Viikissä selvitetty antibiooteille vastustuskykyisten
bakteerien syntymekanismeja

02.11.2011

Mitä merkitystä naudan utaretulehduksen hoidolla voi olla yhteiskunnalle? Paljonkin, sillä utaretulehdus vaikuttaa globaalisti, jos sitä ei hoideta tai jos sen hoitoon käytetään antibiootteja, jotka lisäävät antibiooteille vastustuskykyisten eli resistenttien bakteerien määrää.

Yliopistonlehtori Pekka Varmasen tutkimuksessa on etsitty tulehduksen aiheuttavasta bakteerista toimintoja, joita voitaisiin hoitaa antibiooteilla ilman riskiä antibiooteille vastustuskykyisten bakteerien syntymisestä ja leviämisestä. Hanke on onnistunut paljastamaan mekanismeja, joiden avulla streptokokkibakteereista kehittyy  antibiooteille resistenttejä. Uudenlaisia lääkeaineita tarvitaan estämään  sairauksia aiheuttavien ja antibiooteille vastustuskykyisten  bakteerien leviäminen maailmassa.

”Siksi tulevaisuuden antibiootin olisi hyvä sisältää kaksi lääkeainetta: toinen parantaa tulehduksen ja toinen estää mutaatioiden syntymistä”, Varmanen kertoo. Mutaatiot saavat aikaan vastustuskykyisiä bakteereja, joihin antibiootit eivät enää tehoakaan.

Varmasen mukaan on vain ajan kysymys, milloin syntyy vakavan epidemian aiheuttava bakteeri, johon mikään antibiootti ei tehoa. Viimeisen parinkymmenen vuoden aikana ei ole löydetty yhtään antibioottia, joten uusien löytämisellä alkaa olla kiire. Lääkeyhtiöt eivät kuitenkaan ole vielä valmiita osallistumaan lääkekehitykseen, koska useimmat tutkimukset ovat teollisuuden mielestä liian alkutekijöissään. Siksi yhteiskunnan rahoittamaa perustutkimusta tarvitaan. Varmanen on saanut Akatemialta useita eri rahoituksia ja niiden lisäksi myös pohjoismaista rahaa. Hän työskentelee Helsingin yliopiston Elintarvike- ja ympäristötieteiden laitoksen Maitoteknologian oppiaineessa.

Eläinsairauksien tutkiminen tukee ihmislääketiedettä

Antibioottitutkimuksensa Varmanen aloitti Tanskassa 1990-luvun lopulla oltuaan siellä tutkijana väitöskirjan valmistumisen jälkeen eli niin sanottuna post docina. Sitä kautta löytyivät myös yhteistyökumppanit yhteispohjoismaiseen tutkimukseen.

Moni vähättelee eläinsairauksien tutkimuksen merkitystä. Varmanen muistuttaa, kuinka monien eläinsairauksien tutkimuksen avulla pystytään tukemaan myös ihmislääketiedettä. Hänen mukaansa suhtautuminen onkin muuttumassa.

Streptokokkibakteerit ovat hyvin yleisiä luonnossa sekä erityisesti eläinten ja ihmisen normaalissa mikrobistossa. Monet streptokokeista aiheuttavat eläimille ja ihmiselle sairauksia eli ovat patogeenisiä. Eläinpatogeeneistä Streptococcus uberis -niminen ympäristöbakteeri aiheuttaa runsaasti naudan utaretulehduksia. Utaretulehdus on taloudellisesti merkittävin eläinsairaus maidontuotannossa ja sitä joudutaan eniten hoitamaan antibiooteilla.

Ihmiselle patogeenisistä streptokokeista pneumokokki aiheuttaa muun muassa välikorvantulehdusta, keuhkokuumetta ja aivokalvontulehdusta. Pneumokokin aiheuttamaan keuhkokuumeeseen kuolee vuosittain noin neljä miljoonaa lasta, pääasiassa kehitysmaissa.

