XENOSENSE – developing a cell-free biosensor for toxicity testing, environmental monitoring, and risk assessment

Kjemikalier med miljøskadelige effekter omfatter både gamle, forbudte stoffer, som PCB og DDT, og nye stoffer som utvikles og tas i bruk uten tilstrekkelig testing for giftighet. Slik testing blir tradisjonelt gjort på dyr, der blant annet krepsdyr, fisk og mus i store antall blir eksponert for nye kjemiske stoffer hvert år. Likevel er bare et fåtall av de rundt 350.000 stoffene som finnes på markedet i dag grundig testet. Samtidig er dyreforsøk etisk uønsket, og både EU og USA er i ferd med å fase ut bruken av dyr i kjemikalietesting. Giftigheten til et stoff starter som regel med at stoffet binder til bestemte komponenter i cellene til den eksponerte organismen. Dette er ofte proteiner som vi kaller reseptorer, en slags antenne som tar imot signaler som styrer viktige prosesser i organismen. Når disse prosessene forstyrres, oppstår ulike former for giftighet. Noen miljøgifter forstyrrer hormonbalanse og reproduksjonsevne. Disse kaller vi hormonforstyrrende stoffer. Andre kan forstyrre vekst, immunforsvar eller nervesystem, avhengig av hvilke reseptorer stoffene virker på. XENOSENSE-prosjektet har som mål å utvikle en biosensor for miljøgifter basert på kunnskap om slike reseptorer fra ulike arter. Gjennom en unik kobling mellom miljøtoksikologisk forskning, modellering av reseptorer og potensielle miljøgifter, bioteknologi og kunnskap om sensorteknologi vil prosjektet utvikle et lite mikrolaboratorium, et såkalt Lab-on-a-Chip, som kan gi signaler om et stoff har en eller flere giftige egenskaper, og kan dermed være med på å erstatte bruken av dyr i kjemikalietesting. Biosensoren kan også brukes i miljøovervåking, til å kartlegge forurensete områder i havner og byområder, eller utslipp fra industri og kloakkrenseanlegg. Prosjektet ledes fra Universitetet i Bergen med NTNU som forskningspartner og STIM AS og Biosense Laboratories AS som næringslivspartnere.

In the XENOSENSE project, competencies in environmental toxicology, biotechnology, nanotechnology, and computational biology will converge to make radical progress towards ecotoxicology and environmental health research, and also towards regulatory toxicology and the 3Rs of animal research. A recent study suggested that the production and release of novel entities and chemicals has accelerated to a point where we have crossed a “planetary boundary,” threatening both human and environmental health. Around 350,000 different types of chemicals are currently on the international market, with production of existing and new chemicals set to substantially increase in the coming decades. The ultimate goal of 3R research has been the full replacement of animal testing with alternative methods. Yet, we are stille far away from reaching this goal, and our capacity to evaluate the risk of new and existing chemicals lags far behind the need. The core concept of the XENOSENSE project is to develop a transformative method to taking toxicity testing towards not only animal-free, but also cell-free, testing methods, building on the ethical imperative of the 3R principles, by building on the convergence of environmental toxicology, computational biology, biotechnology and nanotechnology, and using collaborative research and co-design with relevant industrial partners directly integrated in the project to develop a versatile Lab-on-a-Chip-based xenosensing biosensor.