Viten

Dette er forskernes supermodeller

Bananfluen var medvirkende til at mekanismene for kroppens døgnrytme ble funnet. Det resulterte i fjorårets nobelpris i fysiologi eller medisin.

Det meste vi vet om biologi og medisin kommer fra eksperimenter med enkle organismer, fra virus og gjær til mus.

  • Erik Boye, professor emeritus og Tor Erik Rusten, førsteamanuensis
Viten er Aftenpostens satsing på forskning og vitenskap, der forskere og fagfolk fra hele landet bidrar med artikler.

Av 103 nobelpriser i fysiologi eller medisin har 96 blitt gitt til arbeid med modellorganismer.

«Får Nobelprisen for å finne mekanismene for døgnrytmen», kunne vi lese da Nobelprisen i fysiologi eller medisin ble utdelt tidligere i år. Ingen stusset vel over dette før det kom frem at arbeider med bananfluer hadde avslørt hvordan kroppens indre klokke fungerer.

Bananflue!? Ja, og dette var hverken første eller siste gang at verdens edleste medisinpris gikk til forskere som arbeider et godt stykke fra pasienter.

Her vil vi forklare hvorfor det er slik.


Like byggeklosser

Det meste av det vi vet om biologi, skriver seg fra eksperimenter med modellorganismer. Bruken av slike organismer har vært helt avgjørende for den dramatiske utvikling av biologisk og medisinsk kunnskap som har vokst frem de siste hundre år.

Erik Boye, professor emeritus, Universitetet i Oslo, OUS-Radiumhospitalet og København Universitet.


Disse enkle organismene gir kunnskap som gjelder for de fleste andre organismer også.

Årsaken er at livet på jorden har vært under utvikling i flere milliarder år, men alt liv er beslektet og bruker de samme byggeklossene. De grunnleggende mekanismene som holder celler i live, altså hvordan de fungerer og hvordan de kommuniserer, er overraskende like i alle organismer.

Dette var grunnen til at en annen nobelprisvinner i fysiologi eller medisin (1965), Jacques Monod, kom med den friske uttalelsen om tarmbakterier og elefanter: «Det som gjelder for bakterien E. coli, gjelder for en elefant».

Tor Erik Rusten, førsteamanuensis ved medisinsk fakultet, Universitetet i Oslo og OUS-Radiumhospitalet.


Super på hver sin måte

Men hvorfor har vi et spekter av underlige og sære modellorganismer? Svaret er at noen er egnet til én type undersøkelser, andre til noe annet. En av de første modellorganismene var erteblomsten og dens frø.

Munken Gregor Mendel var i 1860-årene interessert i å finne ut hvordan utseendet var nedarvet fra én generasjon til den neste. Han etablerte de grunnleggende regler for hvordan egenskaper blir nedarvet, og en ny vitenskap var født: Genetikk. En munk med litt bakgrunn i matematikk, og uten formell utdannelse i biologi, grunnla derved et helt fagfelt. Mendels arbeid gikk i glemmeboken og ble ikke gjenoppdaget før tidlig på 1900-tallet, lenge etter hans død.

Les også

Les også: Dette «levende fossilet» redder menneskeliv med sitt lyseblå blod

En av dem som tok opp arven etter Mendel, var Thomas Morgan (Nobelprisen i 1933), som brukte bananfluer til å vise at arveegenskapene (genene) ligger i kromosomene.

Arbeid med bananfluer har dannet grunnlaget for flere nobelpriser i medisin, slik som påvisning av at radioaktiv stråling fører til mutasjoner (1946), beskrivelse av gener som kontrollerer utvikling av det tidlige embryoet (1995), oppdagelser av luktreseptorer og dens funksjoner (2004), og undersøkelser av hvordan vårt medfødte immunforsvar fungerer (2011).

Gjærceller

Gjær har gjennom mange tiår vært en av arbeidshestene i medisinsk forskning. I motsetning til bakterier har de cellekjerner og har mye til felles med oss mennesker. Det gjelder særlig hvordan celler vokser og deler seg.

