Genredigering for sykdomsresistens

Internasjonalt er det mye forskningsaktivitet og genredigering blir brukt til å avle frem okser og kyr med flere type egenskaper. En del av de første anvendelsene er velkjente mutasjoner og egenskaper, slik som kollethet og mutasjoner som gir kortere eller lysere pels og dermed økt toleranse for høye temperaturer. I USA og flere av de andre store landene utenfor EU vil denne type genredigering med velkjente mutasjoner bli godkjent for produksjon og salg på lik linje med konvensjonelt avlede dyr. Genredigering av nye mutasjoner og nye typer egenskaper krever langt mer forskningsarbeid og detaljforståelse av arvestoffet, men kan gi banebrytende resultater som for eksempel resistens mot sykdommer. Genredigerte griser som er resistente mot PRRS-viruset ble publisert allerede i 2016, og slike griser er nå i prosess med å bli godkjent for kommersiell produksjon i USA. Nylig ble lignende resultater publisert for storfe, med en genredigert kalv som er resistent mot virussykdommen bovin virusdiare (BVDV). Internasjonalt er det mange pågående forskningsprosjekter hvor genredigering benyttes for å forbedre ulike typer egenskaper, så det neste årene vil vi se mye mer av resultater og muligheter.

Foreløpig forskning på cellekulturer

I forskningsprosjektet GeneInnovate har avlsorganisasjonene Norsvin, Geno, Aquagen og Graminor samarbeidet med NMBU og Bioteknologirådet for å bygge kompetanse og fagmiljø rundt genredigering. I dette prosjektet har vi jobbet med genredigering i cellekulturer og laget ressurser for å systematisk slå ut hvert enkelt gen ved hjelp av genredigering. Slike cellebiblioteker kan så utsettes for smitteforsøk for å lete etter gener som gir resistens mot ulike sykdommer. Forskningsarbeidet videreføres i ett nytt prosjekt med Norsvin og NMBU. Det skal ikke lages genredigerte kalver i prosjektet og forskningen skjer kun på cellenivå. Dette kan bli et viktig verktøy i leting etter områder på DNA-tråden hvor genredigering kan brukes for å forbedre sykdomsresistens eller egenskaper hvor det er lite kjent arvelig variasjon i dag. Men genredigering av mutasjoner som allerede finnes i NRF eller i andre raser kan også være svært nyttig. Her ser vi på noen eksempler på slik kjente mutasjoner som kan være aktuelle for utprøving av genredigering i NRF.

«genredigering for å fjerne uønskede mutasjoner fra gode avlskandidater kunne være et nyttig verktøy»

Reparasjon av uønskede mutasjoner

Mutasjoner oppstår spontant ved hver celledeling, og hver eneste kalv har derfor noen titalls nye mutasjoner som er helt nye. De fleste mutasjoner har praktisk talt ingen effekt på egenskaper, men av og til oppstår mutasjoner som gir for eksempel embryodød, omløp, misdannelser eller uønskede produksjonsegenskaper. Når en populær seminokse bærer en uønsket mutasjon vil den kunne øke i frekvens i populasjonen ganske fort, og etter hvert lage problemer som må håndteres i avlsprogrammet. De siste 20 årene har vi hatt to slike mutasjoner, rekegenet og fruktbarhetsdelesjonen, som begge var vanlige i NRF da de ble oppdaget. For å få ned frekvensen av disse mutasjonene ble de fleste bærere vraket. Veldig mange gode okse ble ikke brukt i avlsprogrammet og kostnaden i form av tapt avlsframgang og tapt genetisk variasjon var stor. Dersom vi kunne brukt genredigering på bærere av rekegenet og fruktbarhetsdelesjonen, og byttet ut de uønskede mutasjonene med den opprinnelige DNA-sekvensen kunne vi hatt større framgang og beholdt mer genetisk variasjon.

De siste årene er det to andre mutasjoner, AH1 og iktyose-mutasjonen som har gitt utfordringer i avlsprogrammet. Kalver som får disse mutasjonene i dobbel dose er enten dødfødte eller syke, og vi ønsker derfor å fjerne dem fra populasjonen. Mutasjonene har relativt lav frekvens, men når svært gode enkeltokser er bærere blir det mange gode kalver etter dem som må vrakes. Her vil genredigering for å fjerne uønskede mutasjoner fra gode avlskandidater kunne være et nyttig verktøy.

