Uusi kuvausteknologia näkee metsän terveydentilan tavalla, johon ihmissilmä ei pysty
Uuden kehitteillä olevan teknologian avulla metsien ja viljelysten kasvua voi seurata etänä – ja nähdä asioita, jotka muuten saattaisivat jäädä huomaamatta.
Uusi ase antibioottiresistenssiä vastaan – tutkijat keksivät sotkea bakteerien viestinnän
Yli miljoona ihmistä kuolee joka vuosi, koska antibiootit eivät enää tehoa. Tutkijat etsivät nyt kuumeisesti uusia tapoja kukistaa bakteerit, ja vastaus saattaa löytyä niiden omista aseista.
Christopher Jonkergouw on varsin kielitaitoinen mies. Hän puhuu äidinkielenään hollantia, keskustelu tätä artikkelia varten käydään englanniksi ja useimmat hänen kollegoistaan Aalto-yliopistossa puhuvat suomea. Vapaa-ajallaan hän pelaa Espoo Rugby Clubissa useista eri maista kotoisin olevien joukkuetoverien kanssa.
Biologina hän on kuitenkin erityisen kiinnostunut bakteerien ”kielestä” ja viestinnästä.
Bakteerit eivät tietenkään puhu, mutta tunkeutuessaan ihmiskehoon ne viestivät toisilleen kemiallisten signaalien avulla.
”Hankalimmat ja pahimmin tartuntoja aiheuttavat bakteerit käyttävät hyväkseen signaalimolekyylejä. Monet tartuntaprosessit kytkeytyvät suoraan tähän signaalinvälitykseen”, Jonkergouw selittää.
Olisiko ihmisten mahdollista puuttua bakteerien väliseen viestintään? Tämä on kysymys, jota Jonkergouw ja hänen kollegansa parhaillaan pohtivat. Viestintään puuttuminen vähentäisi tartuntojen leviämisen todennäköisyyttä ja voisi samalla auttaa selättämään yhden nykymaailman suurimmista haasteista: antibioottiresistenssin.
Antibioottiresistenssin vaarat
Vuonna 1945 skotlantilainen lääkäri Alexander Fleming sai Nobel-palkinnon penisilliinin keksimisestä. Tukholmassa pitämänsä juhlapuheen lopussa hän myös ennusti varsin tarkkanäköisesti tulevaa uhkakuvaa.
”Mahdollinen aliannostus saattaa aiheuttaa riskin”, hän varoitti.
”Laboratoriossa mikrobit saa helposti vastustuskykyisiksi penisilliinille altistamalla ne annoksille, jotka eivät riitä tappamaan niitä. Sama on toisinaan tapahtunut myös ihmiskehossa.”
Fleming otti esimerkiksi kurkkukivusta kärsivän miehen, herra X:n, joka ei ota riittävää lääkeannosta kehossaan jylläävien mikrobien tuhoamiseksi. Kun hänen vaimonsa sairastuu, lääke ei enää tepsikään ja vaimo kuolee, sillä tietämätön potilas on tehnyt mikrobeista vastustuskykyisiä.
Antibioottiresistenssistä on tullut huomattavasti suurempi ongelma kuin Fleming olisi koskaan voinut ennustaa.Viime vuosina se on synnyttänyt hiljaisen, salakavalan pandemian, joka on aiheuttanut suurta kärsimystä ja tappanut miljoonia ihmisiä.
The Lancet -lehdessä julkaistun tutkimuksen mukaan antibioottiresistenssi aiheutti vuonna 2019 suoraan 1,27 miljoonaa kuolemaa. Joidenkin arvioiden mukaan luku voi nousta kymmeneen miljoonaan vuoteen 2050 mennessä.
Toulousen yliopiston tutkija Katia Iskandar kollegoineen korosti Antibiotics-julkaisussa ilmestyneessä artikkelissa, että vastatoimet eivät ole pysyneet antibioottiresistenssin leviämisen tahdissa. Tästä syystä tartuntojen hoitamiseen on vain rajallisesti vaihtoehtoja.
