Harpunen borer sig ned i hvidhajens skind. Den spræller forskrækket, men lige så hurtigt, som harpunen borede sig ind i hajen, lige så hurtigt trækkes den ud igen.
Oppe på båden, som de sidste dage har jagtet hvidhajen ud for Californiens kyst, spreder begejstringen sig, for den lille klump muskel- og hudvæv, der er for enden af harpunspyddet, kan udgøre sidste brik i et puslespil, som forskere verden over har forsøgt at lægge siden 2007.
Vævet fra den skræmte hvidhaj placeres nænsomt i en boks med flydende nitrogen og transporteres tværs over USA til Nova Southeastern University i Florida.
Her har et forskerhold med Nicholas J. Marra og Michael J. Stanhope i spidsen de seneste to år undersøgt vævet og endelig kortlagt hvidhajens samlede arvemateriale, dens genom.
Den sidste brik i puslespillet blev taget ud for Californiens kyst, hvorefter den blev fragtet i flydende nitrogen til Nova Southeastern University i Florida, hvor genomet blev kortlagt.
Når forskerne så gerne vil kende hvidhajens genom, skyldes det, at den besidder en række spektakulære evner som hurtig svømmehastighed, en lang levealder, effektiv sårheling og ikke mindst en formidabel evne til at undvige kræft.
Håbet er, at det er muligt at aflure baggrunden for hvidhajens genetiske superkræfter og eksempelvis bruge den i jagten på kuren mod kræft.
Hvidhajen undviger kræft
Hajerne har domineret havet i mere end 400 millioner år. Evolutionen har dermed haft oceaner af tid til at perfektionere det frygtindgydende rovdyr og skærpe dets mange evner. Netop derfor har den store hvidhaj også længe vakt interesse i forskningsverdenen.
Indtil for nylig troede forskerne, at hvidhajens gennemsnitlige levealder var 20-30 år som de fleste andre hajers, men en undersøgelse fra 2014 afslørede, at bruskfisken kan blive op mod 70 år gammel.
Den lange levealder, blandet med hvidhajens størrelse, burde gøre den til et oplagt mål for at udvikle kræftsygdomme, men det er ingenlunde tilfældet.Tværtimod.
Hvidhajen har nemlig en af de laveste kræftrater blandt hvirveldyr, men indtil nu har forskerne ikke anet, hvorfor lige præcis hvidhajen kunne undslippe. Det har undersøgelsen af hvidhajens genom nu ændret på.
Duftreceptorer styrker lugtesans
Lugtesansen er hvidhajens mest veludviklede sans, da den har et højt antal duftreceptorer i næsen. Det gør den i stand til at opfange meget små mængder blod på flere kilometers afstand.
Tandsæt udskiftes gennem hele livet
Munden er spækket med 300 skarpe, savtakkede tænder. De er arrangeret i rækker, hvor de to forreste bruges til at skære igennem kødet, mens de bagerste erstatter de forreste, når de går i stykker.
Sår heler lynhurtigt
Hvidhajens takkede skæl er hurtigt at udskifte for hajen. Så snart den er såret, går en række processer i gang, som stopper blødningen, bekæmper infektioner og erstatter det iturevne skæl med noget nyt.
Kæmpe lever lagrer energi til lange rejser
Hvidhajers lever udgør op til 25 procent af kropsvægten og fungerer som et kæmpe energidepot. Det er nødvendigt, for hajen migrerer mere end 20.000 kilometer i løbet af dens levetid.
Stabilt dna holder kræft fra døren
Et hav af gener i hvidhajens genom holder dna’et stabilt og beskytter mod kræftfremkaldende mutationer. Blandt andet kan det høje antal “hoppende gener” være årsag til det stabile dna.
Kortlægningen afslørede et temmelig stort genom på 4,36 milliarder basepar, som er halvanden gange større end menneskets. Genomet indeholder 24.520 gener fordelt på 41 kromosompar, hvilket er 18 par flere end i mennesker.
Et så stort genom er dog ikke usædvanligt i naturen, hvor eksempelvis særlige bregnearter når helt op på 600 kromosompar. Forskerne fandt imidlertid andre opsigtsvækkende elementer i hvidhajens dna, heriblandt hele 67 unikke udgaver af gener.
Cirka en tredjedel hjælper med at gøre genomet stabilt og beskytter dermed mod dna-skader, heriblandt dem, som kan lede til dannelsen af kræftceller.
Hoppegener står bag kræftforsvar
Trods det stabile genom har hvidhajen faktisk en uforholdsmæssig stor mængde gener, som er kendetegnet ved at kopiere sig fra sted til sted på dna-strengen. Alle levende organismers arvemateriale indeholder de såkaldte LINEs.
Den særlige type gener producerer proteiner, der kan kopiere genet og derefter indsætte det et andet sted i dna’et. På den måde ændres hvidhajens dna løbende, hvilket skaber mange af de mutationer, som gennem tiden har placeret den på toppen af havets fødekæde.
