Forberede sykdomsbekjempelse ved genredigering for en mer bærekraftig husdyrproduksjon

Kjøttindustrien sikter mot en mer bærekraftig produksjon og bedre mattrygghet gjennom fokus på dyrevelferd, sykdomsresistens, dødelighet og antibiotikabruk. Dyrevelferd og produksjonseffektivitet kan bli alvorlig påvirket av tilstedeværelsen av sykdommer, men avl for sykdomsresistens er en vanskelig oppgave, da det krever fenotyper av høy kvalitet på sykdomsstatusen til dyr i populasjonen. Dette er vanskelig å få til fordi sykdommer ofte er forårsaket av forskjellige patogener og påvirket av miljøfaktorer. Genredigeringsteknologi gir nye muligheter innen avl for sykdomsresistens gjennom identifisering og redigering av viktige gener. Målet med dette prosjektet er å innlemme CRISPR-screeningsverktøy hos gris og storfe for å løse utfordringen med avl for sykdomsresistens. Hovedaktivitetene inkluderer screening av helgenom-CRISPR-redigerte celler med patogener som forårsaker dyrevelferd og produksjonstap på grunn av diaré og lungeinfeksjoner hos norsk husdyr. Helgenom-CRISPR-screeninger har blitt brukt med hell for å identifisere funksjonelle gener i flere smittsomme sykdommer hos mennesker, men disse verktøyene har ikke blitt utviklet hos husdyr tidligere. I Norge er diaré den viktigste sykdommen som fører til grisdød, mens luftveisinfeksjon er den vanligste sykdommen hos kalver. Antibiotika brukes ofte til å behandle både grisdiaré og luftveissykdommer hos storfe, men antibiotikaresistens er en bekymring. Identifisering av funksjonelle gener involvert i interaksjoner mellom vert og patogen kan ikke bare brukes til fremtidig genredigering for å oppnå resistente dyr, men også til å identifisere genetiske markører som skal brukes i tradisjonell avl i dag. Bedre dyrevelferd, mindre produksjonstap og redusert karbonavtrykk bidrar til videreutviklet konkurranseevne for norsk husdyr i en verden som i økende grad etterspør bærekraftig produsert mat.

En av de vanskeligste egenskapene å forbedre med tradisjonell avl er sykdomsresistens. Ny teknologi innen genredigering gjør det mulig med high-throughput genomisk CRISPR screening for å finne hvilke gener som er viktige for resistens mot ulike patogener hos husdyr. Ideen med et genomisk CRISPR screen er at hvert gen i genomet blir målrettet slått av (knock-out) ved hjelp av guide RNAs (gRNAs). gRNAs settes inn i en vector som bringes inn i celler for å slå av genene som gRNAs koder for. Cellestudier gjør at vi kan jobbe med patogener uten at det går utover dyrevelferd. Ved å tilsette patogen til cellene som har fått gRNAs er det mulig å finne kandidatgener for resistens ved å sekvensere cellene som overlever patogenet. Sekvenseringen vil vise hvilke gener som er slått ut og som dermed er viktige for resistens. Denne typen studier er allerede kjent for menneske og mus, mens verktøy for slike studier i husdyr ikke er kommersielt tilgjengelig. Vi har i dette prosjektet etablert cellekulturer som egner seg for slike store eksperimenter i gris og storfe, og vi har også designet gRNA bibliotek for disse to artene. Disse bibliotekene inneholder gRNAs for alle gener i genomet til gris og storfe. Vi har videre etablert CRISPR screening-teknologien ved å bruke patogener som er viktig for velferd hos norsk gris og storfe. E.coli gir diaré hos gris mens porcine cirovirus (PCV2) er en sykdom som gir avmagring og økt dødelighet hos gris. I storfe har vi brukt patogenet bovine viral diarrhea virus (BVDV) som gir diaré. For alle disse tre patogenene ble det utviklet en fenotype som det kunne screenes for på cellenivå og for alle tre fikk vi utført forsøk og fikk resultater som identifiserte gener som er viktige for sykdomsresistens mot disse patogenene.