Herbert Prisen 2007

Forskning kan betyde helbredelse af cystisk fibrose

Heidi Vinther, biologistuderende på Syddansk universitet

Når mor producerer sæd - hvordan hunfisken fik testikler

Jane E. Morthorst, ph.d.-studerende ved Biologisk Institut, Syddansk Universitet. Jamor@ biology.sdu.dk

Dette kunne være indledningen til en af Rudyard Kiplings folkekære historier om, hvordan kamelen fik sine pukler, eller hvordan elefanten fik sin lange snabel, da den gik ned til den grågrønne Limpopoflod for at finde ud af, hvad krokodillen spiser til middag. Men modsat Kiplings historier er denne fortælling om, hvordan hunner kan laves om til hanner og tilbage igen, sand. Hormonforstyrrende stoffer fra vores dagligvarer er det eneste, der skal til. Forsøg med tropefisk skal belyse effekterne af de hormonforstyrrende stoffer på mennesker og miljø.

At en hun kan blive til han og måske tilbage til hun igen – lyder det abstrakt i dine ører? Ikke desto mindre er det sandt, og det er faktisk ganske let. Det kræver et akvarium med vand, et par zebrafisk, og ganske små mængder af vækstfremmeren Trenbolone, der bruges til kødkvæg – så kan man lave hunfisk om til hanfisk på få uger. En gruppe forskere på Syddansk Universitet har opstillet forsøget med zebrafisk som testorganisme. De vil finde ud af, hvorfor hunfisk kan få testikler, når de udsættes for hormonforstyrrende stoffer. Det er ikke længere unormalt at høre om hormonforstyrrende stoffer i vores plastikvarer, kosmetiske produkter og fødevarer, og vi udleder via urinen store mængder til spildevandet og dermed til vandmiljøet. At stofferne ligefrem er så effektive, at de kan få hunfisk til at danne sædceller i stedet for æg og omvendt, ved dog de færreste. Men det er, hvad forsøgene med zebrafisk har vist.

Forsøgsfisk i et underjordisk troppeland

I labyrinten af kældergange under Syddansk Universitet er et rum uden vinduer, hvor temperaturen og luftfugtigheden, trods februars slud og islag, er som i Lalandias tropeland. Temperaturen holdes konstant på 29 grader. Zebrafiskene trives nemlig i varmt vand, og det er her i disse underjordiske fynske troper, de små tropefisk holder til. Netop nu er der sat gang i forsøg for at finde ud af, hvordan hormonforstyrrende stoffer som Trenbolone, kan påvirke udviklingen af kønnet hos zebrafisk – altså om fiskelarven bliver en han eller en hun. Forskerne er overbeviste om, at forsøgene kan give vigtige informationer om, hvordan hormonforstyrrende stoffer kan påvirke og måske skade mennesker og organismer i naturen.

Vækstfremmer gør hunfisk maskuline

Trenbolone bruges som vækstfremmer i kødkvæg i Nordamerika og findes derfor i de barbecuemarinerede grillbøffer på de nordamerikanske spiseborde. Men Trenbolone er også hormonforstyrrende. Det vil sige, at det er et kunstigt stof, som efterligner effekten af kroppens naturlige hormoner. Mange processer i kroppen styres af de naturlige hormoner, som er signalstoffer, der gør det muligt for kroppens organer at kommunikere sammen. Vækst, adfærd og udvikling af kønskarakterer såsom skægvækst, muskelvækst, bryster og menstruationscyklus reguleres af hormonerne. Ofte er de hormonlignende stoffer mere effektive end kroppens egne hormoner. Det er derfor ikke svært at forestille sig, at udsættelse for hormonlignende stoffer kan skabe store forstyrrelser i en organisme. Forstyrrelser der kan være så kraftige, atde kan få hunner til at danne testikler i stedet for æggestokke.

Forsøgene med zebrafisk skal hjælpe forskerne til at forstå, hvilke effekter hormonforstyrrende stoffer har på organismer i miljøet.

