Bakterier skal bekæmpes med internettet

VTEC hærgede Tyskland i sommeren 2011. I de første tre uger blev mere end 600 mennesker smittet med den livstruende bakterie, inden lægerne fandt ud af, at der var tale om et epidemisk udbrud. Først derefter begyndte det tyske sundhedsvæsen at lede efter smittekilden.

Det tog lang tid før lægerne reagerede på smitten af én bestem årsag. Først rapporterede de tyske læger fundet af det første tilfælde ind til regionerne, som rapporterede resultatet videre til det nationale institut for sygdomsovervågning (svarer til Statens Serum Institut i Danmark). Inden svaret var tilbage hos lægerne igen, var der gået tre uger, hvilket er normalt for den type proces.

Det er det samme billede i resten af verden, og i udviklingslandene har de end ikke mulighed for at handle på truslen fra sygdomsfremkaldende bakterier. Læger finder først ud af for sent, at der er tale om en decideret epidemi, og i mellemtiden kan flere tusinde mennesker være døde.

I fremtiden bør det være anderledes

Om fem til 10 år kan en hvilken som helst læge udtage en prøve af fra en smittet person og inden for få timer få at vide, hvilken bakterie patienten er smittet med. Lægen kan også få at vide, hvor farlig den er, hvilke former for antibiotika den er resistent over for, og om flere patienter er smittet med netop den bakterie, der dermed kan være ved at brede sig.

Det skal et internationalt hold af eksperter fra blandt andet Danmark sørge for bliver en realitet.

»Ved at bruge totalsekventering af bakterier direkte på hospitalerne og sammenligne bakteriens DNA med en internetbaseret database, kunne de i Tyskland have fanget udbruddet efter kun en halv til en hel uge. Vi vil gøre det muligt for læger verden over at reagere på sygdomsudbrud i realtid i stedet for først at finde ud af, at det har fundet sted, når udbruddet allerede er tre uger inde i forløbet,« fortæller professor Frank Møller Aarestrup fra DTU Fødevareinstituttet.

Frank Møller Aarestrup er en del af det internationale samarbejde, der arbejder på at søsætte det potentielt revolutionerende projekt. I det internationale samarbejde er foruden DTU også verdenssundhedsorganisationen WHO, CDC og flere internationale universiteter og analyselaboratorier.

Miltbrand satte det hele i gang

Teknikkerne, der skal gøre det muligt for læger nøjagtigt at identificere bakterier her og nu, eksisterer allerede.

For lidt over 10 år siden blev der i kølvandet på 11. september sendt breve med miltbrand til forskellige personer i USA. Hændelserne fik FBI til at påbegynde et monumentalt arbejde med at sekventere hele miltbrand-DNA´et – alle 5,2 millioner basepar, der er byggestene i den genetiske kode.

Det enorme arbejde med at sekventere et helt DNA fra en bakterie var et skridt i retningen til at udvikle den analyseform, der i dag hedder totalsekventering.

I dag er totalsekventering et billigt arbejdsredskab for mikrobiologer, der kan få fat på hele DNA-sekvensen for en bakterie i løbet få timer og til en pris på omkring et tusinde kroner, hvilket kun er en fjerdedel af prisen for bare et halvt år siden. Ydermere bliver de maskiner, der laver totalsekventeringen, billigere og er snart i en prisklasse, der gør det muligt for alle hospitaler at købe en.

»I 1990 begyndte man at totalsekventere menneskets genom, og efter lidt over 10 år havde man det første. Prisen på det projekt løb op i flere milliarder kroner, men heldigvis er teknikkerne blevet billigere siden da. I dag kan en maskine, der laver totalsekventering, købes for omkring en halv million kroner,« fortæller Frank Møller Aarestrup.

Totalsekventering har vist sit værd

Totalsekventering har allerede vist sig som et nyttigt redskab til at opspore sygdomsudbrud i realtid. Metoden gør nemlig forskerne i stand til at adskille bakteriestammerne fra hinanden og blandt andet fastslå, hvilke resistensgener den enkelte bakteriestamme besidder.

Tidligere i år opstod der et udbrud af Klebsiella pneumoniae Oxa48 på et hospital i Rotterdam. Bakterien er særdeles farlig, da den kun er modtagelig over for en enkelt form for antibiotika – colistin – der er kendt for at forsage skader på nyrerne.

