Foto: Iben Julie Schmidt

Bedre smittesporing med supercomputer

lørdag 17 sep 16
|
af Iben Julie Schmidt

Kontakt

Peter Løngreen
Chief Adviser
Afdelingen for IT Service

Minkproduktion

Danmark er en af verdens største producenter af minkskind med en årlig produktion på 18,6 mio. skind. Minkskind udgør 1/3 af den samlede danske eksport til Kina og Hongkong og er den varegruppe i den danske eksportstatistik, der har den største verdensmarkedsandel, p.t. omkring 30 procent. 6.000 mennesker er direkte beskæftiget med minkavl i Danmark. De danske minkavlere producerer de bedste minkskind i verden og får en højere gennemsnitlig skindpris end konkurrerende minkavlere.

Plasmacytose

 Foto: Iben Julie Schmidt

Plasmacytose – også kaldet Aleutian Mink Disease – skyldes infektion med en parvovirus. Mink er den dyreart, der er mest modtagelig for sygdommen. Sygdommen har dødelig udgang for smittede mink. Det er ikke muligt at vaccinere eller behandle sygdommen medicinsk. Sygdommen spredes mellem burene enten direkte eller via redskaber eller personale. Den spredes også mellem farme ved handel med dyr eller via maskiner, fugle eller besøgende på farmen. I Danmark bekæmpes sygdommen ved at undersøge blodprøver fra mink. De inficerede og smittefarlige dyr fjernes fra farmen og pelses. Alternativt saneres farmen med udskiftning af alle avlsdyr, og der indsættes nye avlsdyr efter grundig rensning og desinfektion af hele farmanlægget.

Kilde: DTU Veterinærinstituttet

Dansk minkindustri får nu hjælp i kampen mod en frygtet virus, der kan true Danmarks milliardeksport af minkskind.

I en industribygning i Glostrup er der hektisk aktivitet. Inde bag murene blinker lysende tal, og ivrige hænder vifter i luften, mens mange forskellige sprog blander sig med lyden af gentagne hammerslag. Det er auktionsdag i verdens største auktionshus for minkskind. Det store auktionslokale er fuldt af internationale skindopkøbere, fortrinsvis fra Kina.

De kommer til Glostrup, fordi netop danske mink er kendt for at være af den fineste kvalitet i verden.

En af årsagerne til skindenes høje kvalitet er, at Danmark som et af de eneste lande i verden har formået at holde de fleste minkfarme fri for sygdommen plasmacytose. Plasmacytose er en virus, som rammer især mink og bl.a. medfører øget dødelighed hos hvalpene, mindre kuld og dårligere skindkvalitet pga. misfarvning af pelsen. Derfor har Dansk Pelsdyravlerforening – også kendt som Kopenhagen Fur – gennem de seneste årtier brugt mange ressourcer på at bekæmpe sygdommen med rutinemæssige kontrolblodprøver af dyrene og konsekvent sanering af inficerede farme. Og indsatsen har båret frugt.

”Danmarks status som verdens eneste land stort set uden plasmacytose har været en væsentlig del af forklaringen på den succes, vores branche har opnået,” forklarer Leif Bruun, direktør for de faglige afdelinger i Kopenhagen Fur, herunder Kopenhagen Diagnostik.

Han vurderer, at Kopenhagen Fur har en konkurrencemæssig fordel ved at være plasmacytosefri, som har en værdi af omkring en mia. kr. pr. år.

Udbrud i Holstebro

Men pludselig sidste sommer udbryder det, Leif Bruun kalder en katastrofe for de danske minkavlere. Mere end 200 minkfarme i et område omkring Holstebro får konstateret plasmacytose i løbet af nogle få måneder, og spørgsmålet, der melder sig, er: Hvor kommer smitten fra?

Mens udbruddet står på, sidder Emma Hagberg i diagnostikafdelingen hos Kopenhagen Fur og arbejder på et erhvervs-ph.d-projekt om, hvorvidt man kan bruge såkaldt fuldgenomsekventering til at spore, hvor smitten stammer fra.