Hoppende gener fintuner dna'et
Genmutationer er en vigtig faktor i evolutionen, og hvidhajen har, med sine mange millioner års udvikling, haft oceaner af tid til at mutere sig til toppen af fødekæden. En stor del af dens genom består nemlig af LINEs – de såkaldte "hoppende gener" – som konstant ændrer dna’et i jagten på nye egenskaber.
Rna flytter ud
Et enzym i cellekernen aflæser et hoppende gen og oversætter det til såkaldt rna. Det transporteres ud af cellekernen, og producerer her to proteiner, ORF1 og ORF2.
Rna flytter tilbage
Uden for cellekernen klamrer ORF1 og ORF2 sig til rna’et og transporterer det tilbage i cellekernen.
Dna’et kopierer det nye rna
I cellekernen klipper ORF2 hul på den ene dna-streng. Derefter klæber ORF1 sig sammen med strengen og går i gang med at kopiere oplysningerne fra rna’et over til et nyt sted i dna'et. Herefter lukker ORF2 hullerne i dna’et, og rna’et fjernes fra cellekernen.
Normalt er LINEs, også kaldet “hoppende gener”, forbundet med udvikling af kræft, fordi det kan gøre dna’et sårbart overfor mutationer, når de møver sig ind på en ny placering i genomet.
Kortlægningen af hvidhajens genom viste, at den har den højeste andel hoppende gener hidtil set i et hvirveldyr. Hele 30 procent af hvidhajens genom består af LINEs.
Til sammenligning fylder disse kun omkring 20 procent hos mennesker. Derfor burde hvidhajen også være særlig udsat for at udvikle kræft, men paradoksalt nok har resultatet været det modsatte.
På grund af de hoppende gener var hvidhajen tvunget til at udvikle ekstra potente udgaver af stabiliserende gener for at opveje den store mængde af LINEs.
De mange hoppende gener har sandsynligvis været en drivkraft bag udviklingen af de unikke genvarianter, der holder hvidhajens genom stabilt og beskyttet mod dna-skader.
Og den nødvendige udvikling af potente gener har gjort hvidhajen til et af de bedst beskyttede dyr mod kræft.
Stabilt genom giver langt liv
I det kortlagte genom opdagede forskerne også et sæt af gener, som er udviklet specielt til at bekæmpe og reparere dna-skader, blandt andet forårsaget af giftstoffer, stråling eller fejlslagne celledelinger.
Et eksempel på et unikt gen i hvidhajen, der modarbejder kræftcellers fremtog, er CHEK2. Analyser afslørede, at hajen har nogle særlige mutationer i genet, som ikke findes i de andre dyr, forskerne sammenlignede med.
Forskerne mener, at mutationerne skærper evnen til at blokere delingen af kræftceller og celler med beskadiget dna, så de ikke kan sprede sig.
Forskere har siden 2007 arbejdet på at kortlægge hvidhajens genom i jagten på dens genetiske hemmeligheder.
Et andet eksempel er genet SIRT7, som er involveret i at reparere og vedligeholde dna. Trods genets vigtige rolle er SIRT7 ofte forbundet med kræft. Det skyldes, at en øget aktivitet af genet kan fremprovokere kræftceller.
Hos blandt andet mennesker er en forhøjet aktivitet af SIRT7 forbundet med kræft i blandt andet lever, lunger, bryster og livmoder, mens en lavere aktivitet reducerer væksten af kræftceller.
Hvidhajens særlige udgave af SIRT7 er formentlig mindre aktiv end normale SIRT7-gener og er derfor med til at holde kræftceller nede.
Flænset haj heler hurtigt
Modstandsdygtigheden mod kræft er dog ikke meget værd, hvis hajen ikke også kan overleve det barske liv som rovdyr, men forbløder eller dør af små skrammer og infektioner.
Det er dog ingenlunde tilfældet med hvidhajen, hvilket på makaber vis blev demonstreret, da en hvidhaj i 2008 blev flænset af en bådpropel ud for Sydafrikas kyst.
Propellen skar et stort, åbent kødsår på hajens ryg, der var 25 cm langt, 30 cm bredt og næsten ni cm dybt. Den uheldige haj blev efterfølgende observeret flere gange de næste to år, og i løbet af perioden helede såret stille og roligt, indtil det til sidst var helt forsvundet.
Et sår af den størrelse ville sende de fleste dyr til tælling, men hvidhajen har en særlig effektiv helingsevne, hvor den hurtigt udskifter ødelagt skæl og gør det løbende gennem hele livet.
Den nye kortlægning viser, at flere af de unikke gener er involveret i at stoppe blødninger, lukke såret sammen og gendanne nyt væv.
Eksempelvis har hajen en særlig version af et gen kaldet FGG, som aktivt og hurtigt lukker af for blødningerne. Et andet gen, VEGF, er ekstraordinært aktivt hos hvidhajen. Genet sørger for at danne nye blodkar under hele helingsprocessen.
