Ann-Sofi Rehnstam-Holm, Forskning

Tidigare forskning

Mitt arbete har hittills huvudsakligen bestått i studier av fluktuation och förekomst av bakterier och alger inom den marina mikrobiella näringsväven, men på senare tid driver jag också projekt där vi spårar mikrobiella patogener i vattensystem.

Ungefär 78% av jordens yta är täckt av vatten och det mesta av detta vatten återfinns i haven. Här utvecklats en stor mängd olika organismer. Hur många som finns, deras särart och aktivitet bestäms både av interaktioner mellan organismer och olika miljöfaktorer. De primära producenternas upptag av solenergi driver hela systemet och alla varelser, från valar till minsta bakterie är beroende av dem.

Under de senaste decennierna har mycket av intresset inom den marina vetenskapen fokuserats runt den mikrobiella näringsväven, sedan man har insett den stora betydelse detta lilla ekologiska kretslopp har i de globala kretsloppen av kol, kväve och fosfor. För att kunna förstå mikroorganismernas roll, är det viktigt att kunna definiera såväl fysikalkemiska parametrar som metaboliska processer och populationsdynamiken för i systemet dominerande arter.

På grund av att artsammansättningen, fluktuationen och distributionen av marina bakterier och encelliga alger till stora delar är okända, har marina mikrobiologer behandlat dessa som en "svart låda" med homogent beteende. I och med introduktionen av molekylära identifieringsmetoder har vi idag fått det nödvändiga verktyget för att kunna öppna denna låda. I mitt doktorandarbete var jag bland de första i världen att karaktäriserade marina bakterier med hjälp av rRNA/DNA sekvenseringsanalyser och specifika identifieringsmolekyler och möjliggjorde därigenom detektion av dessa bakterier i den mikrobiella näringsväven (Rehnstam et al. 1989, Turk et al. 1992). I min avhandling kunde jag påvisa att marina bakterier blommade på samma sätt som alger, och att olika arter avlöser varandra över året. Omfattningen av dessa blomningar har varit i åtminstone storleksordningen 20-30 km2 (Rehnstam et al. 1993).

Efter min doktorandtid har jag fortsatt med att utveckla molekylära detektionssystem för alger. Ett stort hinder vid miljöövervakning av algblomningar är identifiering och kvantifiering av potentiellt giftiga arter. Därför valde jag att fokusera min forskning på att arbeta fram metoder som mycket snabbare än idag kan identifiera potentiellt toxiska alger, samt anpassa dessa metoder för användning vid regelbunden miljöövervakning.

Som ett alternativ till den konventionella typen av identifiering (mikroskopering av lugolfärgade vattenprov) har jag utvecklat artspecifika detektionsprober och applicerat dessa för in situ hybridisering av fixerade algprov. Detta innebär att man direkt i mikroskopet kan identifiera de celler som bundit identifieringsmolekylen via fluorescens (Rehnstam-Holm et al. 2002). Vidare har jag utarbetat flera artspecifika PCR-protokoll för identifiering av toxiska alger både på levande och fixerade prover. Båda dessa metoder har jag tillämpat på projekt utförda vid Umeå universitet, under min postdoc vistelse vid Woods Hole Oceanographic Institution, USA och tillsammans med min före detta doktorand Anna Godhe vid marin ekologi, Göteborgs universitet (Godhe et al. 2001, Godhe et al 2002b, Godhe et al 2002c). Jag har också via mitt letande av specifika prober och primers i nysekvenserade alg-genom kunnat använda mina data och göra en hel del fylogenetiska studier (Rehnstam-Holm et al. 2002). Vidare har jag kunnat via min tidigare funktion inom referenslaboratoriet för marina biotoxiner arbetat med alggiftsanalyser samt utveckling och utprovning av nya sådana analyssystem (Svensson et al 2000, Godhe et al 2002a, Haamer et al. 1999). Förutom detta har jag och min tidigare doktorand Bodil Hernroth varit involverad i ett EU finansierat projekt, där målet var att utveckla analysmetoder för påvisandet av bakterier, bakteriofager och humana virus i musslor samt att jämför resultaten mellan årstider och nationer (Hernroth et al. 2002).