”Metoden bruges allerede i f.eks. fødevarekontrollen, hvor bakterieeller virusinfektioner spores tilbage til smittekilden ved hjælp af genanalyser. Men jeg er en af de første, der prøver det med plasmacytose. Det, jeg har gjort, er at ekstrahere DNA fra prøver fra inficerede dyr, og derefter har jeg foretaget en fuldgenomsekventering. Dvs. at jeg får hele DNA-sekvensen for den specifikke virus, som har inficeret dyret,” fortæller Emma Hagberg.

Stamtræer for virus

Næste skridt er at sammenligne de forskellige sekvenser for at kortlægge slægtskabet mellem virus fra de mange prøver. Det gøres ved at opstille en slags stamtræ – et fylogenetisk træ. Projektet baserer sig på forskning i bioinformatik ved DTU. Metoden kan bruges til smittesporing, fordi virus muterer over tid. Når man kender specifikke virus i en population, kan man lave modeller for, hvor meget virus muterer inden for en vis periode, og bruge dette som parameter i sin dataanalyse.

”Man lægger sine DNA-sekvenser og de tilhørende data om, hvor prøven er taget osv., ind i en model. Så fortæller man modellen, hvilken type virus der er tale om, og hvor ofte den type virus muterer. Herefter beder man modellen om at regne ud, hvor langt man skal tilbage i tiden for at finde en fælles stamfader. Hvis denne ligger f.eks. ti år tilbage, kan man konkludere, at det nok ikke er A, der har smittet B, men derimod en slægtning, der ligger tættere på,” forklarer Emma Hagberg.

Genomanalyse bliver rutine

”Jeg har nu lavet et proof of concept- studie, som viser, at fuldgenomanalyse kan bruges til at spore smittespredning af plasmacytose, og at det giver vigtig ny viden,” forklarer Emma Hagberg og fortsætter: ”Jeg undersøgte f.eks. et tilfælde, hvor to naboer, B og C, pludselig fik plasmacytose. De mente begge, at smitten kom fra en tredje nabo, A, men det afviste A. Min analyse viste, at minkfarm A havde en ældre version af den virus, som både B og C var blevet smittet med. Det tyder på, at smitten højst sandsynligt kom fra A. Med de metoder, som anvendes i dag, kan man ikke se dette. Og faktisk er der stadig mange ting, vi ikke ved, om hvordan smitte kan spredes, og det vil min metode forhåbentlig kunne kaste nyt lys over.”

"Der er stadig mange ting, vi ikke ved, om hvordan smitte kan spredes, og det vil min metode forhåbentlig kunne kaste nyt lys over."
Emma Hagberg, erhvervs-ph.d., Kopenhagen Fur

Hos Kopenhagen Fur er der tilfredshed med resultaterne:

”Katastrofen i Holstebro har betydet, at Emma Hagbergs ph.d.-projekt har fået meget stor politisk opmærksomhed. Alle er pludselig blevet klar over, at hvis vi skal løse disse problemer, er vi nødt til at kvalificere analysearbejdet yderligere – f.eks. ved at gå fra overfladisk typebestemmelse til fuldgenomanalyse. Der har ikke været nogen tradition i plasmacytosebekæmpelsen for at bruge molekylærbiologiske teknologier på rutinebasis. Men takket være Emma Hagbergs resultater er ambitionsniveauet nu, at vi skal kunne bruge det som et afgørende værktøj i smittesporing,” siger Leif Bruun.