Øke frekvensen av sjeldne gunstige varianter

Det kommer stadig mer kunnskap om gunstige varianter av enkeltgener og noen av disse variantene kan det være aktuelt å ta inn i NRF-populasjonen. Å øke frekvensen av en sjelden variant kan gjøres i avlsprogrammet ved genetisk testing og seleksjon, men for å unngå innavl må det gjøres over svært lang tid. Genredigering gir muligheter for å øke frekvensen raskere, uten at det blir problemer med innavl. Et historisk eksempel er kolla-allelet, som fra rundt 1990 har vært vektlagt i NRF-avlen. Opprinnelig var det kun noen få oksefamilier som var kolla, og for å unngå innavl og tap av genetisk variasjon måtte vekten i starten være svært lav. Etter et par tiår hadde frekvensen steget, kolla-allelet fantes i flere oksefamilier og det var forsvarlig å øke vektleggingen. I den lange perioden med lave frekvenser er de alle fleste kolla okser heterozygote, mens homozygot kolla okser først blir vanligere når frekvensen blir høyere. Dersom vi kunne brukt genredigering til å raskt innføre kolla-allelet i mange oksefamilier kunne vi økt vektleggingen tidligere uten å risikere problemer med innavl. Med genredigering kunne vi også laget homozygot kolla okser direkte uten å først måtte gjennom en lang fase med heterozygot kolla okser.

Genredigere gen for fettprosent

En aktuell kandidat for genredigering er en variant av DGAT1-genet som har stor effekt på fettprosent. DGAT1-varianten gir mer fett, men mindre melk. Med dagens betaling for fett vil dekningsbidraget for kyr som har en kopi av DGAT1-genet være rundt 2 500 kroner høyere enn for kyr som har ingen eller to kopier. DGAT1-varianten finnes i NRF, men er svært sjelden, med en genfrekvens på rundt 0.5 prosent. Med tanke på økonomi i melkeproduksjonen burde vi derfor øke frekvensen og få frem flere heterozygote kyr. Dette kan gjøres med genomisk seleksjon og vektlegging i avlsmålet, men på samme måte som for kolla-allelet vil det ta flere tiår og vektleggingen må være lav i starten for å unngå innavl. Med en så lang tidshorisont er det risiko for at endringer i forbrukermønster og produksjonsmetoder gjør at betalingsmodellen for melkefett endres og at de økonomiske fordelene ved DGAT1-varianten forsvinner. Med genredigering kan vi endre frekvensen raskt og vi kan også lage okser som er homozygote for DGAT1-varianten slik at de aller fleste døtrene blir heterozygote.

Lage etterspurte kombinasjoner av gen-varianter

Et annet område der genredigering kan bli nyttig er å lage okser med kombinasjoner av etterspurte varianter. I flere eksportmarked er det etterspørsel etter okser som er homozygot kolla, homozygot for A2-varianten av beta-kasein og homozygot for B-varianten av kappa-kasein. Alle disse variantene finnes i NRF, men det er ekstremt få dyr som er homozygot for alle tre samtidig. Sjansen for å finne et seminokseemne som både har høy indeks, god profil på avlsverdiene og samtidig er homozygot for alle disse tre variantene er derfor praktisk talt null. Både kollethet og de etterspurte kaseinvariantene er vektlagt i avlsmålet så på lang sikt vil det bli flere dyr som er homozygote for alle tre. Men å øke frekvensen på flere enkeltgener vil enten ta flere tiår eller gå på bekostning av avlsframgangen på økonomisk viktige egenskaper, og å gjøre store endringer i avlsmålet for å møte etterspørsel i enkelte markeder er ikke aktuelt. Ved bruk av genredigering kan vi sette inn de ønskede kombinasjonene av kaseinvarianter eller andre kjente enkeltgener og få fram okser som både har høye avlsverdier og etterspurte kombinasjoner av enkeltgener. Genredigering brukt på denne måten kan gjøre det mulig å møte kortsiktige og sprikende ønsker rundt enkeltgener i ulike eksportmarkeder eller nisjeproduksjoner, samtidig som vi driver et langsiktig avlsprogram der avlsmålet stort sett ligger fast.