iCod 2.0: Integrative environmental genomics of Atlantic cod (Gadus morhua); a holistic approach to characterize the biological effects of

Stadig flere menneskeskapte kjemikalier blir påvist i miljøet, også i organismer som lever i øde områder som Arktis og polare strøk. For de fleste av disse kjemikaliene har vi i dag svært begrenset kunnskap om potensielt skadelige effekter på nøkkelarter og sårbare økosystemer. Enda mindre vet vi om effekter fra blandinger av miljøgifter, såkalte blandingseffekter. Blandinger av kjemikalier kan gi opphav til effekter som ikke forekommer når organismer utsettes for stoffene enkeltvis. Det er svært viktig å adressere denne kunnskapsmangelen og skaffe nye data som kan kaste lys over risikoen denne eksponeringen utgjør. Denne kunnskapen er også helt nødvendig for at regulatoriske myndigheter skal kunne foreta kunnskapsbaserte avgjørelser for å forvalte miljøet vårt på en bærekraftig måte. I iCod 2.0-prosjektet har vi brukt atlanterhavstorsk som en modellorganisme for å kartlegge biologiske effekter av eksponeringer mot miljøgifter. Vi har fokusert på stoffer som nylig har blitt påvist i arktiske arter, blandinger av disse, og også blandinger med godt karakteriserte gamle miljøgifter som oljerelaterte forbindelser. Ved å se hvordan disse stoffene påvirker gener og proteiner i eksponerte torsk og vevskulturer, har vi avdekket hvordan mange av disse kjemikaliene virker, både alene og sammen med andre. Perfluorerte stoffer, som blant annet benyttes i impregneringsprodukter og skismurning, er et eksempel på kjemikalier vi har sett nærmere på. Vi har vist at enkelte perfluorerte forbindelser kan aktivere en viktig regulator av energimetabolismen hos torsk, og at eksponering mot en blanding av flere perfluorerte stoffer samtidig kan ytterligere øke aktiveringen av denne reseptoren. Dette synligjør hvordan miljøgifter kan påvirke fysiologien til torsk, og at en eksponering for blandinger av miljøgifter kan forårsake en økt respons sammenlignet med eksponering for stoffene enkeltvis. Dersom en slik eksponering forekommer i kritiske livsstadier hvor en nøye kontroll av fysiologiske prosesser er avgjørende, som under utviklingen av torskelarven, under kjønnsmodningen, eller etter gyting, kan dette være med på å påvirke vekst, reproduksjonsrate og overlevelse. Ved å se på effekter både på gen-, protein, og metabolittnivå har vi i iCod 2.0-prosjektet studert hvilke cellulære signalveier som påvirkes av miljøgifteksponeringer, hvordan blandinger av kjemikalier forårsaker et samspill mellom ulike reaksjonsveier, og hvilke prosesser som aktiveres for å beskytte organismen mot miljøgifter. Dette har det gitt oss informasjon som er relevant for å overføre kunnskap om effekter av miljøgifter til andre arter, samt data som kan benyttes for å forutsi potensielle effekter på populasjonsnivå og påvirkning på marine økosystemer.

iCod 2.0 has strengthened the collaboration between the project partner institutions, as well as promoted networking and new collaborations with other researchers and scientific institutions. iCod 2.0 has played a significant role in education of toxicologists at UIB, where numerous bachelor and master students have graduated with theses developed within this project. iCod 2.0 has been of high societal interest, and of great relevance for guiding both regional and national policies, and governmental regulations on environmental issues. Data generated in the iCod 2.0 project has been communicated to the Norwegian Environmental Agency and Miljøetaten at Bergen municipality, and will be further presented at relevant stakeholder meetings. Molecular tools developed in this project have applications as bioassays that can be used in environmental monitoring and risk assessment. We are currently exploring a future commercialization of this research together with Vestlandets Innovasjonselskap.

Increasing numbers of structurally diverse chemicals have been identified in biota as emerging contaminants, including in remote and sensitive areas such as the Arctic and Polar regions. Many of these compounds appear to have characteristics of persistent organic pollutants as they are resistant to physical, chemical and biochemical degradation, and therefore available for uptake and bioaccumulation for a long period of time. For the majority of these compounds, knowledge regarding their impacts on species and ecosystems is limited, and even less is known about their potential mixture (also with legacy pollutants) and multiple stressor effects (e.g. climate changes). Thus, it is a timely demand to address this lack of knowledge and provide new data that can shed light on the ecological risks and putative adverse effects of such environmental pollutants on nature and wildlife. To target this important challenge, we will in this project use the commercially important Atlantic cod (Gadus morhua) as a model species, and a holistic toxicogenomic approach to obtain in-depth knowledge of the physiological effects (including endocrine disruption) of a selected set of emerging contaminants and contaminant mixtures. We will focus on compounds that have recently been detected in coastal and Arctic species, as well as their putative interactions with abundant legacy pollutants. Importantly, this integrative holistic approach is not only expected to provide data of the individual characteristics of the different contaminants, their similarities and their interplay, but also provide an important framework that aid in elucidating phenotypic outcomes as a first step towards a thorough ecotoxicological understanding of contaminant exposures.