Skrevet av Stein Mortensen ved Havforskningsinstituttet, som er en av IntraFish sine faste gjesteskribenter. De øvrige er: Dag Sletmo i DNB, advokat Halfdan Mellbye i firmaet Sands, styreleder i Salmar Aker Ocean Atle Eide, økonomiprofessor Bård Misund, oppdretter Sondre Eide og ulike bidragsytere i Sjømat Norge.
«Epi» er gresk og betyr på eller over. Epigenetikk beskriver et lag av informasjon – vi kan kalle det merkelapper – som legger seg på arvestoffet og regulerer bruken av arvestoffet.
Små epigenetiske merkelapper kan festes til arvestoffet gjennom livets løp, og kan forankre miljøpåvirkninger til genenes uttrykk i organismen. Disse merkelappene kan så overføres fra foreldrene til neste generasjon og dermed påvirke arv av karakteristiske egenskaper (fenotypiske egenskaper).
Det gamle ordtaket «gammel vane er vond å vende» kan altså forankres til handling, ikke bare via tankene, men kanskje også via arvestoffet.
Lærte fra mus
Et av de viktigste studiene innen epigenetikk viser at mors ernæring avgjør om musebarna enten blir gule og feite eller brune og tynne.
Med fascinasjon over dette resultatet begynte vi å studere om fiskenes fenotypiske egenskaper også blir påvirket epigenetisk via fôret vi gir fiskene.
Dette har stor betydning for oppdrett, da merkelappene enten kan stimulere fordelaktige egenskaper eller bli en byrde for utvikling av robust fisk.
Merkelapper påvirkes av arv hos fisk
I starten brukte vi sebrafisk for å teste om fôret vi gav fisken kunne påvirke avkommet.
I et av forsøkene gav vi foreldrefiskene et fôr med lite B-vitaminer, mens barna fikk nok B-vitaminer. Så sammenlignet vi med en kontrollgruppe hvor både foreldre og barn fikk nok B- vitaminer (se https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27731423/ ).
Da barna var blitt voksne individer, undersøkte vi leveren nærmere.
Det første vi så, var at leveren hadde lysere farge i den eksperimentelle gruppen i forhold til kontrollgruppen. Grundige undersøkelser viste at levercellene inneholdt mer fett, noe som er assosiert med dårlig helsestatus.
Videre viste analysene at gener relatert til fettproduksjon ble brukt ulikt i de to gruppene.
Tusenvis av merkelapper på avkommets arvestoff var blitt endret grunnet foreldrenes inntak av mengde B-vitaminer.
Dette var det første resultatet som bekreftet at fiskefôr kan påvirke helsen til fiskebarna via endrede merkelapper på arvestoffet, enten via arvede merkelapper på DNA eller via plommesekkens næringsinnhold (se https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29445184/ ).
Resultatet kan tyde på at oppdrettsnæringen har mulighet til å styre fenotypen til produksjonsfisken epigenetisk, slik at ikke foreldrenes fôr blir en gammel vane som er vond å vende for fiskebarna.
Næringsstoff påvirker merkelappene dose avhengig hos laks
Vi har nå nylig avsluttet et forskningsprosjekt hvor vi undersøkte fire epigenetiske problemstillinger hos laks som er relevant for oppdrettsnæringen.
Det første vi ville undersøke, var om merkelappene og bruken av genene ble påvirket av fôringrediensene hos laks.
Det viste seg at mengde mikronæringsstoff i fôret har evnen til å direkte påvirke merkelappene doseavhengig. Særlig gjaldt dette for gener som er sentrale for fettreguleringen (se https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33315488/ ).
Hvis fôrets innhold ikke dekker behovet, kan merkelappene bli en gammel vane som er vond å vende for fiskens helse.
Epigenetisk forberedelse av pre-smolt
Det andre vi studerte var om mikronæringsstoffene i fôret ville påvirke vekst gjennom smoltifiseringen via regulering av genene.
Igjen så vi at fôret påvirket bruken av genene før smoltifisering. Men effekten ble intensivert tre måneder etter smoltifisering, samtidig som veksten på post-smolt-stadiet ble forbedret (se https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34176547/ ).
Disse resultatene viste at fôret gitt på pre-smolt-stadiet kan gi grunnlaget for god smoltifisering. Resultatene på de epigenetiske merkelappene skal publiseres i 2022.
For oppdrettsnæringen kan det være avgjørende hvilket miljø pre-smolten har vært i. Har den dårlig miljø, kan merkelappene bli en gammel vane som er vond å vende uansett hvilken behandling den får på post-smolt-stadiet.
Epigenetisk arv påvirket av gytesesong
Det tredje vi studerte var om de forskjellige gytesesongene hos laks kunne påvirke avkommet.
Her er vi ennå ikke helt i mål med analysene av merkelappene. Men resultatene så langt viser at mikronæringsstoffinnholdet på eggstadiet var endret mellom de forskjellige gytesesongene (se https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32376458/ , samt et nytt arbeid som er akseptert for publisering i Journalen Aquaculture).
Omfanget av disse resultatene – det vil si merkelappenes avhengighet til mikronæringsstoff, preliminære resultat av hvordan genene blir brukt, samt avanserte analyser av merkelappene – tyder på at grunnlaget for forskjellige fenotyper er solid forankret via «arv» fra mor.
Med «arv» innbefattes her nedarvede merkelapper på mors DNA samt plommesekkens innhold av blant annet næringsstoff. Stamfiskens arvestoff (DNA sekvensen) i de ulike gytesesongene var fra samme stamfisklinje, samt at alle fiskeeggene var befruktet med samme far.
For oppdrettsnæringen vil det si at man kan justere miljøfaktorer (ernæring, fôringsregime, næringsstoffstatus, temperatur og lys) for stamfisk for å endre spesifikke egenskaper (fenotypiske egenskaper) via finjustering av de epigenetiske merkelappene hos avkommet.
Epigenetisk arv fra far?
For flere modellorganismer har det vist seg at også fars nedarvede merkelapper kan videreføres til avkom.
Som en start har vi analysert om stamfisk-fars ernæring kan påvirke merkelappene i vev som inneholder DNA-et som skal videreføres til neste generasjon. Resultatene viste at merkelappene på DNA i gonadevev er også meget sensitive til stamfisk-fars ernæring (arbeidet er tilgjengelig via DOI : 10.1186/s12864-022-08348-4 i februar 2022). Det er ennå ikke kjent om disse merkelappene blir videreført til neste generasjon, men ut fra forskning på andre modellorganismer er dette naturlig å anta.
Epigenetisk forskning har med andre ord stor relevans for oppdrettsnæringen. Det kan nemlig avdekke hvilke muligheter oppdretterne har til å tilpasse oppdrettsfisken best mulig til livet i merden ved å justere de nedarvede merkelappene, slik at gamle vaner hos stamfisk-mor og/eller stamfisk-far ikke blir vond å vende for avkommet.
Kaja Helvik Skjærven er prosjektleder og seniorforsker i gruppen Fôr og Ernæring ved Havforskningsinstituttet (HI) i Bergen. Hun er utdannet miljøfysiolog ved Universitetet i Bergen (UiB), og skrev doktorgrad (NIFES/UiB) om hvordan temperaturendringer kan påvirke embryonalutvikling hos fisk med særlig fokus på ernæringsrelatert epigenetikk.
