Deltamethrin resistance in the salmon louse Lepeophtheirus salmonis.

I dette prosjektet er målet å finne ut hvordan lakselus (Lepeophtheirus salmonis) kan beskytte seg mot effektene av det kjemiske lusemiddelet deltametrin (DMT), altså hva som er mekanismen(e) bak DMT-resistens. På bakgrunn av resultater vi hadde da prosjektet startet, ble det fremsatt en hypotese om en resistensmekanisme mot DMT i lakselus som var helt ulik de mekanismene man kjenner fra andre dyregrupper. Ved å krysse lakselus-hunner fra en resistent stamme med lakselus-hanner fra en sensitiv (ikke-resistent) stamme, og omvendt, og vurdere hvordan etterkommerne i andre generasjon tåler DMT-behandling, har vi vist at DMT-resistens hos lakselus i all hovedsak nedarves gjennom morslinjen. Dette fenomenet er beskrevet i den første artikkelen fra dette prosjektet. Avkom får som kjent sitt genetiske materiale som en blanding av sine foreldres. I tillegg har alle dyr noen få gener som er uavhengige av de andre genene fordi de ikke finnes i cellenes kjerner. Disse genen finner vi mitokondriene, cellenes energi-produsenter. Mitokondriene overføres fra mor til avkom, dvs at egenskaper som nedarves gjennom morslinjen kan være genetisk kodet i mitokondrie-genene. Hypotesen var derfor at genkoden for DMT- resistens hos lakselus lå i mitokondriegenene og videre at beskyttelse mot DMT er koblet til mitokondrienes funksjon. Mitokondriegenen hos lakselusene som inngikk i krysningsforsøket ble undersøkt og det ble påvist flere forskjeller mellom lakselus fra sensitive og resistente stammer. Noen av disse endringene fører til endringer i proteinenes aminosyre-sekvenser. Slike endringer kan gi funksjonell effekt og påvirke mitokondrienes funksjon. For å vurdere hvordan mitokondriene kan være koblet til DMT-resistens i lakselus, ble det i først undersøkt hvordan DMT påvirker apoptose (kontrollert celledød), siden feil i energiproduksjonen kan føre til dette. Det viste seg at DMT kan påvirke nivået av apoptose og at dette er forskjellig hos resistente versus sensitive lus. Denne forskjellen var størst i muskelvev. Disse resultatene er publiserte og støtter hypotesen om at mitokondriene er involvert og at DMT kan påvirke mitokondrienes funksjon. Det viser seg at også at nivåene av energimolekylene ATP og dens nedbrytningsprodukter er ulik i sensitive og resistente lakselus etter DMT-eksponering. Resultatene fra dette forsøket er under utarbeidelse og vil bli publisert. Videre studier i prosjektet bestod i å nøste opp i hvilke proteiner som eventuelt er direkte involvert i resistensmekanismen. Med samarbeidspartner i Belgia ble det satt opp en metode for å separere de ulike mitokondriekompleksene. Disse innehar proteiner som er genetisk kodet i mitokondriegenene. Etter separasjon er det så mulig å se på effekten av DMT på kompleksene hver for seg, og sammenligne effekten på sensitive lakselus med resistente. Eventuelle effekter kan så kobles til de påviste endringer i genkodene. Sammenfallende forskjeller i gen-sekvenser og funksjonelle egenskaper vil indikere en kobling til resistens. Dette arbeidet ble ikke fullført innenfor prosjektperioden, men blir videreført. Den siste delen av prosjektet var å se på nedbrytning av DMT og hvilke metabolitter som dannes. Totalt over 800 lakselus fra en sensitiv og en resistent stamme ble eksponert for en av tre ulike konsentrasjoner av DMT. Mengden DMT og metabolitter etter eksponering vil gi oss kunnskap om det er forskjeller mellom resistente og sensitive lus med hensyn på metabolisme. Resulatene vil bli publisert så snart som mulig. Metabolsk resistens er beskrevet for ander artropoder, og kan være medvirkende i resistensmekanismen hos lakselus. Det er også en mulighet at en eventuell effekt på mitokondriene skyldes en av metabolittene, og ikke selve DMT-molekylene. Hvorvidt dette er tilfelle må undersøkes i en separat studie. Resultatene fra dette prosjektet vil være nyttig for å presist kunne identifisere hvilke lus som er resistente. I utviklingen av nye legemidler vil det også være viktig å kjenne de reelle virkningsmekanismene og resistensmekanismene for eksisterende legemidler. Dette for å unngå utvikling av legemidler med overlappende mekanismer, som dermed ikke vil være effektive mot allerede resistente lus.

Prosjektet har bidratt til økt internasjonalt samarbeid og nye kontakter. Dette samarbeidet vil fortsette også etter at prosjektperioden er over. Arbeidet med prosjektets hovedhypotese vil videreføres dersom nye søknader blir innvilget. Det vil da bli lagt mer fokus på hvordan den oppnådde kunnskapen kan overføres fra lakselus som et direkte mål for avlusningsmidler til andre arter som i utgangspunktet ikke er mål for behandling, og som potensielt er skadelidende. Videreføring av arbeidet vil også kunne påvirke hvordan det analyseres for pyretroid-resistens hos lakselus.

The project aims to unravel the resistance mechanism(s) in the salmon louse Lepeophtheirus salmonis towards the pyrethroid deltamethrin (DMT), which is used as an anti-parasitic drug. An increasing amount of results from studies on this issue support a novel resistance mechanism that differs from mechanisms described in other arthropods. It has been shown that DMT resistance in the salmon louse is maternally inherited, which is a rear phenomenon regarding any pesticide and pest. Several SNPs in the mitochondria genome has been linked to DMT resistance, indicating an involvement of the electron transport chain in the resistance mechanism in the salmon louse. From one study, it seems that approximately 70 % of the resistance can be explained by alterations in the mitochondria genome, whereas the last 30 % is still unknown. We have preliminary results that show that there are differences in the metabolism of DMT between susceptible and resistant lice strains, which could explain part of the resistance. A combination of biochemical and enzymatic assays, histochemistry, activity staining, in situ hybridization and molecular techniques will be used in the quest to determine the exact mechanism(s) of resistance in the salmon louse, by combining the hypothesis of mitochondria involvement and differences in metabolism. The unravelling of resistance mechanisms and genetic biomarkers enables the use of molecular tools to predict sensitivity in local lice populations. Thus, the knowledge generated in this post.doc. project can be used to reduce the misuse of substances with low treatment efficacy, the fish farmers can save money on reduced numbers of non-efficacious treatments, the number of stressful events on the fish due to chemical treatments can be minimized and the release of chemicals into the environment can be reduced. The knowledge of mode of action and resistance mechanisms is also valuable in the search for new anti-parasitic drugs.