Strategisk forskningscenter skal bekæmpe resistente bakterier

Og takket være en ny, stor bevilling fra Det Strategiske Forskningsråd er der nu opstået en betydelig chance for, at gennembruddet vil ske på dansk grund – med større livskvalitet, bedre sundhedsøkonomi og anselige erhvervsindtægter til følge.

Selv i et veludviklet land som Danmark får 8-10 procent af alle hospitalspatienter en infektion under indlæggelsen, fx i forbindelse med operationer eller brug af katetre og andet medicinsk udstyr. På årsbasis går det ud over cirka 100.000 patienter, og 200-300 af disse ender med at dø på grund af infektion. Hertil kommer, at mere end 50.000 patienter lider under kroniske sår og infektioner, der kræver løbende behandling, men kun vanskeligt kan kureres.

De skadelige infektioner og sår udgør en væsentlig samfundsbelastning. Eksperter skønner, at den samlede udgift til behandling af kroniske sår og sygehusinfektioner årligt er 2-3 milliarder kroner, hvilket svarer til 3-5 procent af det samlede sygehusbudget. For ikke at tale om tabt arbejdsfortjeneste og – ikke mindst – patienternes lidelser!

Derfor igangsætter Det Strategiske Forskningsråd nu en stor, målrettet indsats for at bekæmpe de mange farlige kroniske infektioner: Rådets Programkomite for Strategiske Vækstteknologier har bevilget knap 28 millioner kroner til udvikling af ny, højeffektiv medicin, som kan få bugt med ’synderne’ – bakterier, der er blevet modstandsdygtige over for selv store doser af de antibiotika, vi råder over i dag.

Biofilmkoloni med bakterien Pseudomonas aeruginosa (rød) fra Cystisk Fibrosis-lunge. Biofilmen er omgivet af hvide blodlegemer (blå), som forgæves forsøger at eliminere bakterierne. Pseudomonas aeruginosa producerer nemlig et skjold, som ved kontakt eliminerer de hvide blodlegemer. Den kommende medicin fra Center for Antimikrobiel forskning vil gøre det muligt for de hvide blodlegemer at eliminere disse bakterier.

Medicinen skal udvikles i et helt nyt center, Center for Antimikrobiel Forskning, hvor de deltagende forskningsinstitutioner og virksomhed også selv bidrager væsentligt til det femårige budget med en egenfinansiering på over 20 millioner kroner.

”Vi er meget glade for at kunne understøtte Center for Antimikrobiel Forskning. Det er et af de flotteste eksempler på et forskningsinitiativ, hvor kombinationen af nano- og bioteknologi bevirker et særligt stort potentiale for epokegørende resultater,” siger Lars Mathiassen, formand for Det Strategiske Forskningsråds Programkomite for Strategiske Vækstteknologier.

Nytænkning i medicinudviklingen

Udviklingen af medicinen vil bygge videre på ny viden, som er kommet frem gennem de senere års forskning.

”Det har vist sig, at bakterierne er organiseret i såkaldte biofilm i mere end 80 procent af de infektionstilfælde, der er svære at bekæmpe,” fortæller lederen af det nye center, dr.techn. Michael Givskov, som er professor på Panum Instituttet ved Københavns Universitet.

En biofilm er en koloni af bakterier, som klæber indbyrdes sammen. Samtidig danner bakterierne et uigennemtrængeligt lag, der ikke blot beskytter dem mod kroppens immunforsvar, men også mod selv store doser antibiotika.

”De antibiotika, vi råder over i dag, er rettet mod at dræbe bakterierne enkeltvis. Men når det lykkes bakterierne at danne biofilm, opnår de stor modstandsdygtighed over for disse midler – de enkelte bakterier kan så at sige gemme sig inde i biofilmen,” forklarer Michael Givskov, der er internationalt anerkendt for sin forskning i biofilm.

”Vi satser derfor ikke på, at den nye medicin skal dræbe hver enkelt bakterie. Derimod skal den blokere for de mekanismer, bakterierne bruger for at danne, udvikle og vedligeholde biofilmen. Dét vil gøre bakterierne ude af stand til at etablere beskyttelsesværnet – vi fjerner deres modstandskraft,” fortsætter Michael Givskov.

Bakterierne bruger militær strategi

Den nyere forskning har vist, at de enkelte, fritlevende bakterier er forholdsvis uskadelige. Først når der er mange bakterier samlet ét sted, fx i et sår, slår de til.

Laboratoriebiofilm dyrket på en glasoverflade. Filmen er omkring 50 mikrometer tyk, dvs. omkring 0,05 millimeter tyk. Bakterierne bygger biofilmen op ved at vokse i mindre kolonier, der ses som små ’bakker’.