Tropefisk i dansk vand

Zebrafisken er en lille sort- og hvidstribet ferskvandsfisk, som mange kender fra deres akvarier. Den lever vildt i Indien og bruges ofte som forsøgsorganisme, fordi den er billig og nem at passe. I forsøget på Syddansk Universitet udsættes fiskeæggene efter befrugtningen for forskellige koncentrationer af Trenbolone i vandet. Koncentrationerne er mellem 5 og 25 nanogram pr. liter vand (1 nanogram = 0,000000001gram). Fiskene går i vandet med Trenbolone, indtil de er 60 dage gamle. På dette tidspunkt burde der være 50% af hvert køn i en naturlig bestand af zebrafisk. Men ved de højeste koncentrationer, er alle fiskene blevet til hanner! De ligner alle hanner af udseende, og de producerer sædceller i stedet for æg.

Kroppens hormoner får baghjul

Vækstfremmere som Trenbolone bruges i landbruget til hurtigt at øge muskelmassen hos kødkvæg – normalt styrer kroppens egne hormoner denne proces. Men den naturlige proces foregår i et noget langsommere tempo. Brugen af vækstfremmere giver mere kød og flere penge på kortere tid. Trenbolone har nemlig samme virkning, som det mandlige kønshormon testosteron. Testosteron dannes i testiklerne hos hanner også mænd. Hormonet er årsagen til, at mænd udvikler de maskuline karaktertræk som dyb stemme, skægvækst, muskelvækst og sædcelledannelse. En enkelt søgning på internettet afslører, at mange mennesker har opdaget mulighederne ved Trenbolone og endda indtager det frivilligt.

Muskelmænd på vækstfremmer

En Google-søgning på Trenbolone giver mange hits, men det er bestemt ikke hjemmesider med velvoksne Hereford-tyre og forsøg med zebrafisk, som præger søgeresultatet. Derimod er det sider med solariebrune, olieglinsende brystkasser. Bodybuilderne er henrykte for Trenbolone. Det får dem til at ligne præmietyre hurtigere end de kan nå at købe nyt tøj – måske er det derfor, man tit ser dem i tætsiddende T-shirts, der er mere sprængfarlige end vejsidebomber. På internetsiderne findes mange opskrifter på vejen til hurtige muskler. En af dem er brugen af Trenbolone flere gange ugentlig, og i koncentrationer der er mange gange større end dem zebrafiskene udsættes for. Hvilken effekt stoffer som Trenbolone har på mennesker, uanset om de indtages frivilligt eller ufrivilligt gennem føden, er ikke særlig vel undersøgt, men hos fisk er effekterne ikke til at tage fejl af.

Når mor får testikler

Hvad betyder det, når et udefrakommende stof går ind og erstatter det naturlige hormon? Det kan betyde, at hunner begynder at producere sæd i stedet for æg – i hvertfald hos zebrafisk. Men hvordan og hvorfor forsøger forskerne på Syddansk Universitet at finde en forklaring på. Med zebrafiskene som testorganismer er det muligt at blive klogere på, hvordan menneskeskabte hormonforstyrrende stoffer kan påvirke organismer. Fiskenes fysiologi og hormonsystem er nemlig ikke så forskelligt fra pattedyrenes og menneskenes. Hunner danner normalt meget lidt testosteron, og derfor får hunner ikke de hanlige karaktertræk. I stedet danner hunner hormonet østrogen. Det styrer udviklingen af de hunlige karakteristika f.eks. æggestokke. Årsagen til forskellen mellem kønnene findes i generne. Om et menneske bliver med eller uden ’tap’ afhænger også af generne.

