Grunnforskning i Ås kan gi oss viktige våpen mot antibiotikaresistens

Av E6, 40 minutter fra Oslo, mellom grønne ­jorder, ikke langt fra Ås sentrum ligger det ­klassisk utseende skoleområdet til Norges miljø- og biovitenskapelige universitet (NMBU). For mange er NMBU fremdeles mest kjent som ­landbrukshøgskolen, og mye handler om landbruk og mat, men her skjer det mye mer.

Ikke minst har det blitt forsket mye på noen små ­molekyler kalt bakteriosiner, som kan bli viktig i ­k­ampen mot antibiotikaresistens.

— Bakteriosiner er små peptider som bakterier lager for å drepe andre bakterier og konkurrere om næring og nisje. Det er både grunnleggende ­grunnforsking og meget interessant, men har også et stort ­applikasjonspotensial, forklarer professor Dzung Diep.

Disse våpnene som bakteriene bruker mot ­hverandre, er mye mer fininnstilte enn de vi bruker mot bakteriene.

— De leter frem en bestemt type bakterie og dreper den. Sånn sett er det veldig fint, da kan vi drepe de uønskede bakteriene, men de som er nyttige for oss, de kan bli der, sier Diep som håper mennesker også vil kunne benytte bakterienes egne våpen mot dem en gang i fremtiden.

Diep leder Laboratoriet for mikrobiell genteknologi (LMG) som siden 1990-tallet har levert forskning på bakteriosiner og fått internasjonal oppmerksomhet for sitt arbeid. Laboratoriet har blant mye utviklet en metode for å rense og karakterisere bakteriosiner, oppdaget nye bakteriosiner og produsert en rekke flittig siterte artikler.

Les også: ACD Pharma har tro på kommersiell og medisinsk suksess med bakteriofager

Gjennombruddet gjenstår

Bakteriosinene er korte kjeder av aminosyrer, stort sett mellom 20 og 60 aminosyrer lange, som ble ­oppdaget av André Gratia i 1925. De har blitt forsket på fra da av, og bakteriosinet nisin har blitt brukt som ­konserveringsmiddel med sitt eget ­E-nummer, E234, siden 1960-tallet. Forskningen på dette området har blitt intensivert i takt med frykten for ­antibiotika­resistens, og forskningsgrupper fra hele verden ­studerer ­bakteriosiner, men det store ­gjennombruddet gjenstår.

— Man har funnet hvordan de blir laget og at de har potensial til å drepe andre bakterier, og så ­stopper det mer eller mindre, for man kjenner ikke til ­virkningsmekanismene. Og det er vi, som en av de få ­gruppene i verden, som forsøker å penetrere dypere og se hvordan disse molekylene finner målcellene, og når vi har gjort det, da har vi anledning til å komme videre, sier Diep.

NFT snakker med Diep og stipendiat Ingvild ­Reinseth i et møterom i underetasjen på Meieri­bygget hvor gruppen har sine laboratorier. Sammen skrev de ­artikkelen Bakterier som ikke dør av ­antibiotika, er en trussel. Dette kan være en del av ­løsningen. i ­Aftenposten Viten tidligere i år og vekket vår ­nysgjerrighet. NFT har skrevet mye om antibiotika og antibiotikaresistens, men aldri hørt om disse korte kjedene av aminosyrer med så stort potensial.

For meg har det ultimate målet vært å vise at det kan behandle en infeksjon i en musemodell, for det er jo ganske revolusjonerende. Helt beskjedent sagt.

Beskjedent revolusjonerende

Flere av forskerne på LMG jobber med ­bakteriosiner. De har nylig vist lovende resultater i bruk på ­hudinfeksjoner og ser på muligheten for å formulere det i en krem. Et prosjekt ser på muligheten for å bruke det mot mastitt (jurbetennelse) hos melkekyr. Noen jobber dypere i materien og ser på strukturen til ­bakterienes reseptorer for disse peptidene og ­interaksjonen mellom peptidene og reseptorene.

Alt er avgjørende deler av forskningen, men ­Reinseths doktorgrad handler om å ta det ­avgjørende skrittet mot å lage et legemiddel.

— Jeg jobber med om vi faktisk kan bruke det her i behandling. For meg har det ultimate målet vært å vise at det kan behandle en infeksjon i en muse­modell, for det er jo ganske revolusjonerende.

— Helt beskjedent sagt, sier hun leende.

Les også: Forskere i nord samles til krig mot antibiotikaresistens

Lovende resultater

Reinseth legger fort til at det er langt igjen før hun kan vise effekt i mus og enda lengre frem, mye ­lengre enn en stipendiatperiode, til det kan bli et legemiddel. Likevel kan hun ikke helt se bort fra at resultatene foreløpig har vært lovende. In vitro-forsøkene på ­labbenken har vist at bakteriosinene hun studerer, både tåler kontakt med humane blodceller og gir lite skade på blodcellene.