Miten näin on päässyt käymään? Pulma on huomattavasti Flemingin ennustamaa visaisempi, eikä syytä voi langettaa yksinomaan varomattoman herra X:n harteille. Niin hoitoalan toimijoilla, lääkeyhtiöillä kuin eri maiden valtiojohdoillakin on ollut kehityskulussa oma roolinsa.
”Oikeastaan voidaan puhua bakteerien ja uusien hoitomuotojen kehittämisen välisestä kilpajuoksusta, jossa mikrobit ovat valitettavasti päässeet niskan päälle. Antibioottiresistenssi on levinnyt räjähdysmäisesti, kun taas uusien hoitomuotojen kehitys on jäänyt pahasti jälkeen. Maailman terveysjärjestö WHO:n seurannan mukaan uusia antibiootteja tutkitaan kehitetään huolestuttavan vähän”, Jonkergouw kertoo.
Saksan infektiotutkimuskeskuksen (DZIF) Silke Alt kirjoitti hiljattain kollegoineen, että antibioottien tutkimuksen ja kehitystyön perinteinen liiketoimintamalli ei enää toimi.
Douglas Häggströmin mukaan keskeisin syy on uusien lääkkeiden kehitystyön korkea hinta. Häggströmin työnantaja INCATE-konsortio (INCubator for Antibacterial Therapies in Europe) auttaa yliopistoja kaupallistamaan antibioottiresistenssin selättämiseen liittyviä innovaatioita.
Alalla myös tiedetään, että vaikka antibiootti läpäisee kalliit kliiniset tutkimukset eli se on todettu tehokkaaksi, turvalliseksi ja saanut myyntiluvan, lääkärit saattavat käyttää sitä vasta viimeisenä oljenkortena.
”Koska resistenssi kehittyy koko väestön tasolla, lääkettä ei ole hyvä määrätä kovin usein. Kymmenen vuoden päästä patentti vanhenee, ja lääkeyhtiön toiveet hankkia investointikustannukset takaisin haihtuvat ilmaan”, Häggström selittää ja sanoo suoraan, että tieteestä on tullut kovaa peliä.
”Uusien luonnonraaka-aineiden ja muiden resurssien osalta helpot löydöt on jo tehty. Luonnontuotteita on perinteisesti käytetty paljon, mutta tässä vaiheessa olemme jo löytäneet lähes kaiken mahdollisen.”
Tutkijat riemuitsivat hiljan havaittuaan hiljattain pohjoisirlantilaisen hautausmaan mullassa MRSA:n kaltaisiin superbakteereihin tepsiviä mikrobeja. Valitettavasti tämänkaltaisista löydöistä on tullut koko ajan harvinaisempia.
”Tarve on valtava, mutta ratkaisuja ja innovaatioita on hyvin vähän. Ongelma on todella merkittävä”, Jonkergouw toteaa.
Hyvä uutinen on kuitenkin se, että kehitteillä on myös vaihtoehtoisia lähestymistapoja. Niihin lukeutuvat rokotteet, immunoterapia, bakteriofagit ja muut bakteereja tappavat virukset sekä tartunta- ja leviämistapoihin pureutuvat hoitomuodot.
Jonkergouw tutkii kollegojensa kanssa parhaillaan viime mainittuja. Uutta ja mielenkiintoista tässä lähestymistavassa on se, että keskiössä ovat bakteerien sijasta niin kutsutut virulenssitekijät.
Mitä ovat virulenssitekijät?
Jotta voisimme ymmärtää Jonkergouw’n tutkimusryhmän lähestymistapaa, on tunnettava hieman menetelmiä, joiden avulla bakteerit menestyvät. Bakteerien virulenssitekijöillä tarkoitetaan sekä niiden hyökkäys- että puolustuskeinoja.
Puolustuskeinoihin kuuluu esimerkiksi suojaava biofilmi, jonka mikrobit luovat pystyäkseen kerääntymään yhteen.
”Käytännössä se näyttää inhottavalta limalta mutta koostuu monenlaisista polymeereistä ja taudinaiheuttajista. Biofilmi suojaa mikrobiyhteisöä uhilta, kuten ihmisen immuunijärjestelmältä ja antibioottihoidolta”, Jonkergouw selventää.
