|
 |
|
RESEARCH
Aarhus Centre for Environmental Stress Research (ACES)
IndledningIndenfor den biologiske og medicinske forskning er der enighed om, at stress påført organismen af det omgivende miljø har en stor betydning for udviklingen af biologiske systemer. Dette gælder fra det molekylære niveau til økosystemer. Miljøstress kan defineres som en fysisk eller kemisk faktor, der forårsager en potentielt skadelig ændring i et biologisk system. Centerets (Aarhus Stress Center) forskning er rettet imod at klarlægge de mekanismer bag udviklingen af stressresistens. Som modelorganisme anvendes bananfluen Drosophila melanogaster, fordi man kender biologiske og genetiske forhold særdeles godt hos denne art. Dette skyldes ikke mindst at artens samlede genom for nylig er blevet kortlagt. Fra denne art vil der oprettes linier, som selekteres for resistens over for forskellige stressfaktorer, bl.a. varme, kulde, udtørring, udsultning m.m., som danner grundlag for den tværfaglige forskning. Forskningen udføres af forskergrupper ved AU og Danmarks Miljøundersøgelser, som komplementerer hinanden. Således dækkes aspekter lige fra DNA over proteomics til fysiologi, populationsgenetik og evolution. Centeret sigter derved imod at få et mere fuldstændigt billede af de evolutionære processer der afgør hvorledes stresstolerance er blevet udviklet ved selektion, og hvorledes organismens forsvarsmekanismer fungerer i fysiologisk forstand. Centerets formål er at kombinere kompetance fra forskellige disipliner (molekylær- og evolutionsbiologi, genetik, fysiologi og bioinformatik) i en indsats mod undersøgelse af samme område på forskellige niveauer.
MolekylærgenetikPå det molekylære niveau vil en af hovedopgaverne være at identificere de gener og/eller gen-varianter der er vigtige for tilpasningen til ekstreme miljøpåvirkninger og at relatere variation på DNA niveauet til variation i funktion og fænotype (stressresistens). Til dette formål findes en række molekylære værktøjer. Man kan med såkaldte gen-chips screene hele genomer (eller en lang række identificerede kandidatgener) for ændringer i gen-ekspressionen efter forskellige behandlinger. Dette vil føre til identificering af nye kandidatgener og disse vil så kunne undersøges i detaljer med henblik på variation mellem individer, funktion og rolle i tilpasning. Vi vil sekventere kandidatgener for variation på DNA niveau, heriblandt heat-shock generne, måle niveauet af mRNA og af udtrykt protein. På denne måde kan den molekylære respons som følge af akklimering eller selektion for øget resistens følges på alle niveauer og hjælpe til at identificere de processer der fører til øget stressresistens, samt hvilke gener og hvilke molekylære niveauer der spiller en vigtig rolle i denne process.
FysiologiDe fysiologiske studier tager udgangspunkt i hvorledes organismen reagerer på akklimering. Akklimering er den proces, der finder sted når organismer justerer deres biokemiske og fysiologiske funktioner, efter at en fysisk ændring af omgivelserne har fundet sted. Dette kan f.eks. være en pludselig ændring i temperatur eller fugtighed. Gennem akklimering tilpasser organismen sig til de nye forhold. Men akklimeringen gør også, at organismen bliver mere tolerant overfor eventuelle nye og kraftigere ændringer i det omgivende miljø. Nogle vigtige fysiologiske ændringer, der finder sted under akklimering kan bl. a. være produktion af stressproteiner (”heat shock proteins”) eller ændringer i cellemembranernes sammensætning af fosfolipider. Begge disse fysiologiske responser har vist sig at være meget vigtige, når det gælder tilpasning til ekstreme temperaturer. En anden respons kan være akkumulering af små molekyler som sukkerstoffer, der har stor betydning for overlevelsen af både lav temperatur og tørke hos insekter og andre invertebrater. I projektet vil der blive benyttet NMR teknikker (nuclear molecular resonance) til at undersøge hvordan små metabolitter og fosfolipider ændrer sig under akklimeringsprocessen. Herved kan man i den samme analyse detektere ændringer i en lang række metabolitter, uden at skulle foretage den prøveforberedelse der er forbundet med mange andre analysekemiske teknikker. Muligvis kan der endda måles på levende individer, hvilket vil åbne nye muligheder for at følge biokemiske ændringer i det samme individ over tid. Den fysiologiske forskning vil blive tæt koordineret med molekylære undersøgelser (se under DNA chips) og proteomics-delen. Herved håber vi at kunne klarlægge så mange aspekter af akklimeringsprocessen som muligt.
EvolutionGennem evolutionær tilpasning til stressfulde miljøtilstande kan karaktertræk ændres på en række områder. Overordnet findes der tre typer af mekanismer der kan hjælpe organismer (herunder bananfluer) med at overleve og opretholde reproduktion under stress. Disse er adfærdsmæssige (f.eks. undvigelse, døgnrytme), faste genetiske ændringer (f.eks. mere varmestabile enzymer) og plastiske ændringer (fysiologiske ændringer som respons på stresseksponering (akklimering), heat-shock proteiner). Disse mekanismer har alle en genetisk basis og kan derfor ændres gennem evolution. Basal evolutionær teori forudsiger at alle mekanismer har fordele og ulemper i forskellige situationer og produktet af evolutionær tilpasning vil være en afvejning af disse fordele og ulemper, så organismen i en given situation har de størst mulige fordele i forhold til ulemper. Vi vil identificere mekanismerne bag disse fordele og ulemper for bedre at forstå, hvordan evolutionsprocessen forløber og hvorfor nogle mekanismer bliver selekteret for i givne miljøer.
|
||||||||||||||||||
|