— Jeg ble vel egentlig litt overrasket over at det var litt lite som skjedde. Det vi var litt bekymret for siden det er peptider, var at enzymer i blodet ville bryte dem ned så de mistet den antibakterielle effekten. Det var kanskje også litt overraskende at det var såpass lite hemolyse (nedbryting av røde blodceller). Det var ­faktisk høyere hemolyse med antibiotikumet ampicillin i noen tilfeller enn med dette bakteriosinet.

Da vi snakket med de to, var Reinseth i gang med forberedelser til museforsøkene. Det er for tidlig å si om hvordan det ser ut, og som andre forskere er hun forsiktig med å snakke om resultatene før de er publisert.

— Men det har jo ikke skjedd noe katastrofalt gæli. Da hadde vi vel sluttet. Det ser lovende ut. Det gjør det, smiler hun.

En viss optimisme kan også spores i at hun jobber sammen med sin veileder Hanne Hjort ­Tønnesen på Farmasøytisk institutt ved Universitetet i Oslo om å finne en mulig formulering som gjør at det best mulig kan opptas i kroppen.

Les også: Bakteriosiner har lang vei igjen til å bli legemiddel

Elegant system

Reinseth forsker på bakteriosinene EntK1 som har spesifikk aktivitet mot Enterococcus f­aecium og EntEJ97 som har spesifikk aktivitet mot Enterococcus faecalis.

— K1 er oppdaget av Kirill Ovchinnikov som er ­postdoktor her. Han jobbet med det på sin doktorgradsavhandling, og så har jeg tatt over, forklarer hun.

Enterokokkbakterier er en vanlig årsak til urinveis­infeksjon og betennelser i ope­rasjonssår og blant de som har lettest for å utvikle antibiotika­resistens. De er så problematiske at norske sykehus har egne regler for å hindre spredning av ­vankomycinresistente ­enterokokker (VRE).

Bakteriosinenes hovedfunksjon er å feste seg på bakteriene, lage hull på bakterienes membran og ­dermed drepe bakteriene.

Noe av det som gjør EntK1 og EntEJ97 spesielt interessante for mulig legemiddelutvikling er a­t de har en tilleggseffekt. De aktuelle bakteriene har ­spesielle overflateproteiner som fungerer som reseptorer, ­mottakere, for bakteriosinene.

— I en vanlig situasjon så er ikke det proteinet livsnødvendig, men i en infeksjonssituasjon så vil det være nødvendig for å overleve de stressfaktorene som immunforsvaret påfører bakterien, forklarer Reinseth.

— Reseptoren er en virulensfaktor for bakteriene, og enten dreper du dem med vårt bakteriosin, eller du svekker den virulensfaktoren, slik at de ikke etablerer infeksjon, tilføyer Diep.

— Det er faktisk veldig elegant system, legger han til med et smil.

Ikke minst er det viktig at den funksjonen svekker sannsynligheten for at bakteriene skal utvikle resistens mot bakteriosinene.

— Hvis de muterer det proteinet for å bli ­resistente mot bakteriosinet, så har de svekket evne til å lage infeksjon rett og slett fordi det er involvert i en ­stressrespons, sier Reinseth.

— Derfor er det veldig viktig å studere disse tingene på grunnleggende nivå. Gjennom grunnforskning har vi funnet reseptoren og hva reseptoren gjør. Da kan vi kombinere forskjellige ting så du svekker patogenet totalt og hindrer resistensutvikling, understreker Diep.

Han forklarer samtidig at noe av det viktigste med bakteriosinene er at de stort sett angriper bakterier fra samme linje som produserer dem. Noen kan angripe et bredere utvalg av bakterier, men de er jevnt over mer smalsporet enn antibiotika, noe som også minsker spredning av resistens til andre bakterier ved genetisk overføring.

Interessant arbeid med viktige muligheter

Begge forskerne er ivrig, både når de snakker om bakterienes funksjoner og potensialet i forskningen. Reinseth har alltid synes det er spenne­nde med ­bakterier som er store nok til å se gjennom ­mikroskopet og at hun kan jobbe med kulturer som produserer ­millioner av enkeltbakterier på kort tid. Samtidig lar hun seg skremme av at vi går mot en verden hvor vi ikke ­lenger kan bruke antibiotika.

— Jeg føler det er både superspennende og viktig.

Diep har jobbet som forsker flere steder i Norge og verden siden han tok doktorgraden i Ås på 1990-tallet.

— Jeg er fascinert av biologien. Når man først ­fordyper seg, så er det veldig mye spennende. Jo mer man graver i det og jo mer man finner, jo mer blir man fascinert. Ikke minst når vi kan bruke disse til å løse viktige problemer. Da er det enda bedre.

Ikke farlig for annet enn bakte­riene

— Resistensproblematikken er mindre med bakteriosiner, men kan bakteriosiner være farlig for mennesker?

— Det er bare aminosyrer satt sammen. Det er ikke noe mer skummelt enn det, konstaterer Reinseth.

— De gjør jobben sin, og takker for seg, sier Diep.

— Ideelt sett, legger han til og ler.