Gjærceller er blitt brukt til å finne grunnleggende reguleringsmekanismer for vekst (nobelpris 2001), til kartlegging av transportveier inni celler (nobelpris 2013) og til karakterisering av hvordan celler kan resirkulere sitt eget biologiske materiale (nobelpris 2016). Unnselige mikrober har således hatt en enorm betydning for fremgang innen biologisk forskning.

Den millimeter lange rundormen C. elegans inneholder kun 959 celler, og man kan faktisk følge hver og en av dem under ormens utvikling.


Rundorm

Den kanskje merkeligste modellorganismen er den lille rundormen C. elegans. Denne millimeterlange ormen inneholder kun 959 celler, og man kan faktisk følge hver og en av dem under ormens utvikling.

Ormen vokser fort og er billig i drift, for den lever av å spise bakterier. C. elegans har også blitt tildelt sin nobelpris, nemlig da Sydney Brenner, John Sulston og Robert Horvitz i 2002 fikk prisen for å bruke rundormen i sine arbeider om apoptose, en slags regulert celledød som mennesker også er avhengig av for å få en normal utvikling og å hindre kreft.

Omtrent 70 prosent av alle genene hos mennesket finnes også i sebrafisken (Danio rerio), slik at mye av menneskets biologi kan studeres i denne fisken.


Sjødyr

Fisk har også blitt benyttet i medisinsk forskning, særlig sebrafisk (Danio rerio), en tropisk fisk som i Norge bare finnes i akvarier. I likhet med C. elegans er den gjennomsiktig, noe som gjør at fenomener lettere kan observeres fra utsiden, og man kan benytte lysende molekyler og følge deres bevegelser og plassering.

Omtrent 70 prosent av alle genene hos mennesket finnes også i Danio rerio, slik at mye av menneskets biologi kan studeres i denne fisken, på en ganske enkel måte. Sebrafisken kan få menneskesykdommen Duchennes muskeldystrofi, og de kan utvikle føflekkreft. Dette forteller om mulighetene til å studere menneskets sykdommer i modellorganismer.

Les også

Les også: Nakenrotta får hverken kreft, demens eller aldringstegn


Nerveforskeren Eve Marder benyttet ganske uvanlige modellorganismer, nemlig hummer og krabber. Da hun fikk én av Kavliprisene i Oslo i 2016, uttalte hun at arbeidet hennes ikke kunne vært gjort med andre organismer, for hun ville ikke fått svar på sine spørsmål.

Hennes arbeid revolusjonerte vårt syn på hvordan nerveceller danner nettverk i hjernen, og uten disse skalldyrene hadde denne kunnskapen kanskje ennå vært ukjent. Et annet nevrobiologisk spørsmål ble adressert av det norske ekteparet Moser da de brukte rotter som modellorganisme i sine undersøkelser av orienteringssansen (Nobelprisen i 2014).


Alger og frosk

I tillegg til organismene vi har nevnt over, råder forskeren over et arsenal av andre modellorganismer. For eksempel mange forskjellige bakterier, alger og sopper, en rekke planter, samt et spekter av dyr som frosk og gnagere – og celler fra mennesker. Dette utvalget av modellorganismer har bidratt til nær sagt alt vi kan om de grunnleggende mekanismene i biologi, og som også gjelder for mennesker.


Flere ess i ermet

De enkleste modellorganismene har flere ess i ermet. Et gjennombrudd som er i ferd med å revolusjonere vår medisinske fremtid, er den såkalte CRISPR-Cas9-teknologien.

CRISPR-Cas er et enzymsystem som bakterier bruker til å klippe opp DNA fra angripende virus. Disse enzymene er nå verktøyet som gjør at vi kan forandre, på en planlagt måte, hvilket som helst gen og i hvilken som helst celle, også i levende mennesker.

Les også

Les også: Vil genredigere bort kreft, blindhet, HIV og arvelige sykdommer

Mulighetene for å rette på medfødte sykdommer blir allerede utnyttet, og biomedisinsk forskning har satt opp farten. De etiske spørsmålene som følger med, er åpenbare. Oppdagelsen og anvendelsen av CRISPR-Cas er helt klart en kandidat for nok en nobelpris til forskning med modellorganismer.

Følg Aftenposten Viten på Facebook og Twitter!

Les mer om

  1. Viten
  2. Medisin
  3. Alger
  4. Biologi
  5. Genetikk
  6. Sopp