilsvarende gen hos sebrafisk i 82% av alle kjente gener som forårsaker sykdom hos mennesker.

– Fisken er egna fordi den har liten størrelse, og får et stort antall avkom. Fiskeeggene og –larvene er gjennomsiktige. Dette gir oss mulighet til å visualisere organer i den levende organismen mens den utvikler seg, ved hjelp av enkel mikroskopi. Du kan rett og slett observere dem «real time», forklarer Esguerra.

Det er larvene hun og forskningsgruppen bruker i forskningen sin. Epilepsien trigges ved å tilsette kjemikalier i vannet til larvene, hvorpå de blir analysert med mange forskjellige avanserte metoder. Sebrafisklarver med defekter i gener som tilsvarer et sykdomsgen hos mennesker blir også analysert med de samme metodene.

– Vi forstår ikke mekanismene for hvorfor anfall skjer i dag. Om vi bruker fiskene til å forstå årsakene til epilepsi, kan vi målrettet utvikle medisiner.

Hun mener det er på tide å tenke nytt i dette feltet.

– Som sagt; en tredjedel av pasientene responderer ikke på dagens medisiner. Metodene brukt til å finne nye epilepsimedisiner har ikke endret seg på 60 år, og da er det ikke rart at en ikke finner så mye nytt, sier hun.

En tabubelagt sykdom

I tidligere tider trodde folk at dem som led av epilepsi, var besatt av onde ånder. De ble utsatt for eksorsisme og andre virkningsløse behandlinger. Hos noen ble anfallene bare verre over tid.

– Noe av det vi forsker på, er hvordan og hvorfor det går fra ett anfall til å bli gjentakende. Mange får et anfall i løpet av livet uten at det gjentar seg, derfor vil vi forske på hvorfor det går fra ett til flere hos noen men ikke hos andre. Vi fokuserer også på typene epilepsi som er resistent mot dagens medisiner, sier Esguerra.

Det finnes nesten ubegrensede muligheter for forskningsprosjekter knyttet til denne sykdommen.

– Det er mange årsaker til epilepsi, det kan være genetisk, skyldes slag, svulst, akutt hjerneskade, infeksjoner… Det gjør også at mekanismene bak anfall er mange, og at det er mange mulige forskningsretninger.

Modellerer anfall i fiskelarver

Forskerne induserer anfall hos fiskelarvene, noe som kan gjøre om man putter en viss kjemisk sammensetning i vannet. Deretter kan fiskene studeres.

– Vi modellerer sykdomsforløp gjennom genetikk. Vi vet at forskjellige gener er kobla til forskjellige epilepsisyndromer. Vi kan genetisk modifisere fiskene, ved for eksempel å sette inn gener som framprovoserer visse symptomer for å se hvordan disse påvirker andre ting i hjernen eller kroppen, sier hun, og legger til:

– Fordi fiskene er så små, kan vi også forske svært effektivt. Vi får snart en robot som mikroinjiserer opp mot 2500 egg i timen med DNA som koder for fluoriserende proteiner. Dette kan gjøres så detaljert at proteinene kun aktiveres i visse celler eller organer, noe som gjør det mulig å gjøre for eksempel hjernen fluoriserende, slik at du kan se hvordan forskjellige deler av hjernen lyser opp når dyret stimuleres. Det gir også anledning til å se hvordan et epilepsianfall arter seg i hjernen.

Forskning på sebrafisk har tatt litt av de siste årene.

Maskinene laboratoriet har, er avanserte. En av dem gir mulighet til å studere larvene fra alle vinkler.

– Den ene maskina vi har, er helt ny. Der putter vi bedøvede fiskelarver i et rør, hvorpå de suges inn i et tynt glassrør under et mikroskop. Der kan glassrøret snus for å få undersøkt og fotografert larven fra alle retninger, forklarer avdelingsingeniør Rønnaug Steen Kolve.

Allsidig bruk

Foreløpig består forskningsgruppa av Esguerra, Kolve og en postdoktor. Målet er at gruppa skal utvides, til mellom 8 og 12 personer. Det er nok av forskning å ta av. Allerede på et tidlig stadium er prosjektet variert.

– Vi hadde et samarbeid med farmasiselskapet Johnson & Johnson. Det tar svært lang tid å utvikle en medisin. Ved hjelp av sebrafisken kan vi teste toksiske effekter av nye medisiner på et tidlig stadium i prosessen, sier Esguerra.

Hun forteller om en kollega som forsket på mus, for å illustrere hvor effektiv sebrafisken er.

– Størrelsen på fiskelarvene gjør det mulig å bruke svært små mengder av stoffene en vil teste. Da én fisk i tillegg produserer et stort antall avkom gjør disse egenskapene denne typen forskning svært effektiv både tidsmessig og økonomisk. En forsker i Tyskland har prøvd 200 forskjellige sammensetninger på mus, og det har krevd enorme summer og svært mye tid.

Sebrafisken brukes til forskning på alt mulig. Den har samme døgnrytme som mennesker, og brukes derfor til å forske på søvn og søvnproblemer. For å nevne noe.

– Forskning på sebrafisk har tatt litt av de siste årene. Jeg har kolleger som ser på sykdommer som ADHD og ALS, autisme, Alzheimers; og også sykdommer som ikke er nevrologiske, som leversykdommer og kreft. Sebrafisk er et godt egnet forsøksdyr.

Sebrafiskens venner

Hvordan ble denne lille fisken en favoritt blant forskere? Så populær at det arrangeres egne seminarer og konferanser om forskningsprosjekter der denne fisken er forsøksdyr?

Det begynte i 1995. Riktignok har sebrafisk vært i bruk siden 50-60-tallet, men den gang ble fisken bare brukt for å undersøke effekten av miljøgifter. I 1995 vant Christiane Nüsslein-Volhard Nobelprisen i medisin for sin forskning på genene involvert i fosterutvikling. Der brukte hun blant annet sebrafisk. Etter dette gjennombruddet, har sebrafiskmiljøet utvikla seg raskt.

– Da jeg begynte ved universitet i Leuven, i 2003, var det kun én professor der som jobbet med sebrafisk. De ville gjerne utvide miljøet, og bygge opp gode fasiliteter. Det fikk etter hvert rom til 23.000 fisk. Da jeg sluttet der i 2014, var det 18 grupper der som jobba med sebrafisk, sier Esguerra.

– Det er blitt et stort internasjonalt miljø av forskere som forsker på sebrafisk. I Europa har vi for eksempel et sebrafiskmiljø som møtes annethvert år, i sommer var vi her i Oslo, forklarer hun.

Både forskere og legemiddelprodusenter er interessert. Kanskje kan den lille, skimrende fisken være den som gir oss svaret på hvorfor og hvordan epilepsianfall skjer. Det er første steg på veien mot en virkningsfull kur.