I alle kroppens celler findes gener, og de er pakket sammen i enheder, der kaldes kromosomer. På hvert kromosom ligger mange tusinde gener. Et menneske har 46 kromosomer i hver celle. Hvert gen indeholder et lille program til en bestemt proces i kroppen. Det kan f.eks. være et program til dannelse af hormoner som testosteron og østrogen. Halvdelen af vores kromosomer, det vil sige 23, kommer fra mor og den anden halvdel fra far. Og de passer sammen to og to. Kromosom 1 fra moren har de samme gener som kromosom 1 fra faren, og det samme gælder for de resterende 22 par af kromosomer. Genpakkerne, altså kromosomerne, er stort set ens hos moren og faren. Dog kan udgaverne af generne være forskellige, ligesom der er forskellige udgaver af computerprogrammer. Programmets, altså genets, overordnede funktion er den samme, men egenskaberne hos de to genudgaver kan variere. F.eks. kan de to gener have et program for øjenfarven, men farens udgave af programmet giver blå øjenfarve, hvorimod morens udgave giver brun.

Hvorfor hanner bliver til hanner og hunner til hunner

Livet opstår ud fra to celler: en ægcelle og en sædcelle. De har hver deres programpakke bestående af 23 kromosomer – tilsammen giver det de 46 kromosomer. Fosterets programpakke dannes i det øjeblik sædcellen, med farens kromosomer, smelter sammen med ægcellen, med morens kromosomer. Pakken indeholder bl.a. et program der afgør, om fosteret bliver en han eller en hun. Enten er det et program, der giver besked om, at der skal dannes hunlige karakterer. Eller også et det et program med instrukser om dannelse af hanlige karakterer. Det hele afhænger af, hvilken sædcelle der vinder det store kapløb, og får befrugtet ægget. Hanner producerer nemlig to slags sædceller: én slags med et hankromosom (Y-kromosom) og en anden slags med et hun-kromosom (X-kromosom). Alle æg har derimod kun hun-kromosomer (X). Når et æg smelter sammen med en sædcelle, er det afgørende for kønnet, hvilken én af de to slags sædceller, der er blevet ’lukket ind i varmen’.

Hvis en ægcelle (X) og en sædcelle med et Y-kromosom smelter sammen, bliver fosteret en dreng (XY). Hvis sædcellen derimod har et X-kromosom bliver fosteret en pige (XX). På Y-kromosomet, som kun drengene har, ligger gener, som kan få kroppen til at producere hormonet testosteron. Og når fosteret påvirkes med testosteron, begynder de hanlige karakterer at udvikle sig og babyen bliver en dreng. Gener, som danner hormoner, er altså årsagen til de to forskellige køn hos mennesker.

Mennesker og fisk - principperne er ens

Også generne styrer udviklingen af kønnet hos zebrafisken, men de har ikke han- og hun-kromosomer, som mennesket har. I stedet er generne, som bestemmer kønnet, spredt ud over mange kromosomer. Indtil fiskene er 20 dage gamle, har de faktisk alle æggestokke, men derefter begynder halvdelen at nedbryde æggestokkene og begynder i stedet at danne testikler. Når fiskene er 60 dage gamle, er der 50% af hvert køn – under normale omstændigheder. Som nævnt ovenfor er det hos mennesker hormoner, som afgør om udviklingen fortsætter i hanlig eller hunlig retning. Hos zebrafisk ved man endnu ikke præcis, hvad der afgør, om fiskelarven bliver en han eller en hun til sidst. Det kan være hormoner. Men man ved også at iltmængden og temperaturen kan have indvirkning på kønnet hos fisk. Det er derfor at temperaturen hos zebrafiskene i kælderrummet er konstant på 29 grader.

Fiskene er meget sarte overfor hormoner i den periode, hvor kønnet skal udvikles. Det er perioden fra de er 20-40 dage gamle. Ved at påvirke fiskene med hormonlignende stoffer i vandet, kan udviklingen ændres i retning af det modsatte køn. Selvom fiskens gener har et hun-program, kan man faktisk få fisken til at udvikle testikler og sædceller i stedet for æggestokke og æg, bare ved at hælde et testosteronlignende stof som Trenbolone i vandet. Generne bliver overdøvet af det kunstige stof.