”Så begynder de at udskille giftstoffer og samtidig danne den beskyttende biofilm,” siger Michael Givskov.

Bakteriernes adfærd kan sammenlignes med et velplanlagt militært angreb: De opfører sig fredeligt og harmløst, så længe de er relativt få – de sniger sig ind på ’fjenden’. På den måde undgår de, at fjenden opdager dem og går til modangreb med sine soldater – i første omgang de hvide blodlegemer, som er en vigtig del af vores immunforsvar.

Når bakterierne så er mange nok, rotter de sig sammen og sætter angrebet ind. Når dét sker, opdager vores immunforsvar ganske vist bakterierne og forsøger at tilintetgøre dem med fuld styrke, men da har bakterierne allerede opbygget deres forsvarsværk – biofilmen.

Medicinen blokerer bakteriernes kommunikationslinjer

”Bakterierne kan gennemføre den militære strategi, fordi de er i stand til at kommunikere med hinanden. Den enkelte bakterie afgiver små signalmolekyler, som så modtages af såkaldte receptormolekyler i de andre bakterier. Det er sådan, de ’mærker’, hvornår de er mange nok til at sætte et effektivt angreb ind. Dét udløser samtidig den kommunikation, også via signalmolekyler, som får bakterierne til at organisere sig i den beskyttende biofilm,” siger Michael Givskov.

”Det er summen af disse kommunikationssystemer, vi vil blokere med den nye medicin,” fortsætter han.

Medicinen skal nærmere betegnet indeholde ’snydemolekyler’, der kan binde sig til bakteriernes receptormolekyler. Dét kan blokere receptormolekylerne, så de ikke længere kan modtage bakteriernes signalmolekyler. Eller sagt på en anden måde: Receptormolekylernes ’postkasser’ bliver fyldt op af snydemolekylerne. Og bakterierne får derfor ikke beskederne – signalmolekylerne – om at danne den beskyttende biofilm.

Afprøvning på to farlige bakterier

Ved hjælp af avancerede IT-programmer og biologiske screeningssystemer kan forskerne på få måneder afprøve tusindvis af forskellige molekyler for, om de kan fungere som snydemolekyler. Kravet et, at de skal kunne passe ind i bakteriernes receptormolekyler og derved fortrænge de rigtige signalmolekyler.

Professor, dr.techn. Michael Givskov er leder af det nye Center for Antimikrobiel Forskning, som har fået en bevilling på knap 28 millioner kroner fra Det Strategiske Forskningsråd.

”Vi kender allerede de kemiske sammensætninger af de signalmolekyler, som er involveret i kommunikationen om angreb og biofilm, så vi ved, hvad vi leder efter,” fortæller Michael Givskov.

De snydemolekyler, som via screeningen viser sig at passe med receptormolekylerne, vil herefter blive afprøvet i en række trin, hvor man søger at bekæmpe den militære kommunikation i to bakterier. Det er dels den velkendte skurk Staphylococcus aureus, dels Pseudomonas aeruginosa, der i dag kan bekæmpes i Danmark, men har udviklet farlig resistens i fx Storbritannien.

Sideløbende vil forskerne udvikle nye nanoteknologiske transportmekanismer, der sikrer, at snydemolekylerne når frem til infektionsstedet.

”Når medicinen skal bekæmpe fx et åbent sår eller en øjeninfektion, kan transportstoffet formentlig være saltvand, som vi kender det fra eksisterende øjendråber. Men vi vil bl.a. også udvikle nanoteknologiske transportmidler, som kan bringe medicinen frem til infektioner inde i kroppen og først udløse den, når den kommer i kontakt med bakterierne,” fortæller Michael Givskov.

Optimale odds for en verdenssucces

Det konsortium, som skal gennemføre forskningen i det nye Center for Antimikrobiel Forskning, består foruden Panum Instituttet af DTU-Kemi på Danmarks Tekniske Universitet, Afdeling for Plastteknologi på Teknologisk Institut, den danske medicinalvirksomhed Leo Pharma samt Zürich Universitet. Endvidere vil centret samarbejde med forskere på både Harvard Universitet i USA og Cambridge Universitet i Storbritannien.

Der er tale om et unikt samarbejde mellem nogle af verdens førende eksperter på området og med en stor dansk medicinalvirksomhed, som har kapaciteten til at kunne videreudvikle forskningsresultaterne fra centret til en ny avanceret medicin på markedet.

Det unikke samarbejde, kombineret med det faktum, at de nødvendige teknikker og baggrundsviden allerede ligger klar, giver centret optimale chancer for at skabe et verdensgennembrud med en helt ny og anderledes medicin mod bakterieinfektioner.