Suolistobakteerien mekanismit hyötykäyttöön

Akatemiatutkija Justus Reunanen tutkii Oulun yliopistossa "sitä itseään". Ihmisen uloste on tutkijalle arvokas uusiutuva luonnonvara, ruskeaa kultaa. Niistä ja suolikudosnäytteistä saadaan suolistomikrobeja, joiden toimintamekanismien tunnistus avaa väyliä uusiin hoitokeinoihin.

Patologin laboratoriosta soitetaan: kiinnostava näyte on saapunut. Kuvassa professori Markus Mäkinen preparoi leikkauksessa poistettua suoliston palaa. Reunasen tutkijat käyvät keräämässä suolen pinnalta limakalvon mikrobeineen. Omassa laboratoriossaan he erottavat bakteerit ihmisperäisestä materiaalista, eristävät bakteerien DNA:n ja ryhtyvät töihin. (Kuva: tohtori Johanna Korvala)

2000-luvulla on selvitetty suolen mikrobien lajikirjoa ja ihmisen elinolojen vaikutusta siihen. Reunasen akatemiahanke on uutta aikakautta: mitä suolistomikrobit tekevät ja miten. Unelmana on käydä haitallisten mikrobien kimppuun niiden omia mekanismeja hyödyntäen.

Bakteerien molekyylit hyötykäyttöön

Sairaan suoliston pinnassa, esimerkiksi tulehduksellisissa suolistosairauksissa tai suolistosyöpäkasvaimissa, asuu erilainen mikrobisto kuin terveessä vieruskudoksessa. Se selittyy osaltaan kudosten erilaisella pintarakenteella. Ellei bakteeri tunnista itselleen sopivaa pintaa ja tartu siihen, se huuhtoutuu ulos suolistosta.

Bakteerit tunnistavat elinympäristönsä biologisia rakenteita pääasiassa pintaproteiiniensa avulla.. Bakteerin täytyy tuottaa pinnalleen tiettyjä proteiinimolekyylejä, niin sanottuja adhesiineja, joiden avulla se kiinnittyy tietynlaiseen pintaan.

"Jos geenin A tuottama adhesiini X mahdollistaa mikrobin kiinnittymisen, pystymmekö estämään tai häätämään sairaaseen kohtaan kiinnityneeseen mikrobin estämällä adhesiini X:n toiminnan? Voisimmeko tätä kautta yrittää estää sairastumisen tai edistää sairaan kudoksen toipumista?

Tutkimisen arvoinen asia, koska esimerkiksi haavaisen suolen ainoa tunnettu hoitokeino lääkkeiden tehon hiivuttua on paksusuolen poisto. Spesifiä tarttumismolekyyliä voitaisiin hyödyntää myös lääkkeiden täsmäohjauksessa sairaaseen kudokseen.

"Sytostaatit tappavat syöpäsolut, mutta myös  terveitä soluja. Jos tietäisimme, mikä molekyyli tarttuu vain sairaaseen kudokseen, voisimme ohjata sytostaatin tarttumaan ja siten siis vaikuttamaan vain syöpäsoluihin. Näin sytostaattiannosta voitaisiin myös suurentaa, jolloin kaikkien syöpäsolujen kuoleman todennäköisyys kasvaa."

Akatemian tutkijatohtorikaudella Reunanen kehitti tekniikan, joka nopeuttaa merkittävästi nykyistä tutkimusta. Metagenomisella faagiesittelyssä seulotaan funktionaalisesti suolistomikrobiyhteisön kaikki noin 5 miljoonaa geeniä  pienessä koeputkessa yhdessä reaktiossa. (Kuva: Justus Reunanen)

Bakteerin immuunimekanismit hyötykäyttöön

Suoliston limakalvo on vihamielinen ympäristö bakteereille. Hyvät ja huonot bakteerit selviytyvät hengissä immuunijärjestelmämme pommituksesta, vaikka elimistömme tuottaa suolen pinnalle koko ajan yli 20 erilaista antibioottista ainetta. Yksi keskeisimpiä on beetadefensiini 2. Tulehtunut suolikudos erittää sitä moninkertaisesti enemmän kuin terve kudos.

"Sairaan kudoksen bakteerien täytyy olla aineelle erityisen immuuni. Jos tuntisimme immuunimekanismin, voisimme kehittää täsmälääkkeen immuunimekaismia vastaan ja häätää tulehdusspesifit mikrobit tätä kautta."

Bakteerien omilla keinoilla multiresistenttejä bakteereja vastaan

Suoliston eri bakteerilajeilla lienee erilaisia immuuniteettitekijöitä. Jos tuntisimme hyvien ja huonojen bakteerien puolustusmekanismien yhtäläisyydet ja erot, voisimme näitä eroja hyödyntäen kehittää täsmälääkkeitä, jotka tappavat bakteereita valikoiden.

"Toistaiseksi antibioottilääkkeet tappavat lähes kaiken eteensä osuvan, myös ne hyvät bakteerit. Tosin bakteerien antibioottiresistenssin yleistyminen pakottaa meidät kehittämään uusia keinoja."

Ihmisen suoliston 500–1000 bakteerilajia ja niiden lukemattomat kannat kilpailevat elintilasta myös keskenään. On arvioutu, että jokainen bakteerikanta tuottaa vähintään yhtä bakteriosiinia eli antibioottista ainetta, jolla se tappaa kilpailijoita omalta alueeltaan.

"Osa bakteriosiineistä tappaa laajalti, osa on hyvinkin kapeakirjoisia. Koska antibioottiresistenssi on iso ongelma, tutkin Oulun yliopiston Biocenterin rahoituksella myös sitä, millaisilla mekanismeilla mikrobisto itse onnistuu tappamaan multiresistentteja bakteereja."

Reppureissulainen

Tutkijan urasta haaveilevia hän rohkaisee koputtamaan alan nimekkäidenkin toimijoiden ovelle ensimmäisestä opiskeluvuodesta alkaen. "Aluksi ajattelin, että professorit ovat niin kovia tyyppejä, etten ole kelvollinen lähestymään heitä kesätöiden toivossa. Mikä virhe! Mitä nopeammin pääsee kiinni alan töihin, sitä nopeammin kehittyy tutkijana ja pääsee aloittamaan tuiki tärkeän verkostoitumisen."

Varhaisesta startista on varmasti hyötyä, sillä tutkimusura vaatii pitkää pinnaa sekä tekijältä että rahoittajilta. Reunasen nyt työstämät tutkimusideat ja -aihiot ovat alkaneet itää jo kymmenisen vuotta sitten.

"Tieteen tekeminen on sukupolvien, vuosikymmenten ja vuosisatojen yli menevä prosessi, johon ei voi soveltaa kvartaali- eikä vaalikausiajattelua. Oma akatemiatutkijaprojektini on tutkimussuunnitelmani arvioineen kansainvälisen asiantuntijapaneelin mukaan riskitutkimusta, jokaonnistuessaan tulee muuttamaan alan tutkimuskentän."

Reissaava tutkija hyödyntää lentokentällä odoteluajan tekemällä rästitöitä. (Kuva: Justus Reunanen)

Teksti: Nina Mäki-Kihniä