Kan kvinder så laves om til mænd med Trenbolone? Det kunne da være meget rart. Tænk, pludselig at være i stand til at stå op at tisse og kunne hænge en hylde op uden at det tager en halv eftermiddag og 7 fejlborede huller, som skal lappes med Polyfilla, hvilket tager resten af eftermiddagen! At kvinder ligefrem begynder at danne sæd, er endnu ikke set. Men der er andre alvorlige konsekvenser ved brugen af stoffer som Trenbolone. Mændenes naturlige produktion af testosteron kan ophøre, så hele forplantningssystemet påvirkes. Hvor langvarige bivirkningerne er hos mennesker vides endnu ikke. Men hos fisk er det bedre undersøgt. Fiskene bliver fuldstændig kønsforvirrede.

Én gang han, altid han?

Tilbage hos zebrafiskene i det fynske tropeland; efter de 60 dage flyttes fiskene til rent vand, og her skal de opholde sig de næste 4-5 måneder. Man vil undersøge, hvad der sker med fiskenes køn, når påvirkningen med det testosteronlignende stof ophører. Der er nemlig fundet interessante resultater; ligesom i det ovennævnte forsøg med Trenbolone, hvor hunner laves om til hanner, er det også muligt at lave hanner om til hunner, som producerer æg i stedet for sædceller. Hanner kan laves til hunner med østrogener, som er ansvarlig for udviklingen af de feminine karakterer. Forsøg med østrogener i zebrafiskenes vand har vist, at der kan dannes en bestand kun af hunner. Hannerne blev feminiserede og dannede altså æg i stedet for sædceller, selvom deres gener faktisk var programmerede til at danne hanlige karakterer. MEN, og hold nu godt fast, når alle fiskene fik lov til at gå i rent vand i 5 måneder, vendte de feminiserede hanner faktisk tilbage til udgangspunktet - de fik deres manddom tilbage og begyndte igen at danne sædceller i stedet for æg. De ’ægte’ hunner, producerede stadig æg, så nu var der igen 50% af hvert køn. Vi er altså tilbage, hvor vi startede, men ved nu, at fiskenes køn kan omdannes kunstigt. Men vi ved også, at omdannelsen er reversibel. Ved høje koncentrationer er omdannelsen dog permanent, og i nogle tilfælde opstår der faktisk fisk, der hverken er hunner eller hanner og derfor heller ikke kan formere sig. Fænomenet er allerede observeret hos flere fiskearter i mange europæiske vandløb. Vi udleder nemlig store mængder naturlige og kunstige østrogener via urinen til vores spildevand, og det forstyrrer fiskenes hormonbalance. Det kan få negativ indvirkning på fiskenes evne til at formere sig. Der vil ikke være hanner nok til at befrugte æggene, og bestandene vil måske svinde ind.

Zebrafisk kan løse gåden

Om de dannede hanfisk fra forsøget med Trenbolone kan blive hunner igen, når de opholder sig i rent vand, vides endnu ikke, men det skal dette forsøg være med til at opklare. Ét er i hvert fald klart, zebrafisk er meget sårbare overfor de hormonforstyrrende stoffer, men hvorvidt pattedyr og mennesker er lige så sarte, ved forskerne endnu ikke med sikkerhed. Men jo mere vi finder ud af om effekterne på fisk, jo bedre mulighed har vi for at forstå stoffernes virkningsmekanismer i detaljer, og jo mere sikkert vil det være at overføre resultater, opnået ved forsøg med fisk, til andre organismer. Zebrafisk kan således bruges til at teste nye stoffer, før de kommer i kontakt med mennesker og miljøet. Derfor fortsætter forsøgene med zebrafisk i det lille tropeland i kælderen på Syddansk Universitet, og forhåbentlig kan forsøg som dette i fremtiden være med til at forklare, hvordan hunfisken fik testikler.

Hvis du vil vide, hvad forsøgene ender med og læse nærmere om fremtidige undersøgelser og resultater med hormonforstyrrende stoffer så klik ind på: http://www.biologi.sdu.dk/hjemmesider_1/phds/m orthorst_jane/dk/phd.htm