I projektet "Sustainable Costal Zone Management" (SUCOZOMA II, MISTRA finansierat program var jag biträdande projektledare för delprogram 2.1 "Näringsämnen i kretslopp med musselodling". Inom detta projekt har jag varit ledande för utvecklingen av nya detektionsmetoder för påvisande av alger och algtoxin i musslor och vatten. Jag har också, tillsammans med före detta doktorand Fredrik Norén, hittat en totalt ny organism (nytt fylum!), Parvilucifera infectans, som dödar mikroskopiska giftalger. Vidare har jag och Bodil Hernroth arbetat med att detektera och studera upptag och nedbrytning av patogena mikroorganismer i musslor. Samarbetspartners inom detta stora projekt var framför allt Doc. Odd Lindahl, Kungliga vetenskapsakademien, Kristinebergs marina forskningsstation, men även forskare vid den nationalekonomiska och juridiska Institutionen vid Göteborgs Universitet samt Tjärnö marinbiologiska laboratorium, Fiskeriverket och Systemekologiska Inst. och Genetiska Inst. vid Stockholms universitet. Projektet har genererat ett flertal olika publikationer med min medverkan (Svensson et al. 1999, Rehnstam-Holm et al. 1999, Haamer et al. 1999, Norén et al. 2000, Svensson et al. 2000, Godhe et al. 2002a, Hernroth et al. 2002, Godhe et al. 2002b, Lindahl et al 2005, Rehnstam-Holm & Hernroth 2005).

Skadliga algblomningar är ett ökande globalt problem. Förutom problem med övergödning och syrefria bottnar kan många algtoxiner ackumuleras i skaldjur och fisk och kan på så sätt orsaka allvarliga förgiftningar både hos människor och djur. Men utgör viloformerna på botten i ett givet geografiskt område verkligen de "frön" som initierar en blomning, eller är det så att alger "sås in" vis strömmar till området i fråga? I projekten "Significance of benthic resting stages on the dynamics of harmful algal blooms along the south-west coast of India" och "Use of molecular techniques to study the influence of benthic resting stages on the dynamics of harmful algal blooms along the south west coast of India" jobbade vi med ett omfattande arbete för att ta fram de rätta molekylära verktygen för att kunna svara på dessa frågor, genom att identifiera det klonala ursprunget av en algblomning (Godhe A, et al. 2006). Resultaten från denna typ av forskning är dels grundvetenskapligt intressant genom att ge information om den bentiska-pelagiala kopplingen vad gäller algblomningar, men också en rent praktisk information. Jag var huvudansvarig för dessa projekt, men som mycket viktiga medlemmar i gruppen ingick FD Anna Godhe, doc Melissa McQuoid och doktorand Karolina Härnström, Marin ekologi, Göteborgs universitet samt prof. Iddya Karunasagar, prof. Indrani Karunasagar och doktorand Sharavanan V, College of Fisheries, Mangalore, India. Projektet är ännu ej helt avslutat.

Analysen av algtoxiner (okadasyra och dess derivat) i musslor initierades av prof. Lars Edebo, klinisk bakteriologi GU redan 1987. Analysverksamheten flyttades år 2000 till ett kommersiellt företag. Idag betalas analyserna av livsmedelsverket. Jag har varit engagerad inom detta område sedan 1998 och hade under några år hela ansvaret för analyserna. Men hur ser algtoxinförekomsten ut temporärt och spatiellt? Går förekomsten att koppla till förekomst av giftalger i vattnet, närsalttillgång, solinstrålning mm.? I projektet "Temporal and spatial distribution of diarrheic shellfish toxins in blue mussels, Mytilus edulis (L.), along the Swedish Skagerrak coast, NE Atlantic" har jag och forskare från SMHI och GU slagit oss samman för att sammanställa och analysera de algtoxindata som finns rapporterade sedan 1987 (Rehnstam-Holm et al, submitted, Karlson et al SMHI rapport 2007).