De påpeker at de ikke kan utelukke noe på dette tidspunktet i forskningen. Alt som har en effekt på noe, har som oftest effekt på noe annet. Men så langt er forsøkene lovende, og bakteriosiner har en rekke egenskaper som gjør at de ikke er så bekymret for bivirkninger og andre farer.

— Det som er med bakteriosiner, er at de ­produseres av bakterier som er i vårt økosystem. For eksempel, enterokokker lever jo i tarmene våre og produserer bakteriosiner der. Så sånn sett har nok immunforsvaret vårt vært i kontakt med disse bakteriosinene tidligere og en kanskje mindre sjanse for at det er stoffer som gir farlige immunforsvarreaksjoner, men samtidig så har de ikke vært i blodet, så derfor må vi teste det godt i blod, sier Reinseth.

Et viktig poeng er at bakteriosiner som er ­peptider – en kort kjede av aminosyrer – ikke er levende, ­formerer seg ikke og forsvinner ut av kroppen mye fortere enn for eksempel antibiotika. Diep påpeker at det vil ha ekstrem stor betydning for en eventuell bruk i landbruket. Peptidene vil fort bli brutt ned i naturen.

— En annen ting er at disse molekylenes ­primære mål er å drepe andre bakterier, og målprotein­reseptoren finnes kun i bakterier, men ikke i menneskeceller, så den har en ganske ekstrem spesifisitet, og det er den spesifisiteten mellom bakteriosin og ­reseptor som gjør at de forhåpentligvis ikke har ­bivirkninger, sier han, men legger til at det kan ikke tas for gitt, og de kjører grundige toksisitetstester.

Grunnforskning er veldig viktig. Dette er ikke ting vi finner ut i løpet av en dag eller to. men det er flere tiår som man graver og graver.

Komplisert å lage legemiddel

Testene gjøres på laboratoriet, og vi går fra ­møte­rommet til laben for å ta bilder og få forståelse av hvordan ­forskerne arbeider. Som andre steder er det koronastille på campus i mai, men ­labarbeidet er vanskelig fra hjemmekontor, så det er en og annen som sitter lent over mikroskop og pipetter. Vi ­treffer også Kirill Ovchinnikov som fortsatt jobber med ­bakteriosiner på mastittprosjektet.

— The K1 discoverer, skryter Reinseth med et smil.

Diep og Reinseth har ingen illusjoner om at det skal komme et bakteriosinbasert legemiddel mot ­enterokokkinfeksjoner i løpet av de første årene.

— Vi har masse bakteriosiner som har enormt stort potensial, men det er komplisert å gå fra det skrittet at en ser at det har aktivitet mot patogener til om vi faktisk kan bruke det, sier hun.

— Farmasøytisk utvikling tar tid, og det er flere tiår før man kommer til målet, tilføyer han.

Samtidig har flere og flere blitt bevisst faren ved antibiotikaresistens, og koronapandemien har vist at det internasjonale helsesamfunnet kan handle fort. LMG har fått flere runder med støtte til forskjellige prosjekter for å finne alternativ til antibiotika både i human- og veterinærmedisin.

— Det er litt sånn at vi mennesker ikke gjør noe med det før det brenner, sier Reinseth som mener at det snart er det det gjør.

I Viten-artikkelen sammenlikner de resistensfaren med pandemien og advarer mot hvordan verden kan bli hvis vi ikke gjør noe med ­det:

«Alle tiltakene vi må leve med i dag, hadde kanskje blitt måten vi måtte leve livet vårt på.»

Grunnforskning er avgjørende

Selv om Diep synes det er flott om forskningen hans kommer til nytte, og han og forsknings­gruppen har flere prosjekter som både sikter på å løse en ­konkret utfordring som mastitt og kommersialisere et ­bakteriosinprodukt, ønsker han å understreke ­betydningen av grunnforskning.

—  Grunnforskning er veldig viktig. Dette er ikke ting vi finner ut i løpet av en dag eller to, men det er flere tiår som man graver og graver, for å forstå best mulig hvordan ting skjer og hvordan de henger sammen i naturen, før de kan tas i bruk på en effektiv og trygg måte, slår han fast.

Mye viktig oppdages ved tilfeldigheter

Mange av de store vitenskapelige oppdagelsene som har vist seg gull verdt for menneskeheten har blitt oppdaget som en følge av fri grunnforskning hvor forskerne får utnytte sin nysgjerrighet og kreativitet.

— Det et det samme med bakteriosiner. Det er et veldig omfattende nettverk som jobber sammen eller hver for seg, og så kommer man skritt for skritt. Denne forskningen har kommet langt fordi grunnforskning har vært en hjørnestein, sier han og viser til at arbeidet ved LMG som har fått internasjonal anerkjennelse er et resultat av at forskerne har fått tid og ressurser til å følge sine interesser dypt inn i materien uten direkte krav til nytteverdi.

— Det er jo bare å se på antibiotika, det ble ­oppdaget ved en feil, ikke sant. Det er ikke alltid de spesifikke problemstillingene gir de beste resultatene, legger Reinseth til.

(Publisert i NFT nr. 7/2021 side 12-15)