Harpunen borer seg ned i hvithaiens skinn. Den spreller forskrekket, men like raskt som harpunen boret seg inn, trekkes den ut igjen.
På dekket på båten som de siste dagene har jaktet på hvithaien utenfor kysten av California, sprer begeistringen seg, for den lille klumpen med muskel- og hudvev som sitter fast i enden på harpunen, kan utgjøre siste brikke i et puslespill som forskere verden over har forsøkt å legge siden 2007.
Vevet fra den skremte hvithaien plasseres forsiktig i en boks med flytende nitrogen og transporteres tvers over USA til Nova Southeastern University i Florida.
Her har en forskergruppe med Nicholas J. Marra og Michael J. Stanhope i spissen de siste to årene undersøkt vevet og endelig kartlagt hvithaiens samlede arvemateriale, genomet.
Den siste brikken i puslespillet ble tatt utenfor kysten av California. Prøven ble fraktet til Nova Southeastern University i Florida omgitt av flytende nitrogen. Der ble genomet kartlagt.
Grunnen til at forskerne er så interessert i genomet til hvithaien, er at den har en rekke spektakulære evner – den svømmer raskt, lever lenge, kan reparere dype sår og får nesten aldri kreft.
Håpet er at det er mulig å avsløre bakgrunnen for hvithaiens genetiske superkrefter og for eksempel bruke den i jakten på kuren mot kreft.
Hvithaien unngår kreft
Haiene har dominert havet i mer enn 400 millioner år. Evolusjonen har dermed hatt hav av tid til å perfeksjonere det fryktinngytende rovdyret og skjerpe en lang rekke evner. Nettopp derfor har den store hvithaien lenge vekket interesse i forskningsverdenen.
Inntil nylig trodde forskerne at hvithaiens gjennomsnittlige levealder var 20–30 år, som de fleste andre haier, men en studie fra 2014 avslørte at den kan bli opp mot 70 år gammel.
Kombinasjonen av en stor kropp og en høy levealder burde gjøre hvithaien til et opplagt mål for å utvikle kreftsykdommer, men det er ikke tilfellet i det hele tatt. Tvert imot.
Hvithaien har nemlig en av de laveste kreftratene blant virveldyr, men så langt har det vært et mysterium for forskerne hvordan den kan slippe unna. Det har studiene av hvithaiens genom nå endret på.
Luktreseptorer styrker luktesans
Luktesansen er hvithaiens mest velutviklede sans. Den har et enormt antall luktreseptorer i snuten. Det gjør den i stand til å fange opp veldig små mengder blod på flere kilometers avstand.
Tannsett skiftes ut gjennom livet
Munnen er spekket med 300 skarpe, sagtakkede tenner. De er arrangert i rader. De to forreste radene brukes til å skjære gjennom kjøttet, mens de bakerste erstatter de forreste når de brekker av eller går i stykker.
Enorme sår blir lynraskt reparert
Hvithaiens takkede skjell kan skiftes raskt ut. Så snart den er såret, starter en rekke prosesser som stopper blødningen, bekjemper infeksjoner og erstatter skjellene.
Lever har energi til lange reiser
Hvithaileveren utgjør opptil 25 prosent av kroppsvekten og fungerer som et enormt energidepot. Det er nødvendig, for haien migrerer mer enn 20 000 kilometer i løpet av livet.
Stabilt DNA motvirker kreft
Et hav av gener holder hvithaiens DNA stabilt og beskytter mot kreftframkallende mutasjoner. Blant annet kan det høye antallet «hoppende gener» være årsaken til det stabile DNA-et.
Kartleggingen avslørte et nokså stort genom på 4,36 milliarder basepar, som er halvannen ganger større enn menneskets. Genomet inneholder 24 520 gener fordelt på 41 kromosompar, noe som er 18 par mer enn i mennesker.
Et så stort genom er imidlertid ikke uvanlig i naturen. For eksempel finnes det noen bregnearter som har 600 kromosompar. Forskerne fant imidlertid andre oppsiktsvekkende elementer i hvithaiens DNA, blant annet hele 67 unike utgaver av gener.
Om lag en tredjedel hjelper med å gjøre genomet stabilt og beskytter dermed mot DNA-skader, blant annet de som kan lede til at det dannes kreftceller.
Hoppegener står bak kreftforsvar
Tross det stabile genomet har hvithaien faktisk uforholdsmessig mange gener som er kjennetegnet av å kopiere seg fra sted til et annet sted på DNA-strengen.
Alle levende organismer har arvemateriale med såkalte LINE-gener. Den spesielle typen gener produserer proteiner som kan kopiere genet og deretter sette det inn et annet sted i DNA-et.
Dermed endres hvithaiens DNA løpende, noe som skaper mange av de mutasjonene som gjennom tiden har plassert den på toppen av havets næringskjede.
