Nya metoder ger framtida miljövinster

Korridoren ett par trappor upp på institutionen för marina vetenskaper har svagt ljusbruna väggar som matchar det gråmulna decembervädret i den vintertrötta Botaniska trädgården utanför. Bakom en av de oansenliga dörrarna i korridoren hörs ett svagt surrande. Men det som försiggår på andra sidan är allt annat än obetydligt. Här gömmer sig en gigantisk dator, eller rättare sagt, flera ihopkopplade datorer som jobbar med att analysera enorma mängder biologiska data. När dörren slås upp stiger ljudnivån åtskilliga decibel och en våg av värme sköljer ut ur rummet. Totalt jobbar 350 processorer på högvarv, med att analysera de ungefär 100 terabyte data som systemet rymmer.

– När jag började doktorera för 13 år sedan upptäckte jag operativsystemet GNU/Linux. Jag tyckte att det var spännande att man kunde hantera så stora mängder data med hjälp av detta. Så jag började bygga ihop datorer till ett datorkluster och skapade ett eget datalabb, säger Mats Töpel och klappar stolt på bänken med de svarta datorerna.

Datalabbet är idag navet i hans egen forskning. Mats Töpel började läsa biologi och maringeologi, disputerade i systematisk biologi, artkunskap och artbildning. Men intresset för hur datorer kan användas i biologisk forskning tog snart överhanden. Idag forskar han i genomik och bioinformatik. Han sekvenserar DNA och studerar vilka förändringar som sker i generna kopplat till olika miljöförändringar och han jobbar med att skapa nya algoritmer för att analysera biologiska data.

PARALLELLT MED SIN FORSKNING driver Mats Töpel företaget eDNA solutions AB tillsammans med kollegorna Alexander Eiler och Tomas Larsson. Företaget har specialiserat sig på miljöövervakning och bedömning. De använder DNA-baserad teknik för att spåra enskilda arter och bedöma biologisk mångfald av makro- och mikroorganismer.

– Traditionellt sett går forskaren ut i fält och letar efter en art, håller den i handen och artbestämmer den. Vi tar ett vattenprov och ser vad det finns för DNA-molekyler i det. Alla levande organismer lämnar spår av DNA efter sig. På så sätt kan vi se vilka arter som befunnit sig där, förklarar Mats Töpel.

Fördelarna med den DNA-baserade tekniken är många. Mats Töpel lyfter framför allt fram tre aspekter:

• Den är snabb. I ett enda vattenprov kan man finna mängder av DNA och man behöver inte heller veta exakt vilka arter man letar efter.
• Den är reproducerbar. Med denna teknik är det lätt att göra jämförande studier på exakt samma sätt.
• Den är storskalig. Prover körs mot referensdatabaser och istället för att jämföra sekvenser manuellt, en och en, kan man nu parallellköra 100 000-tals sekvenser samtidigt.

– Det här betyder att analyserna, resultaten och slutsatserna blir betydligt säkrare och mer tillförlitliga, summerar Mats Töpel. Det är ett kostnadseffektivt sätt att göra inventering och miljöövervakning på.

Med sin dna-baserade teknik riktar sig Mats Töpels bolag till stora företag som vill göra miljökonsekvensbeskrivningar av den egna verksamheten samt till olika miljöövervakningsföretag. Tekniken är inte helt ny. England, Frankrike och Belgien ligger långt fram vad gäller användningen av eDNA och där börjar man nu använda den i stora, nationella miljöövervakningsprogram. Men i jämförelse med övriga världen ligger Mats Töpel och hans kollegor i framkant.

– Det känns spännande att kunna ta akademisk forskning och applicera den på olika samhällsproblem. Ett av FN:s globala mål är att bevara ekosystem och den biologiska mångfalden. Vi kan hjälpa till här genom att erbjuda teknik som övervakar biologisk mångfald och se hur den biologiska mångfalden förändras på grund av exempelvis klimatförändringar.

Som exempel tar han ett eget pågående forskningsprojekt på kiselalger. Tillsammans med två andra forskargrupper studerar Mats Töpel och hans forskarlag hur kiselalger som lever i vattnet utanför ett kärnkraftverk i Lovisa i Finland har påverkats av klimatförändringarna. Kylvattnet från kärnkraftverket har lett till en temperaturökning i vattnet och detta utgör på så sätt ett område för ett ”naturligt experiment”. Kiselalgen kan bilda vilstadier och vila på botten i minst 100 år. Forskarna tar nu prover på sedimentet och väcker upp alger som levde på 1930-talet och framåt.

– Vi kan se hur de såg ut då och hur de har reagerat på temperaturökningen i vattnet. Hur har algen anpassat sig? Försvinner vissa varianter av en gen? Sker en positiv selektion för vissa egenskaper?

Vi har tagit oss ner en trappa och Mats Töpel öppnar dörren till ett annat laboratorium. Här är det betydligt svalare och det känns som om vi kliver in i ett gigantiskt, vitt kylskåp upplyst av ett bländande kritvitt ljus. På brickor i hyllorna och på bänkarna trängs 600 små prover av kiselalger. Det är dessa prover som ger Mats Töpel data att köra i datalabbet. Analyserna säger dock inte enbart något om just kiselalgen – resultaten går också att applicera på andra organismer.

– Genom att studera hur kiselalgens gener förändras kan vi också få en aning om hur andra organismer reagerar på förändringar, säger Mats Töpel. Är de plastiska och anpassar sig eller kommer det innebära en kollaps? Vi förväntar oss ju en förändring av klimatet – med den här tekniken kan vi få en aning om hur organismer i vårt ekosystem kommer reagera på det.