Få en virus til at dræbe bakterier. Eller endnu bedre: Lær, hvordan de gør det.
\ Historien kort
- Antibiotikaresistente bakterier er et stigende problem verden over, og forskerne arbejder målrettet på at finde en måde at bremse udviklingen.
- En forskergruppe har udviklet en metode, der kan få verdens bedste bakteriedræbere til at lære fra sig.
- Her forklarer forskerne bag, hvilket potentiale teknologiken også har fremover.
Antibiotikaresistente bakterier er et stigende problem verden over, og mange forskere arbejder målrettet på at finde en måde at bremse udviklingen.
I den forbindelse er kan vi udnytte bakteriernes naturlige fjender, nemlig bakteriofager, verdens bedste bakteriedræbere.
Bakteriofagerne dræber bakterier ved at først at fæstne sig til bakterier og skabe kontakt mellem proteiner i bakteriofagens hale og bakteriens cellevæg.
Derefter trænger bakteriofagens arvemasse ind i bakterien, hvor den kan kontrollere bakteriens dannelse af proteiner, DNA og RNA og til sidst dræbes bakteriecellen og nye bakteriofager er dannet.
Forskning har indtil videre afsløret, at bakteriofager har adskillige nyttige redskaber i kampen mod bakterierne.
Men nu er de gået et skridt videre: De kombinerer bakteriofagernes evne til at fæstne sig til specifikke bakterier med potente nano-nåle for at skabe nye nano-nåle med specifik antimikrobiel aktivitet, der kan dræbe de mest udbredte sygdomsfremkaldende bakterier, som spredes via fødevarer – campylobacter og salmonella.
På denne måde kan forskerne reducere farlige sygdomsfremkaldende bakterier i fødevarerne, forbedre folkesundheden og dødstallet samt den økonomiske byrde forårsaget af sådanne fødevarebårne infektioner.
Bakteriofagerne dræber specifikke bakterier
Omkring 95 procent af alle de bakteriofager, som vi kender til på nuværende tidspunkt, har ‘haler’, der består af komplekse proteinstrukturer.
Halerne kan være lange eller korte, sammentrækkelige eller ikke-sammentrækkelige og enten meget fleksible eller helt stive.
Halespidsen er enten udstyret med pigge, der minder om korte søm, eller fibre, som minder som edderkoppeben, og er den del af bakteriofagen, der først kommer i kontakt med bakterien.
Disse pigge og fibre sørger for at bakteriofagerne kun binder til bakterier, der er egnede til at producerer nye bakteriofager og som de derfor overfører sit eget arvemateriale til.
Man kan derfor sige, at det er piggene og fibrene, der bestemmer, om bakterierne bliver genkendt og dermed også, om bakterien bliver dræbt eller ej.
Bakteriofagens hale kan opspore egnede bakterier
Bakteriofagernes halestrukturer har brugt tusindvis af år på at udvikle evnen til at kunne opspore de egnede bakterier blandt utallige andre bakterier i det helt enorme bakterielle kosmos.
Halestrukturen fæstner sig til bakterierne ved kontakt mellem proteiner, der oftest findes i bakteriofagens hale, og specielle proteiner, glukose eller andre sukkerarter i bakteriens cellevæg (receptor).
Visse bakteriofager fæstner sig til receptorer, der er meget udbredte og fundet i mange bakterier.
Andre bakteriofager har mere specialiserede haler, der kan opspore særlige overfladekomponenter, som er specifikke for visse bakterier.
Disse halestrukturer kaldes ‘receptor bindende proteiner’ (RBP), og de meget specialiserede proteiner er et rigtig godt redskab i bekæmpelsen af specifikke bakteriegrupper.
Nano-nålene dræber den udvalgte bakterie ved at fæstne sig til bakteriens receptor og så punktere cellevæggen ved at injicere et hult rør.
Nano-nålene er meget potente, og én partikel er nok til at dræbe en modtagelig bakteriecelle.
R-type pyocin er en sådan nano-nål, der bliver produceret af bakterien Pseudomonas aeruginosa.
Gener, der producerer denne type nano-nåle, ligner bakteriofager med sammentrækkelige haler.
Vi kan derfor skabe nano-nåle ved at udskifte pyocin-halefibrene med forskellige bakteriofagers receptor binding proteins (RBP) og derved dræbe andre bakterier end lige Pseudomonas aeruginosa.
Bakteriofager kan give større fødevaresikkerhed
Vores forskergruppe – PHAGEBio ved Købehavns Universitet – har en stor samling bakteriofager, der kan dræbe sygdomsfremkaldende bakterier, der spredes via fødevarer.
I første omgang fokuserer vi vores arbejde på C. jejuni og Salmonella, fordi netop disse bakterier er de mest almindelige årsager til fødevarebårne infektioner i både Danmark og resten af Europa.
Både C. jejuni og Salmonella findes ofte i landbrugsdyr, der ikke udviser symptomer på sygdom, men de smitter fødevarerne gennem hele produktionskæden, og i sidste ende forårsager de infektioner blandt mennesker.
Potente nano-nåle med antimikrobiel aktivitet kan udvikles mod alle bakterier
For størstedelen af bakteriofagerne i vores samling har vi kendskab til, hvilke receptorer de vil fæstne til, og hvilke bakterieværter de kan dræbe.
I vores igangværende forskningsprojekt udskifter vi pyocin-halefibrene med RBP’er fra vores egne bakteriofager, så vi kan udnytte at bakteriofagernes RBP genkender salmonella eller campylobacter og de potente nano-nålene til at dræbe C. jejuniog Salmonella-bakterierne.
Ved denne metode bliver bakterierne ganske enkelt slået ihjel, når pyocin-halefibrene fæstner sig til dem.
Vores metode gør os i stand til at studere og afsløre nye RBP’er fra bakteriofagerne, som dræber de værste bakterier – de multiresistente bakterier.
I fremtiden vil vi kunne benytte denne metode til udviklingen af nye antimikrobielle aktiviteter mod praktisk talt alle bakterier, så længe vi forstår og kender de pågældende bakteriers bakteriofager.
Fremtiden: Angrib bakterierne i landbruget
På nuværende øjeblik undersøger vi egenskaberne af RBP’er fra C. jejuni og Salmonella-bakteriofagerne.
Dette stadie er meget spændende, fordi det afslører, hvor gode de omdannede nano-nåle er til at dræbe bakterierne.
I løbet af det efterfølgende stadie får vi at se, hvor effektivt de dræber sygdomsfremkaldende bakterier i fødevarer, uden at påvirke de andre bakterier og dermed bevare fødevarernes mikrobiologiske kvalitet.
I fremtiden vil vi se, hvor effektivt nano-nålene er til at holde specifikke sygdomsfremkaldende bakterier under kontrol i landbrugsdyr.
De kan for eksempel tilføres via foderstofferne eller i vandet for at dræbe sygdomsfremkaldende bakterier i tarmsystemet, uden en negativ effekt på tarmens gavnlige mikrobiom, som er de mikroorganismer, der er i tarmen.
Oversat af Stephanie Lammers-Clark
