Vitellogenin (Vg) er et fundamentalt protein: Det er like gammelt som det flercellede dyrelivet på jorden, omtrent 700 millioner år gammelt. I dag finnes Vg i nesten alle dyr som legger egg. Vg er essensielt for at egg skal utvikle seg til nytt liv. Men, dette er ikke alt: Forskningen vår har vist at Vg er også sentralt for immunforsvaret, helse-effekter av kosthold, samt adferd hos voksne dyr. Vi har fokusert vår forskning på honningbier, som er viktige som produksjonsdyr av honning samt pollineringstjenester i landbruket. Vi har funnet minst 121 varianter (unike utforminger) av Vg i honningbier. I dette prosjektet studerer vi utvalgte Vg-varianter som sannsynligvis har ulike konsekvenser for immunforsvaret, helse-effekter av kosthold og adferd hos honningbier.
Vi har etablert en honningbie koloni som bærer standardvarianten av Vg, som skal brukes som referanse for å kvantifisere effektene av aminosyreendringer. Vår forbedrede sekvenseringsprotokoll utnytter AI-drevne algoritmer for prediksjon av proteinstruktur og strekkodede prøver for å identifisere korte og unike signaturer i Vg-genet, noe som sparer tid og kostnader. Arbeidet var et samarbeid med USDA (Ihle) og ble publisert i The Journal of Economic Entomology. Ihle sikret også en USDA Innovation Award, sammen med Avalos (USDA), Amdam og Leipart, for å utvikle et verktøysett som gjør avlsmetoden tilgjengelig for interessenter.
Vi har samlet hemolymfe (insektblod) fra 450 honningbier ved NMBU for å kartlegge variasjonen i lipidbindingspotensialet for Vg hos honningbier. Vi har fullført prøveopprensing og ekstraksjon av lipider ved UiB (Halskau), og prøvene er sendt til samarbeidspartneren for lipidomikk-analyse.
For å forstå dynamikken i en funksjonell region av Vg simulerte vi dens bevegelser i løsning. Vår studie er den første til å identifisere den dynamiske oppførselen til et Vg-domene på tvers av ulike arter, og ble publisert i iScience. Leipart presenterte arbeidet på SICAMM-konferansen i Stavanger, og PhD-studenter har siden tatt i bruk simuleringsprosessen ved School of Agriculture ved Polytechnic Institute of Bragança, Portugal.
I samarbeid med UCL (Fraternali og Orengo) utviklet vi en avansert bioinformatisk arbeidsflyt for å navigere i valget av Vg-varianter. To datasett fremhever funksjonelle Vg-regioner som spiller viktige roller i atferd og ernæringshelse. Vi har valgt ut et spesifikt område i Vg som sannsynligvis har konsekvenser for lipidbindingspotensialet, og avl av homozygotiske bidronninger med denne varianten pågår ved USDA. I tillegg er ett datasett brukt til å undersøke Vg-DNA-interaksjon, kombinert med et ChIP-seq-datasett, som indikerer at Vg kan regulere genuttrykk. Arbeidet er publisert i Protein Science.
I samarbeid med UiB og VIS Innovasjon utvikler vi en ny bioteknologisk tilnærming som bruker Vg i bier som modell for å regulere biologiske prosesser. Vi har som mål å anvende denne tilnærmingen i havbruk, med et langsiktig mål om å redusere lakselus infeksjoner og støtte bærekraftig lakseoppdrett.
Postdoktoren sikret finansiering for et 12-måneders utenlandsopphold gjennom et RCN-stipend (350231) ved UCL, hvor hun har forbedret sine beregningsferdigheter og innledet et samarbeid med en annen postdoktor ved UCL for å utvikle ett prediksjons verktøy for genetiske varianter ved hjelp av protein-språkmodeller og maskinlæring. Dette arbeidet er akseptert av Patterns, og verktøyet og datasettene er tilgjengelige på GitHub, Google Colab og HuggingFace.
Det genetiske datasettet av Vg varianter har blitt brukt som undervisningsmateriale for avanserte master- og bachelorstudier ved UiB og Wageningen University, og ble også delt med en PhD-student ved USDA for å utforske komplementære forskningsspørsmål. Halskau og Leipart leder en studentworkshop i MOL310-kurset ved UiB for å undervise i den nyeste metodologien AlphaFold, med honningbie-Vg som eksempel. Halskau har startet master- og bachelorprosjekter om von Willebrand-faktor-domenet i Vg, med Amdam og Leipart som medveiledere.
Samlet sett har resultatene våre fått gjennomslag i det vitenskapelige miljøet, både hos interessenter og publikum generelt. Vi ble tildelt prisen “Mest nedlastede artikkel i løpet av de første 12 månedene etter publisering” for vår artikkel i FEBS Open Bio. Resultatene har ført til at honningbie-Vg har blitt fremhevet som et Resultatene har ført til at honningbie-Vg har blitt fremhevet som et glanseksempel i den strukturelle biologirevolusjonen fra DeepMind og i Nature. Leiparts doktorgradsavhandling ble tildelt Alf Bjørseth Inspirasjonspris 2023 (nyhetsartikler fra NMBU og UCL). Leipart ble tildelt den årlige Best Early Career Entomologist-prisen for artikkelen i Insect Molecular Biology og invitert til å presentere arbeidet ved Royal Society Entomology Meeting 2025. Ihle og Amdam har presentert arbeidet vårt for flere birøkterforeninger, og Amdam er omtalt i Aftenposten A-magasinet, Scientific American og Tekna Magasinet.
Vitellogenin (Vg) is an important yolk protein in most egg-laying animals?from sponges to chickens. We have studied Vg for 20 years, and during this time, the functional characterization of the protein expanded: From simple "yolk precursor", to a multifunctional protein important for health and behavior. Our previous work was a key to this paradigm shift. We now propose to use our unique knowledge base to leverage a new finding: 121 Vg variants in honey bees (Apis mellifera). By leveraging these protein variants, we will deliver results at the forefront of molecular biology while addressing a challenge to agriculture and society: the need to alleviate stresses on bees from diseases and poor nutrition. To achieve our objectives, we launch a multidisciplinary initiative that involves 6 academic partners as well as stakeholder groups. Our project is structured around two task areas: cutting-edge basic research (WP1-3) and cutting-edge applied research (WP4-5). Under WP1-3 we utilize specific Vg variants or Vg-inspired synthetic constructs to resolve questions about Vg multifunctionality; in pathogen-, lipid- and DNA-binding. Under WP4 we test how specific Vg variants perform in bee colonies in the USA, in collaboration and synergy with the USDA's Baton Rouge lab. This lab is a world-authority on bee health and genetic stock development. Our applied research is taken to a next level in WP5, where stakeholders form interdisciplinary teams to develop simple "at-home" quantification tools for Vg. Our project outputs are positioned to boost the molecular understanding of Vg (with implications for the many taxa that rely on this protein), and to modernize the use of Vg in veterinary diagnostics in the service of bees and beekeepers.