Lægerne stod nu over for et stort problem. Skulle de behandle alle patienter, der viste symptomer på en Klebsiella-infektion og risikere, at patienterne ville få skader på nyrerne? Eller skulle de vente med at behandle med colistin, til de var sikre på, at patienterne var smittet med netop denne bakteriestamme? Ventetiden kunne koste menneskeliv.

I sidste ende valgte epidemiologerne at sende to prøver af bakterien til totalsekventering. Arbejdet med at totalsekventere bakterien tog mindre end to dage, og en sammenligning med andre stammer af Klebsiella-bakterien viste en DNAsekvens, der var unik for netop Klebsiella pneumoniae Oxa48.

Med den unikke DNA-sekvens var epidemiologerne i stand til at designe en hurtig testmetode, så de kunne undersøge alle patienterne for bakterien, inden de gav dem colistin.

»Så vidt jeg ved, er det første gang, at totalsekventering er blevet brugt i realtid og har haft øjeblikkelige medicinske fordele,« siger Frank Mølle Aarestrup om hændelsen.

Sygdomme skal samles i en database på internettet

Frank Møller Aarestrup mener, at lægevidenskaben skal benytte totalsekventering, før et udbrud allerede er opstået. Potentialet er meget større, hvis man kobler totalsekventering til en internetdatabase.

Den internationale samarbejdsgruppe arbejder på at give læger muligheden for at tage en prøve fra en smittet patient og totalsekventere den med det samme og derved få fat i bakteriens totale DNA-sekvens. Herefter uploades DNA-sekvensen på en stor international database, der fortæller, hvilken bakterie lægerne har med at gøre.

Informationen, som lægerne får ud af computeren, er generel information om bakterien, herunder hvilken behandling der er mest effektiv, men også om andre smittetilfælde har fundet sted i nærområdet indenfor de seneste par dage.

Og det er ikke kun lægerne, der får gavn af systemet.

Vi vil gøre det muligt for læger verden over at reagere på sygdomsudbrud i realtid i stedet for først at finde ud af, at det har fundet sted, når udbruddet allerede er tre uger inde i forløbet.

Frank Møller Aarestrup

Nationale og internationale sundhedsinstitutioner som Statens Serum Institut i Danmark og verdenssundhedsorganisationen skal også have adgang til informationen. Det gør det muligt for dem at reagere øjeblikkeligt, hvis der pludselig forekommer flere smittetilfælde med en bestemt bakterie i et lokalt område. Herefter kan myndighederne med det samme begynde at opspore smittekilden, inden sygdommen breder sig yderligere.

»Vi kan slå flere fluer med et smæk. Lægerne får information, der gør dem i stand til at behandle patienterne mere effektivt, forskerne får relevante data for udvikling af nye lægemidler og vacciner, og myndighederne får udvidet kataloget over bakterier og får en større indsigt i sygdomsudbrud, da systemet hele tiden vil blive opdateret med nye data,« siger Frank Mølle Aarestrup.

Rollespil på nettet gør det muligt at lave database

Det er ingen let sag at gøre læger i stand til at lægge bakterier på nettet.

For det første kræver det massiv computerkraft at håndtere de op imod en milliard opdateringer, som Frank Møller Aarestrup forventer, systemet kan modtage om året fra læger i hele verden. End ikke alle computerne på DTU tilsammen kan klare den form for datatrafik.

Derfor har forskerne kigget i retning af spilservere for at finde en løsning. De spilservere der bruges til rollespil på internettet er vant til at håndtere gigantiske mængder data samtidig og vil også kunne bruges til at håndtere den mængde data, som hospitalerne sender.

»Jeg håber på, at vi om fem år kan have systemet klar, men det kræver selvfølgelig nogle investeringer og noget velvilje fra mange forskellige nationale og internationale organisationer. Fordelene er dog åbenlyse, da hurtigere og billigere behandling af patienter i fremtiden kan have store økonomiske fordele for hele det internationale samfund,« siger Frank Møller Aarestrup.

Hvem der tager det første spadestik i processen mod at få en stor international database etableret er svært at sige. Frank Møller Aarestrup håber på, at Danmark kan være blandt de første, men US Food and Drug Administration virker som en mulig kandidat til at være de allerførste, da de har udvist stor interesse for projektet.