Når processen skydes i gang, trækkes de iturevne blodkar hurtigt sammen. Derefter danner en særlig type fibre, de såkaldte fibrinfibre, en prop på såret, og helingsprocessen under såret går i gang.
Som det første strømmer immunceller hurtigt til for at forhindre infektioner. Dernæst træder endnu et unikt gen i kraft, nemlig hvidhajens version af FGF-genet.
Det begynder at samle en række vigtige celler, de såkaldte fibroblaster, der fungerer som en slags overlæger. De producerer proteinerne kollagen og elastin, som begge går i gang med at reparere hvidhajens ødelagte væv. Kollagenet er både en mursten og en slags stillads.
Det genopbygger det ødelagte væv, samtidig med at det baner vej for, at andre proteiner kan arbejde på såret. Alt dette sker i løbet af de første 24-48 timer efter, at hajen er blevet skadet.
Celleprop sikrer hurtig heling
Prop stopper blødninger
Få sekunder efter at hajen såres, samler blodplader sig ved åbningen for at stoppe blødningen. Blodpladerne har et særligt enzym, som danner fibrinfibre, der lægger sig som prop for såret og stopper blødningen.
Proppen fjernes, og nyt væv genopbygges
24-48 timer efter at skaden er sket, ophobes såkaldte fibroblaster. De fjerner fibrin-fibrene og iværksætter gendannelse af det skadede skæl og bindevæv, der er omkring såret, så det lukkes.
Nye skæl dækker såret
Når vævet er gendannet og hullet udfyldt, lappes overfladen sammen med nye skæl. De er 30-50 procent større og lægger sig mere kaotisk end normalt på hajen, hvilket danner tydelige ar.
Afhængigt af sårets størrelse kan den komplette heling tage måneder, og nogle gange år. Hvidhajen efterlades heller ikke uden et minde, idet skællet lægger sig langt mere kaotisk, og de enkelte flager er større end de oprindelige, hvilket danner tydelige ar på hvidhajens krop.
Brusk hæmmer kræft
Fælles for kampen mod kræft, infektioner og sår er, at den kræver et stærkt immunforsvar, og netop hvidhajer er kendt for at have et immunforsvar, som er skruet anderledes sammen end i andre hvirveldyr.
Den mest markante forskel er, at hajerne ikke har en knoglemarv, som ellers er det typiske opholdssted for de stamceller, der danner vigtige immunceller.
Den opgave er i stedet flyttet over til små organer, som ligger lige under hvidhajens nyrer. Skelettet er desuden erstattet af brusk, hvilket kan spille en afgørende rolle i at bremse udviklingen af kræftceller og svulster.
Undersøgelser har således vist, at proteiner i hajens brusk er med til at hæmme væksten af kræft ved at blokere for dannelsen af nye blodkar, hvilket er altafgørende for, at kræftsvulster kan suge næring til sig.
Hajen kan redde menneskeliv
Forskerne er særdeles begejstrede for det enorme potentiale, der ligger gemt i hvidhajens dna, og de forventer, at de kan fiske en række biomedicinske fordele frem fra genomet, som kan lede til nye behandlinger af alt fra kræft til alvorlige sår.
Hvidhajens gener kan meget vel inspirere til fremtidige genterapier, hvor patienternes egne gener får en overhaling med nøje udvalgte mutationer, så de imiterer hajens genvarianter og medfører samme beskyttelse som i hajen.
Men selvom genterapier er et lovende emne, er det også meget kontroversielt, da vi endnu ikke ved meget om de uforudsigelige og langsigtede konsekvenser, der er ved at manipulere patienters dna. Vi skal derfor højst sandsynligt se langt efter deciderede genterapier, som er baseret på forskningen.
De første realistiske skridt vil i stedet være at fremstille hajproteiner, som kan ordineres til behandlinger af sår og kræft uden direkte at pille ved patienternes dna.
Her kan læger udnytte hvidhajens hurtige helingsproces og muligvis overføre egenskaben til mennesker, så man kan skabe en effektiv heling af sår og skader.
Vejen fra et kortlagt genom til, at færdigudviklede behandlinger er klar til brug på mennesker, er lang, og forskere forventer, at det vil tage flere års arbejde, før konkrete behandlinger kan komme på tale.
Evolutionen har trods alt brugt mere end 400 millioner år på at gøre hajen til den perfekte superfisk, mens forskerne først lige har dyppet hovedet under overfladen.
Men nu er hvidhajens landkort langt om længe blevet tegnet op – herfra er det bare op til forskerne at finde de skatte, der ligger gemt.
Ikke så farlig som sit ry
Hvidhajen er rygtet som en sand og hidsig menneskeæder, men faktisk behøver mennesker sjældent frygte at ende som hajens middag. Hajen er nemlig langt mere interesseret i sæler og større fisk end de relativt magre menneskekroppe.