MinION er en portal DNA-sekvenserer og tilhører den seneste generasjonen DNA-analyseverktøy. Nofimaforskere jobber med DNA-sekvensering av bakteriesamfunn basert på nye metoder som gjør det mulig å identifisere bakteriesammensetningen uten å gå via dyrkning. Foto/CC: Joe Urrutia/Nofima

Helgenomsekvensering for tryggere mat

Kronikk

Pandemien har vist hvordan mikroorganismer raskt kan spre seg og hvor vanskelig det er å bekjempe en usynlig fiende som er i stadig forandring.

Skrevet av
Portrettbilde av Solveig Langsrud
Solveig Langsrud

Seniorforsker
Tlf.: +47 905 67 218
solveig.langsrud@nofima.no

Skrevet av
Portrettbilde av Annette Fagerlund
Skrevet av
Portrettbilde av Birgitte Moen
Birgitte Moen

Forsker
Tlf.: +47 922 08 108
birgitte.moen@nofima.no

Fakta om sekvensering av gener

  • Alle levende organismer har gener som koder for egenskaper. Virus har en genetisk kode på 2000-1 millioner basepar, mens bakteriegenometinneholder mye mer informasjon og har 500 000-12 mill basepar
  • For bakterier og virus vil alle gener nedarves, og enhver endring i arvestoffet (mutasjoner) føres videre til neste generasjon
  • Mikroorganismer i mat kan komme fra råvarene eller fra omgivelsene fra høsting til konsum
  • Den genetiske koden består av basene A, C, G, og T, og begrepet sekvensering betyr å avdekke rekkefølgen av disse basene i DNA-tråden som utgjør arvestoffet. Flere ulike sekvenseringsteknikker og -maskiner kan brukes for å sekvensere DNA.
  • Ved å sekvensere mikroorganismer i mat, omgivelser og sykdomsutbrudd kan det være mulig å finne smittekilder og smitteveier.

Man har visst i over 100 år at smitte kan spre seg gjennom hoste, dårlig håndhygiene, å drikke samme flaske og forurenset mat og drikke. Allikevel er det kanskje først under store smitteutbrudd at vi blir bevisste på at vi inneholder og omgir oss med mikrober og at de kan endre vår tilværelse totalt.

Sekvensering gir helt presise svar

Men noen steder, som på sykehus og hos alle som produserer og serverer mat, foregår en daglig kamp mot usynlige fiender. Nøkkelen til å stoppe smitten er å oppdage problemorganismer, identifisere smittekilden, hindre at mikrobene sprer seg og å få nøkkelinformasjon om egenskapene. I dette arbeidet er genomsekvensering er viktig verktøy The use of next generation sequencing for improving food safety: Translation into practice – ScienceDirect.

Sekvensering har revolusjonert våre muligheter til å forstå og takle mikroorganismer. Tradisjonelt har man vært avhengig av tids- og arbeidskrevende oppdyrking og biokjemiske tester for å identifisere mikrober og det har kun vært mulig å dele dem inn i ganske grove grupper. Gjennom sekvensering av genmaterialet kan man ikke bare spare tid og arbeidskraft, men også få helt presist svar på hvilke mikrober det er snakk om.

Etter hvert som man lærer mer om sammenhengen mellom gener og egenskaper kan man hente ut viktig informasjon om mikroben kun ved å se på sekvensen. Man kan sekvensere små eller store biter av genomet for å få ut spesifikk informasjon. Det mest kraftfulle verktøyet er helgenomsekvensering hvor man kartlegger hele gensekvensen.

Arvestoffet til nesten 1000 bakterier er kartlagt ned i minste detalj

I Nofima har vi de siste seks årene undersøkt mulighetene og begrensingene for å bruke helgenomsekvensering til å sikre trygg og holdbar mat. Vi har så langt helgenomsekvensert nærmere 1000 bakterier fra mat og matindustri.

Forskere og myndigheter over hele verden deler sine sekvenseringsresultater i store databaser, og vi kan gjøre slektskapsanalyser for å sammenlikne våre norske bakterier med utenlandske. Ikke så overaskende fant vi at «våre» bakterier er mer i slekt med hverandre enn med de utenlandske matbakteriene Genome Analysis of Listeria monocytogenes Sequence Type 8 Strains Persisting in Salmon and Poultry Processing Environments and Comparison with Related Strains – PubMed (nih.gov).