Pågående projekt

Reningen av avloppsvatten i Sverige är fokuserad på borttagandet av närsalter (kväve, fosfor). För detta ändamål byggs nu reningsverken ut i Sverige för dyra pengar och våtmarker anläggs. Vad vi inte vet är vad som händer med de patogener (virus, bakterier, parasiter) som klarar sig igenom reningsverkens olika steg och kommer ut i våtmarkerna. I projekten "Patogena mikroorganismers spridning och förekomst i avloppsvatten, avloppsvåtmarker och i naturen" och "Antibiotic resistent bacteria in sewage (ARBIS) – development of a system for risk analysis, early warning, and surveillance of drug resistant bacteria in hospitals and the community" vill vi undersöka om förekomsten av aggressiva och antibiotikaresistenta E.coli, Campylobacter, och enterokocker kan detekteras på ett effektivare sätt samt följa dessa organismers väg genom reningsstegen ut i våtmarken. Vi använder oss av sofistikerad fenotypisk identifiering tillsammans med molekylär analys av gener kopplade till bakteriernas sjukdomsalstrande förmåga och antibiotikaresistens. Resultat från projekten kommer att ge viktiga ledtrådar till spridning av multiresistenta och patogena organismer i samhället samt ge en indikation på om avloppsvåtmarker kan utgöra en smittorisk. En mycket viktig samarbetspartner i dessa projekt (drivande av ARBIS projektet) är prof. Roland Möllby och doc. Inger Kühns med kolleger vid Karolinska institutet, Stockholm.

I projekt, "Human microbial pathogens in bivalves from south eastern Moçambique: Risk assessment and technology transfer", som leds av prof. Tomas Bergström och MD Bodil Hernroth, Göteborgs universitet, ingår jag som den bakteriologiska experten. Projektet fokuserar på tvåskaliga blötdjur som viktiga vektorer för återcirkulering av patogena bakterier och virus från naturen tillbaka till samhället. (Rehnstam-Holm & Hernroth, 2005) Diarrésjukdomar är rankade som en av de absolut vanligaste orsakerna till för tidig död i utvecklingsländer som Moçambique. Enligt en WHO rapport från 1987 är just konsumtion av musslor och ostron en av de absolut vanligaste hälsoriskerna, speciellt i länder med undermåliga sanitära åtgärder, men även i svenska marina vatten kan vi hitta förvånansvärt höga frekvenser av tarmvirus som t.ex. vinterkräkvirus (Hernroth et al. 2002). I projektet studerar vi förekomst, persistens och infektionskapaciteten hos E.coli, Salmonella och enterivirus i musslor från Maputo, Moçambique. Vi undersöker också antibiotikaresistensmönstret hos bakterieisolaten, samt förekomst av vissa virulensgener. Ett viktigt delmål med projektet är också att hjälpa till att bygga upp och överföra molekylära tekniker till biologiinstitutionen vid University Eduardo Mondlane i Maputo.

Vidare har jag ett doktorandprojekt (för Betty Kronkvist) finansierat av SIDA vid namn "Vibrio pathogens in bivalves and aquatic environments in south eastern Mozambique". Detta projekt har tydliga kopplingar till det ovan nämnda Göteborgsprojektet, men här studerar vi den marina bakterien Vibrios förekomst och ekologi. Delar av dessa undersökningar utförs även i Sverige och inom Indienprojektet "Inter-relation between bacteria and phytoplankton blooms in the Arabian Sea" även det finansierat av SIDA. Inom detta projekt, som jag har i samarbete med Anna Godhe Göteborgs universitet, har vi två doktorander.