Hyökkäysmenetelmiin kuuluvat muun muassa lipopolysakkaridien kaltaiset myrkylliset aineet eli toksiinit.
”Näiden toksiinien avulla bakteerit heikentävät uhriensa puolustusta eli ihmisen immuunijärjestelmää kilpailuedun saavuttamiseksi. Bakteerit selviytyvät näistä olosuhteista mainiosti, mutta ihminen ei, joten elimistö tulehtuu ja soluja kuolee”, Jonkergouw sanoo.
Jos tutkijat onnistuisivat kehittämään tehokkaan tavan riisua bakteerit aseistaan, se auttaisi immuunijärjestelmää tai antibiootteja tuhoamaan mikrobit kokonaan, ennen kuin resistenssi ehtii muodostua.
Viestinnän häiritseminen
Pystyäkseen hyödyntämään virulenssitekijöitä bakteerien on kommunikoitava keskenään.
Tähän tarkoitukseen ne tuottavat signaalimolekyylejä, joita muut bakteerit pystyvät aistimaan. Kun mikrobiyhteisö on kasvanut riittävän suureksi, se voi käyttää yhteisiä resursseja toksiinien ja biofilmien tuotantoon, mikä vaatii runsaasti energiaa. Yhteistyö parantaa tartuttamismahdollisuutta. Yksisoluisuudestaan huolimatta myös bakteerit luottavat siis joukkovoimaan.
Kaksi bakteeriryhmää erotettiin kokeessa nanoselluloosasta tehdyllä suodattimella. Suodattimen reiät ovat niin pienet, että bakteerit eivät mahdu niistä – mutta signaalimolekyylit mahtuvat. Oikealla puolella olevat bakteerit pystyvät tuottamaan signaalimolekyylejä, vasemmalla olevat vain aistimaan ne. Signaalit voi havaita niiden synnyttämistä vihreinä hohtavista proteiineista. Signaalit siirtyvät vikkelästi vasemmalle puolelle, jossa syntyy myös vihreää proteiinia.
Ihmisten ja bakteerien viestintämenetelmissä on paljon samaa. Siinä missä me ihmiset olemme luoneet suuren määrän kieliä ja murteita, bakteerit ovat kehittäneet monenlaisia signaalimolekyylejä. Toisinaan bakteerien kielet muistuttavat kovasti toisiaan, kuten vaikka hollannin ja saksan kielet. Joskus bakteerit taas puhuvat useita eri kieliä ja käyttävät monia signaalimolekyylejä.
Bakteerien viestintätavat muodostavat Jonkergouw’n tutkimuksen ytimen.
”Pari vuotta sitten tutkimme laboratoriossa molekyylejä, jotka pystyvät häiritsemään bakteerien kommunikointia. Havaitsimme, että samoilla keinoilla pystyttäisiin häiritsemään myös WHO:n määrittämiin korkean prioriteetin resistentteihin patogeeneihin kuuluvien Acinetobacter baumannii- ja Pseudomonas aeruginosa -bakteerien viestintää. Yleensä tämänkaltaiset yritykset eivät tutkimustyössä onnistu, mutta tässä tapauksessa havaitsimme menetelmän toimivan tehokkaasti ja vieläpä ongelmallisimpia patogeenejä vastaan”, hän kertoo.
Sittemmin tutkimusryhmä on kartoittanut uusia tapoja häiritä bakteerien kommunikointia ja heikentää siten virulenssitekijöiden tehoa. Jonkerouw kehittää kollegojensa Ekaterina Osmekhinan ja Katarzyna Leskisen sekä lääkekehityskonkari Tuula Heinosen kanssa löydösten pohjalta hoitomenetelmää Arivin Therapeutics -nimisessä startupissa.
Arivinin työstä voivat hyötyä erityisesti potilaat, joiden sairaus tekee heistä tavallista haavoittuvampia keuhkojen bakteeri-infektioille. Tällaisia sairauksia ovat esimerkiksi kystinen fibroosi, keuhkoahtaumatauti ja muut hengityselinsairaudet
Tutkijat uskovat, että koska hoito ei tapa bakteereja vaan ainoastaan estää niiden keskinäisen viestinnän, bakteerit eivät myöskään kehitä sille samanlaista vastustuskykykä kuin antibiooteille.