Hoppende gener fintuner arvemassen
Mutasjoner er en viktig faktor i evolusjonen, og hvithaien har, gjennom mange millioner år, hatt nok av tid til å mutere seg til toppen av næringskjeden. En stor del av genomet består nemlig av de såkalte hoppende genene – som hele tiden endrer DNA-et i jakten på nye egenskaper.
RNA flytter ut
Et enzym i cellekjernen leser av et hoppende gen og oversetter det til såkalt RNA. Det transporteres ut av cellekjernen og danner to proteiner, ORF1 og ORF2.
RNA flytter tilbake
Utenfor cellekjernen klamrer ORF1 og ORF2 seg til RNA-et og transporterer det tilbake i cellekjernen.
DNA kopierer det nye RNA-et
I cellekjernen klipper ORF2 over den ene DNA-strengen. Deretter kleber ORF1 seg sammen med strengen og går i gang med å kopiere opplysningene fra RNA-et til et nytt sted i DNA-et. Deretter lukker ORF2 hullene i DNA-et, og RNA-et fjernes fra cellekjernen.
Normalt er slike «hoppende gener» forbundet med utvikling av kreft, fordi det kan gjøre DNA-et sårbart overfor mutasjoner når de trenger seg inn på en ny plassering et sted i genomet.
Kartleggingen av hvithaiens genom viste at den har den høyeste andelen hoppende gener som er observert i noe virveldyr. Hele 30 prosent av hvithaiens genom består av LINE- gener.
Til sammenligning fyller disse bare omkring 20 prosent hos mennesker. Derfor burde hvithaien være særlig utsatt for å utvikle kreft, men paradoksalt nok har resultatet vært det motsatte.
På grunn av de hoppende genene har hvithaien vært tvunget til å utvikle ekstra kraftige utgaver av stabiliserende gener for å veie opp den store mengden av LINE-gener.
De hoppende genene har sannsynligvis vært en drivkraft bak utviklingen av de unike genvariantene som holder hvithaiens genom stabilt og beskyttet mot DNA-skader.
Og den nødvendige utviklingen av potente gener har gjort hvithaien til et av de dyrene som er best beskyttet mot kreft.
Stabilt genom gir langt liv
I det kartlagte genomet oppdaget forskerne også et sett av gener som er utviklet spesielt til å bekjempe og reparere DNA-skader, blant annet forårsaket av giftstoffer, stråling eller feilslåtte celledelinger.
Et eksempel på et unikt gen i hvithaien som motarbeider angrep fra kreftceller, er CHEK2. Analyser avslørte at haien har spesielle mutasjoner i genet som ikke finnes i de andre dyrene forskerne sammenlignet med.
Forskerne mener at mutasjonene skjerper evnen til å blokkere delingen av kreftceller og celler med skadet DNA, slik at de ikke kan spre seg.
Forskerne ved Nova Southeastern University of Florida har nå lagt de siste brikkene i puslespillet som utgjør haiens genom. Helt siden 2007 har forskere arbeidet på dette prosjektet.
Et annet eksempel er genet SIRT7, som er involvert i å reparere og vedlikeholde DNA. Tross genets viktige rolle er SIRT7 ofte forbundet med kreft. Det skyldes at en økt aktivitet fra genet kan framprovosere kreftceller.
Hos blant annet mennesker er en økt aktivitet til SIRT7 forbundet med kreft i blant annet lever, lunger, bryster og livmor, mens en lavere aktivitet reduserer veksten av kreftceller.
Hvithaiens spesielle utgave av SIRT7 er antagelig mindre aktiv enn normale SIRT7-gener og er derfor med på å holde antallet kreftceller nede.
Hai reparerer skader raskt
Motstandsdyktigheten mot kreft er imidlertid ikke mye verdt hvis haien ikke kan overleve det krevende livet som rovdyr. Da nytter det ikke å blø i hjel av små skrammer eller bli syk av alle slags infeksjoner.
Det skjer imidlertid ikke med hvithaien, noe som på makabert vis ble demonstrert da en hvithai i 2008 ble hardt skadet av en båtpropell utenfor kysten av Sør-Afrika.
Propellen skar et stort, åpent sår på ryggen av haien. Såret var 25 centimeter langt, 30 centimeter bredt og 9 centimeter dypt.
Den uheldige haien ble senere observert flere ganger de neste to årene, og i løpet av den perioden ble såret gradvis reparert, helt det til slutt var forsvunnet.
Et sår av den størrelsen ville tatt livet av de fleste dyr, men hvithaien er utrolig effektiv når det gjelder å reparere sår. Den skifter blant annet raskt ut ødelagte skjell gjennom hele livet.
Den nye kartleggingen av arvemateriale viser at flere av de unike genene er involvert i å stoppe blødninger, lukke såret og gjendanne nytt vev.
For eksempel har haien en spesiell versjon av et gen som kalles FGG, som raskt stanser blødningene. Et annet gen, VEGF, er ekstraordinært aktivt hos hvithaien. Genet sørger for å danne nye blodkar under hele helingsprosessen.
