Moving from field studies to ex vivo models for understanding and predicting toxicological responses to multiple stressors in marine mammals

Menneskelig aktivitet truer i økende grad biologisk mangfold og økosystemer. Blant de største truslene ligger i miljøgifter som akkumuleres i fettlagre, spesielt hos marine pattedyr høyt opp i næringskjeden. I tillegg eksponeres sjøpattedyrene for fler stressfaktorer som skipsfart, klimaendringer, ressursbegrensninger og generell forstyrrelse av habitat, som er forventet å øke konsentrasjoner av stress hormoner. Denne kombinasjonen av stress og kjemisk forurensing er forventet å påvirke marine pattedyr sin helse og overlevelse. Spekkhoggere og isbjørner er blant de mest forurensede dyrene på jorden. I tillegg er spekkhoggere i fokus for en intens hvalturisme, mens isbjørner står i fronten for klimaendringer i Arktis. Endringer forårsaket av forurensninger, samt stress relatert til klimaendringer og hvalturisme, kan dermed samhandle og resultere i alvorlige helsekonsekvenser. Likevel er vår forståelse av responsen på forurensninger hos marine pattedyr fortsatt begrenset, og det mangler kunnskap om konsekvensene når dyr må håndtere flere stressfaktorer samtidig. Disse stressfaktorene kan ha innvirkning på sammensetning og funksjon av fettvevet, som er et multifunksjonelt endokrint og komplekst organ, involvert i en rekke nøkkelroller innen helse og sykdom. Til dags dato bygger majoriteten av vår toksikologiske kunnskap på tradisjonelle tilnærminger, som består av å undersøke sammenhengen mellom konsentrasjonen av forurensninger og spesifikke helseindikatorer. Selv om denne tilnærmingen er verdifull, har den viktige begrensninger når det gjelder å etablere en mekanistisk forståelse og en årsakssammenheng mellom eksponering for forurensninger og helseproblemer. SLICE prosjektet jobber mot å komplimentere denne tilnærmingen med å utvikle en alternativ metodologi gjennom ex vivo-modellen. Praktisk sett vil vi eksponere små fettvevsbiter (<1 mm tykke) fra flere arter av marine pattedyr for en blanding av forurensninger og/eller stresshormoner, for å etterligne stressfaktorer som klimaendringer eller hvalturisme i laboratoriet. Vi vil deretter vurdere hvordan vevet reagerer, spesielt med fokus på endringer i genuttrykk og konsekvenser for energilagring. Parallelt skal vi utføre tradisjonelle korrelasjonsstudier for å sammenligne resultatene fra begge tilnærminger. Så langt har vi samlet inn biopsiprøver fra spekkhoggere og isbjørner, og forskningsspørsmålene i SLICE er utvidet til å inkludere flere hvalarter, inkludert spermhvaler, grindhvaler og knølhvaler. Vi har klart sette opp en protokoll for å holde fettvev fra ferske biopsier levende og funksjonelle, noe vi har testet ved bruk av flere forskjellige metoder. Videre har vi gjennomført eksponeringsstudier på vev fra spekkhogger, isbjørn og knølhval, og vi har begynt å jobbe med resultatene fra genuttrykk. Hittil har vi funnet ut at stress hormoner induserer en anti-inflammatorisk tilstand i fettvevet hos knølhval. I slutten av 2025 / starten av 2026 skal vi analysere lipider. For den korrelative delen har vi prosessert prøver av isbjørn og spekkhogger, for miljøgifter, genuttrykk og lipider, og resultatene analyseres fortløpende. Prosjektets resultater har blitt formidlet til det vitenskapelige samfunnet, interessenter og et bredere publikum vitenskapelige publikasjoner og konferanser, samt en kortfilm, populærvitenskapelige artikler og seminarer.

Marine mammals are relevant sentinels of oceans and human health. Arctic top predators, such as killer whales and polar bears, are among the most polluted species on Earth. They are also exposed to additional anthropogenic stressors such as climate change, resource limitations, habitat loss, and human coastal activities. However, cause-effect and mechanistic understanding in pollutants response in marine mammals remain poorly understood, and there is a lack of knowledge on the combined effects of multiple stressors. There is a need to develop alternative solutions and move from a reductionist perspective to a holistic and integrative strategy to understand the complex patterns of responses. In SLICE, we will combine experimental and field-based studies, together with the application of toxicogenomic approaches to advance the knowledge on toxicological responses to multiple stressors in killer whales and polar bears. We will develop an alternative methodology through an ex vivo adipose tissue slices model for both species and use it to characterize genome-wide transcriptional and lipidomics responses to pollutants and stress. This novel cost-effective ethically sustainable tool enables to test responses to pollutants and stress separately or simultaneously, which is an important step forward to deepen our understanding of toxicological responses to multiple stressors in marine mammals. In parallel, we will conduct correlative field studies to assess potential combined effects with pollutants and stress related to climate change for polar bears and whale tourism for killer whales. As charismatic megafauna, polar bears and whales have a strong potential to raise environmental awareness. Scientific knowledge generated by the project (and beyond) on threats of anthropogenic stressors will be communicated to the the scientific community, the public (focusing on young) and relevant stakeholders.