Hoito tehoaa myös yleistyneisiin superbakteereihin, jotka ovat erittäin vastustuskykyisiä antibiooteille.
Jonkergouw ja tiimin muut jäsenet tiedostavat, että varsinaisen hoitomenetelmän lanseeraukseen on vielä matkaa. Alku on kuitenkin ollut vakuuttava ja tieteellinen pohja näyttää vahvalta. Arivin valittiin hiljattain ensimmäisellä kierroksella INCATE-hautomoon muutaman muun antimikrobisia hoitoja kehittävän eurooppalaisyrityksen kanssa.
”Tämä lähestymistapa ja muut virulenssia ehkäisevät strategiat voivat muuttaa bakteeri-infektioiden hoidon paradigmaa niin, että painopiste siirtyykin pois pelkistä patogeeneistä, bakteerien käyttämien hyökkäys- ja puolustuskeinojen suuntaan”, Heinonen toteaa.
Fiksua toimintaa
Antibioottiresistenssistä on tulossa yhä suurempi ongelma, joten kaikki uudet lähestymistavat ovat tarpeen.
Häggströmin mukaan bakteerit eivät ole vastustuskyvyn kehittämisessä fiksuja pelkästään omillaan, vaan myös ryhmissä. Kun yksi niistä löytää ratkaisun johonkin ongelmaan, se kertoo siitä myös kavereilleen.
Jos Nobel-voittaja Alexander Fleming vielä eläisi, hän epäilemättä ylistäisi lukemattomia uusia ideoita ja menetelmiä, joita ongelman ratkaisemiseksi on kehitetty – mukaan lukien keinot puuttua bakteerien viestintään.
Onnistuessaankaan Arivinin menetelmä ei yksin ratkaise koko vastustuskykyyn liittyvää ongelmaa kokonaan mutta vaikeuttaa tehokkaasti bakteerien elämään ja lisää antibiootin tehoa ja käyttöaikaa. Uudet, radikaalitkin menetelmät voivat auttaa meitä vihdoin kuromaan umpeen välimatkaa kilpajuoksussamme bakteereja vastaan.
Kirjoitus Richard Fisher, suomenkielinen käännös Tiina Leivo, kuvat (ellei toisin mainittu) Mikko Raskinen
Disrupting bacterial communication and mitigating virulence factors -video Ekaterina Osmekhina, muutvideot Arivin Therapeutics
Lisätietoja Christopher Jonkergouw, [email protected]
Ratkaisuja maailman visaisimpiin ongelmiin
Lue, miten perustutkimuksen ja radikaalin luovuuden kohtaamisesta syntyy paremman tulevaisuuden ratkaisuja.
Perinteisen betonin superluja haastaja tehdään ekologisesti savesta – jopa suoraan rakennuspaikalla
Betoni on maailman toiseksi suurin ilmastopäästöjen aiheuttaja – ja sen kysyntä vain kasvaa. Aalto-yliopiston uraauurtavassa Radical Ceramics -projektissa etsitään ja tutkitaan perinteisen betonin vaihtoehtoja, joilla on potentiaalia mullistaa maailma.
Pikavoitoilla on kestämätön hinta – ja siksi talousjärjestelmä tarvitsee kiireesti täyskäännöksen, sanoo tutkija
Ympäristötuhot, sosiaalinen eriarvoisuus ja monet muut ongelmat ovat seurausta talousjärjestelmän nopeiden voittojen maksimoinnista. Ongelmien ratkominen vaatii, että alamme sen sijaan tavoitella pitkän aikavälin resilienssiä.
Uuden sukupolven magneettistimulaatio voi mullistaa aivosairauksien hoidon
Kun algoritmi ottaa ohjat, aivojen magneettistimulaatiosta tulee nopeampaa ja tehokkaampaa. Menetelmä tuo uusia mahdollisuuksia muun muassa vakavan masennuksen ja kivun hoitoon.