Når prosessen settes i gang, trekkes de istykkerrevne blodkarene raskt sammen. Deretter danner en spesiell type fibre, såkalte fibrin-fibre, en propp på såret, og helingsprosessen under såret går i gang.
Først strømmer immunceller til for å forhindre infeksjoner. Deretter trår enda et unikt gen i kraft, nemlig hvithaiens versjon av FGF- genet.
Det begynner å samle en rekke viktige celler, de såkalte fibroblastene, som fungerer som en slags overleger. De produserer proteinene kollagen og elastin, som går i gang med å reparere hvithaiens ødelagte vev.
Kollagenet er både en murstein og et slags stillas. Det gjenoppbygger det ødelagte vevet, samtidig med at det baner vei for at andre proteiner kan arbeide på såret.
Alt dette skjer i løpet av de første 24–48 timene etter at haien har blitt skadet.
Cellepropp sikrer rask reparasjon
Propp stopper blødninger
Bare få sekunder etter at haien blir såret, samler blodplater seg ved åpningen for å stoppe blødningen. Blodplatene har et spesielt enzym som danner fibrinfibre. De legger seg som propper i såret og stopper blødningen.
Proppen fjernes, og nytt vev bygges opp
24–48 timer etter at skaden har skjedd, hopes det opp såkalte fibroblaster. De fjerner fibrinfibrene og begynner å bygge opp skjellene og bindevevet omkring såret igjen, slik at det lukkes permanent.
Nye skjell dekker såret
Når vevet er bygget opp igjen og hullet fylt, lappes overflaten sammen med nye skjell. De er 30–50 prosent større og legger seg mer kaotisk enn de opprinnelige skjellene, noe som danner tydelige arr.
Avhengig av sårets størrelse kan den komplette helingen ta måneder, og noen ganger år. Hvithaien etterlates med et minne, for skjellene legger seg mye mer kaotisk over såret, og de enkelte flakene er større enn de opprinnelige, noe som danner tydelige arr på hvithaiens kropp.
Brusk hemmer kreft
Felles for kampen mot kreft, infeksjoner og sår er at den krever et sterkt immunforsvar, og nettopp hvithaier er kjent for å ha et immunforsvar som er skrudd sammen på en annen måte enn hos andre virveldyr.
Den mest markante forskjellen er at haiene ikke har noen beinmarg, som er det typiske oppholdsstedet for de stamcellene som danner viktige immunceller.
Den oppgaven er snarere flyttet over til små organer som ligger like under hvithaiens nyrer. Skjelettet er dessuten erstattet av brusk, noe som kan spille en avgjørende rolle for å bremse utviklingen av kreftceller og svulster.
Studier har vist at proteiner i haiens brusk er med på å hemme veksten av kreft ved å blokkere for dannelsen av nye blodkar, noe som er helt avgjørende for at kreftsvulster kan suge til seg næring.
Haien kan redde menneskeliv
Forskerne er svært begeistret over det enorme potensialet som ligger gjemt i hvithaiens DNA, og de forventer at de kan hente fram en rekke biomedisinske fordeler fra genomet, noe som kan lede til nye behandlinger av alt fra kreft til alvorlige sår.
Hvithaiens gener kan komme til å inspirere til framtidige genterapier, der pasientenes egne gener får en overhaling med nøye utvalgte mutasjoner, slik at de imiterer haiens genvarianter og dermed gir samme beskyttelse.
Men selv om genterapi er en utrolig lovende metode, er det også veldig kontroversielt, siden vi fortsatt ikke vet mye om de uforutsigbare og langsiktige konsekvensene ved å manipulere pasienters DNA.
Derfor vil det sannsynligvis ta en god stund før legene kan ta i bruk genterapi som er basert på denne forskningen.
De første realistiske skrittene vil i stedet være å produsere haiproteiner som kan brukes til behandlinger av sår og kreft uten å manipulere pasientenes DNA direkte.
Dermed kan leger utnytte hvithaiens raske helingsprosess og kanskje overføre egenskapen til mennesker, slik at man kan sørge for at sår og skader hos pasienter blir reparert raskere.
Veien fra et kartlagt genom til at ferdigutviklede behandlinger som er klar til bruk på mennesker, er lang, og forskere forventer at det vil ta flere års arbeid før de konkrete behandlingene tas i bruk.
Evolusjonen har tross alt brukt mer enn 400 millioner år på å gjøre haien til en superfisk, mens forskerne først de siste årene har dyppet hodet under overflaten.
Men nå har forskerne tegnet opp et kart over hvithaien – så nå er det neste skrittet å finne de skattene som ligger gjemt her.
Ikke så farlig som sitt rykte
Hvithaien har et rykte som en menneskeeter, men vi trenger sjelden frykte å ende som haiens middag. Haien er nemlig langt mer interessert i seler og større fisker enn de relativt magre menneskekroppene.