Supercomputer redder projektet

Prisen for at sekventere falder konstant, så den største udfordring ved at anvende fuldgenomsekventering er de enorme datamængder, som skal analyseres. De nye teknologier (next generation sequencing) genererer en masse små stumper DNA-sekvens (sequence reads), som skal samles til hele genomer, og herefter skal den fylogenetiske model analysere flere hundrede genomer ad gangen. Det betyder, at en almindelig computer bliver lagt fuldstændig ned. Men Emma Hagberg blev tilbudt at være pilotprojekt på en nyetableret national supercomputer, Computerome. Computeren befinder sig fysisk på DTU Risø Campus, men takket være en avanceret cloudløsning kan den tilgås fra f.eks. en bærbar computer. Som pilotprojekt fik Emma finansieret sin computerregnetid af DeIC (Danish e-Infrastructure Cooperation), og samtidig fik hun hjælp af Computeromes eksperter. Og vigtigst af alt kunne analyserne nu pludselig gennemføres inden for en realistisk tidsramme.

”Jeg kan jo ikke vente i årevis på, at resultaterne bliver til et produkt, jeg kan tilbyde de danske avlere. Derfor har det været helt afgørende, at vi har haft adgang til Computerome, for ellers kunne Emma Hagberg have siddet og regnet, til hun var 80 år,” forklarer Leif Bruun og fortsætter:

”Det ideelle for os vil være, at modeller som dem, Emma Hagberg har brugt, bliver standardiseret og gjort tilgængelige på Computerome på en måde, så vi blot skal uploade vores sekvenser, og ud kommer de svar, vi har brug for. Så vil vi nemlig få glæde af de nye teknologier uden at skulle have en supercomputer i kælderen eller bioinformatikeksperter ansat i en forholdsvis lille forsknings- og diagnostikafdeling.”

Og det er faktisk ikke en umulig tanke, hvis man spørger leder af Computerome Peter Løngreen.

”Vi udvikler hele tiden Computerome sammen med brugerne og forsøger at være et par skridt foran i forhold til at forudse fremtidige behov. Projektet med Kopenhagen Fur er et eksempel på, hvordan offentlig forskning og erhvervsmæssige interesser sammen kan løse nogle af fremtidens udfordringer ved brug af de nye supercomputing-faciliteter. Computerome er skræddersyet til at håndtere life science-data. Det betyder, at denne supercomputer er designet ikke bare til store datamængder og avancerede beregninger, men også til at håndtere meget høje krav til datasikkerhed. Takket være vores cloudløsning kan vi tilbyde forskningsinstitutioner og virksomheder et niveau af sikkerhed og stabilitet i drift, som man ellers kun kender fra interne systemer. Mange virksomheder anvender da også allerede Computerome, og vi kommer til at se mange flere af denne type samarbejder i fremtiden.”


 

Computerome

DeIC Nationale LifeScience Supercomputer er etableret af DTU i samarbejde med Danish e-Infrastructure Cooporation og Københavns Universitet. Den er Danmarks hidtil største supercomputer med en kapacitet som ca. 8.000 forbundne pc’er.
Computerome er nummer 161 på listen over verdens største computersystemer (sommeren 2015).

  • Størrelse: 16.200 CPU-kerner.
  • Hukommelse: 96TB DDR4 ram.
  • Lager: 4 petabyte = 4.000.000 gigabyte storage.
  • Backup: 1,5 petabyte – en pc kan typisk lagre 250-500 gigabyte.
  • Regnekraft: 410,8 teraflops (flops = floating point operations per second).
  • Båndbredde: Den kan overføre 75 gigabyte pr. sekund mellem serverlagrene. Den kan f.eks. analysere 41 genomer på 1,6 sekunder.
  • Sikkerhed: Alle data opbevares i en sky, som hver enkelt dataejer har eneret over. Systemet opfylder USA’s strenge sikkerhedskrav.
  • Pålidelighed: Der er redundans i alle kritiske systemer, så brugerne er garanteret oppetid døgnet rundt.
  • Efterspørgsel: P.t. er der 800 brugere og 20.000 jobs i kø.
Læs om mulighederne for at lave pilotprojekter på Computerome på l.dtu.dk/oh8w

 

Eksport

Foto: Iben Julie Schmidt

Størstedelen af de danske minkskind går til eksport. Det er især Kina, der aftager skindene.

Relaterede Videoer  

Susanne Brix Pedersen

video thumbnail image

video thumbnail image

video thumbnail image

Vis flere