Vi vet en del om hvor ofte bakterier muterer og vi har en bakteriesamling som vi har bygd opp gjennom flere år. Det har gjort det mulig å regne ut når de ulike variantene vi fant hadde skilt lag genetisk og derfor når for eksempel en felles stam-mor hadde oppstått. Vi kan også finne smittekilder og studere hvordan bakteriene sprer seg i og mellom ulike fabrikker In-Depth Longitudinal Study of Listeria monocytogenes ST9 Isolates from the Meat Processing Industry: Resolving Diversity and Transmission Patterns Using Whole-Genome Sequencing | Applied and Environmental Microbiology (asm.org).

Detaljert kunnskap er nødvendig for å stoppe smitte

Å vite hvilke bakterier som finnes på råvarer, og hvilke smitteveier disse tar, er nødvendig for å kunne stoppe smitte på et tidlig tidspunkt. Det viser seg også at man skal være forsiktig med å trekke forhastede konklusjoner – som for koronaviruset, kan samme bakterievariant være utbredt og dukke opp i flere bedrifter. Et treff mellom et sykdomstilfelle og en matvare betyr derfor ikke nødvendigvis at man har funnet smittekilden.

Samtidig som vi får informasjon om hvilke bakterievarianter som er i omløp er det mulig å finne ut om bakteriene har spesielle mutasjoner eller resistensgener som gjør dem mer farlige eller vanskeligere å bli kvitt – informasjon som vi ikke får ved de tradisjonelle metodene (Frontiers | Integrating Whole-Genome Sequencing Data Into Quantitative Risk Assessment of Foodborne Antimicrobial Resistance: A Review of Opportunities and Challenges | Microbiology.)

Prøver av bakterier kan tas fra mennesker, mat, eller miljø (venstre). Når man skal sekvensere bakterier kan man enten først dyrke dem opp på næringsagar eller man kan sekvensere DNA direkte fra prøven (midten). DNA-sekvensering fører til store mengder rådata som må analyseres for å kunne tolke sekvenseringsresultatene. For eksempel er det vanlig å sammenlikne med sekvensene fra tidligere sekvenserte bakterier som ligger i store internasjonale databaser, for å finne ut hvilke bakterier man har funnet og hvilke egenskaper de har. Man kan også analysere slektskapet mellom bakteriene (øverst til høyre) eller analysere sammensetningen av bakteriesamfunn for å finne ut hvilke arter det består av (nederst til høyre). cc:Nofima

Bakterier som reduserer matens holdbarhet og kvalitet

Noen få mikrober er direkte farlige å få i seg. Langt flere kan bidra til å redusere maten holdbarhet og kvalitet. Sekvensering av hele eller deler av mikrobenes genmateriale kan også brukes for å finne smittekilder og smitteveier til slike problembakterier.

Mens man tidligere gjennom lite treffsikre metoder enten bare kunne telle antall bakterier eller lete etter bestemte bakteriearter kan man nå studere hele bakteriesamfunn eller studere i detalj hvor en problembakterie kommer fra og sprer seg.

Vi har blant annet kartlagt at det er mulig å finne ut hvilke bakterier som kom fra råvarer, sjø og andre kilder i laksebedrifter Contamination of salmon fillets and processing plants with spoilage bacteria – PubMed (nih.gov). Denne kunnskapen utgjør et grunnlag for et mer treffsikkert renhold. Sekvensering vil også kunne brukes for kvalitetskontroll og muliggjøre en mer fleksibel datomerking av mat. Denne måten å jobbe på er fremdeles på forskningsstadiet og man trenger mer kunnskap om begrensninger og muligheter for å komme videre.

Håp for fremtiden

Annette Fagerhult ved en større sekvenseringsmaskin. Foto/cc: Jon-Are Berg-Jacobsen/Nofima

Sekvensering, og spesielt helgenomsekvensering bidrar til raskere og bedre smittesporing av virus og bakterier. Håpet er at man i fremtiden skal kunne gjøre bedre risikovurderinger, jobbe med forebygging istedenfor brannslukking og kunne tilpasse tiltak til reell risiko.

For matens vedkommende vil det på sikt bety tryggere mat, bedre holdbarhet og kvalitet – og dermed mindre svinn. Kanskje kan du en gang i fremtiden kan forholde deg til en dynamisk merking av mat som tar hensyn til historien til akkurat den pakken du tar ut av kjøledisken.

 

Aftenposten Viten

Denne kronikken stod først på trykk i Aftenposten Viten.

Les mer om:

Relatert innhold