Penisilliinille vastustuskykyisten pneumokokkikantojen osuus on viime aikoina lisääntynyt ympäri maailman, mikä on korostanut ennaltaehkäisyn merkitystä pneumokokki-infektioiden hoidossa. Varmasen projektissa selvitettiin niin sanotun SOS-vasteen merkitystä patogeenisten ja ei-patogeenisten streptokokkien fysiologiassa sekä antibioottien vastustuskyvyn kehittymisessä. Hankkeen tuloksia voidaan hyödyntää, kun suunnitellaan uusia hoito- ja ennaltaehkäisykeinoja streptokokki-infektioiden hoitamiseksi.

Mutaatioista sekä hyötyä että haittaa

Mutaatio on satunnainen muutos organismin geneettisessä materiaalissa eli DNA:ssa.  Mutaatioita syntyy muun muassa joidenkin kemiallisten aineiden vaikutuksesta tai DNA:n kopioinnissa tapahtuvien virheiden seurauksena. Mutaatio voi olla organismin kannalta haitallinen, hyödyllinen tai merkityksetön. Bakteeripopulaatioissa on hyödyllistä, että mutaatioita syntyy, koska silloin syntyy bakteereja, jotka pystyvät selviytymään olosuhteiden muuttuessa. Esimerkiksi jos antibiootteja käytettäessä populaatiossa on mutantti, joka kestää antibiootin, niin bakteeripopulaatio hyötyy tästä.  Koska suurin osa mutaatioista on kuitenkin haitallisia, niiden syntymistä säädellään tarkoin .

Varmasen ryhmä löysi streptokokeista mutaatioita aiheuttavan mekanismin. ”Näimme, että tietyt antibiootit itse asiassa lisäävät mutaatioiden syntymistä. Jos populaatiossa on yksi antibioottia kestävä mutantti, niin antibioottialtistuksen jälkeen tämän mutantin ominaisuus on vallitseva koko bakteeripopulaatiossa. Tämä yleisesti tunnettu mekanismi  antibiooteille vastustuskykyisten kantojen lisääntymisestä havaittiin nopeasti ensimmäisten antibioottien keksimisen jälkeen. Uudempi havainto on, että tietyt antibiootit aktivoivat bakteereissa entsyymejä, jotka tekevät mutaatioita”, selvittää Varmanen.

Suomen Akatemian akatemiatukijarahoituksella aloitettu tutkimus on herättänyt kansainvälistä huomiota. Varmanen on ollut puhujana alan kansainvälisissä konferensseissa ja hankkeen tuloksia on julkaistu arvostetuimmissa mikrobiologian alan julkaisusarjoissa.

Nykyisin tutkimusta jatketaan akatemiahankerahoituksella. ”Olemme suunnanneet tutkimusta myös uuteen suuntaan. Tärkeä mielenkiinnon kohde liittyy biofilmin muodostukseen antibioottiresistenteissä bakteereissa.”

Suurimmassa osassa infektioista sekä eläimillä että ihmisillä bakteerit kasvavat niin sanottuna biofilminä. Se on bakteerin kasvua jollain pinnalla, ikään kuin bakteeriyhdyskunta. Biofilmeille on ominaista, että ne kestävät hyvin kaikenlaisia erilaisia stressitekijöitä, muun muassa antibiootteja. Biofilmissä bakteerit erilaistuvat. Jotta erilaistumista tapahtuisi, tarvitaan mutaatioita. Uudessa projektissa haluamme tutkia, miten mutaatiot liittyvät biofilmiin ja miten mutaatioita aiheuttavat mekanismit  toimivat siinä.   

”Tavoite on edelleen löytää uusia antibiootteja, jotka pystyisivät tehoamaan biofilminä kasvaviin bakteereihin ja silloin myös tarvitaan lääkeaineita, jotka vaikuttavat mutaatiomekanismeihin biofilmeissä”, kiteyttää Varmanen.

Teksti: Leena Vähäkylä
Kuvat: Leena Vähäkylä ja Pixmac