Frem til i dag har forskere antatt at den fryktede, antibiotikaresistente bakterien som f?rer til urinveisinfeksjon og blodforgiftning, bare spres mellom mennesker eller mellom husdyr og mennesker.
Takket v?re genetiske analyser har forskere n? oppdaget at den skumle bakterien ogs? kan spres med fugler og sm?kryp.
De har dessuten funnet en helt ny, genetisk forklaring p? hvorfor bakterien kan spre seg s? mye.
– Disse bakteriene blir stadig farligere og mer motstandsdyktige mot antibiotika. For ? kunne behandle sykdommene som disse bakteriene for- ?rsaker, m? vi forst? evolusjonen deres og forutsi hvordan de vil bli i fremtiden. N?r vi forst?r disse mekanismene bedre, kan vi finne metoder for ? hindre spredningen. Antibiotikaresistensen m? bekjempes. Vi kan bidra til denne kampen med forskningen v?r, poengterer professor Jukka Corander p? Big Insight, som er universitetets senter for forskningsdrevet innovasjon.
Senteret, som fysisk holder til p? Det medisinske fakultet ved Universitetet i Oslo, utvikler nye sofistikerte, statistiske metoder for ? analysere de stadig st?rre datamengdene. Corander har utviklet ny statistikk for ? tolke de enormt store datamengdene som trengs for ? beskrive evolusjonen til bakteriene, hvordan genomet har endret seg over tid og hva som p?virker disse genene.
E. coli-bakteriene er de mest fremgangsrike bakteriene i verden og finnes hos nesten alle organ- ismer som har v?rt s? heldige ? f? en tarmkanal. Variasjonene hos E. coli-bakteriene er enorme.
En av de mest beryktede variantene er nettopp den skumle bakterien som f?rer til urinveisinfeksjoner og blodforgiftninger. Denne bakterien har f?tt det lite spenstige navnet ExPEC. En spesiell klon av ExPEC kalles ST131. ST131 er sv?rt multiresistent og verstingen av de ESBL-produserende bakteriene. ESBL-bakterier har dessverre den uheldige egenskapen at de danner enzymer som spalter nesten all antibiotika. Da er sykdommen vanskelig ? behandle.
ST131-varianten har spredt seg raskt verden over. Problemene oppst?r n?r bakterien havner utenfor tarmen. Havner den i urinveiene, kan infeksjonen bli sv?rt alvorlig. Enda verre blir det om bakterien skulle komme inn i blodet.
Skremmende
Frem til i dag har alle antatt at ST131 er genetisk tilpasset mennesker og at den derfor bare har spredt seg mellom mennesker eller mellom mennesker og husdyr. Den nye forskningen viser at det ikke stemmer.
Forskerne har analysert bakteriegenomet fra sykehuspasienter med blodforgiftning og urinveisinfeksjon og sammenliknet dette med bakteriegenomer fra tarmen til husdyr som katter, hunder og sauer og til ville dyr og ville fugler, som kr?ker, ravner og skj?rer – fra b?de Europa og Asia. Til sammen har de 250 helsekvenserte genomer av ST131. Dette er verdens f?rste unders?kelse med antibiotikaresistente gener p? ST131-bakterier fra dyr.
Svarene kan skremme oss alle.
– Med et s? stort utvalg kan vi f? vite mye mer om evolusjonen til bakterien. Vi forventet ? se en forskjell p? de bakteriene som kommer fra dyr og de som kommer fra mennesker. Men slektstreet viser at det ikke er noen forskjell. Det finnes antibiotikaresistente bakterier i svin og kylling, der det brukes mye antibiotika. Da er det naturlig at de utvikler antibiotikaresistente bakterier, men det er sv?rt overraskende at det ogs? finnes resistente bakterier i ville dyr. Bakterien var dessuten sjokkerende lett ? finne hos fugler. De har nesten eksakt den samme type resistente bakterier som sykehuspasienter.
Det betyr at bakteriene klarer ? hoppe fra mennesker til dyr og omvendt.
– Bakterien har n? spredt seg s? mye at den lever i en stor del av populasjonen av b?de mennesker og dyr.
Den tyske medforskeren Sebastian Günther ved Freie Universit?t Berlin fant dessuten ST131-bakteriene hos fugler i Mongolia, selv om de befant seg flere hundre kilometer fra n?rmeste by.
En av forklaringene kan v?re at smitten er spredt med trekkfugler som overvintrer i S?r-Korea, men som hekker i Mongolia.
– Disse fuglene lever n?r mennesker i S?r-Korea, et land som bruker mye antibiotika. Restene havner i naturen. Hvis fuglene spiser noe som inneholder resistente bakterier, tar fuglene dem med p? trekket til Mongolia. Det finnes derfor et ufattelig potensial for de antibiotikaresistente bakteriene til ? kunne forflytte seg tusenvis av kilometer.
N?r fuglene skiter, f?lger E. coli-bakteriene med.
– Selv om disse bakteriene trives best i tarmen og lever der det finnes f?de, kan de ogs? overleve noen dager uten avf?ring. Da lever de p? sparebluss. Selv om det er veldig kaldt, d?r de ikke. Bakteriene kan ogs? overleve lenge selv om fugleskitten blir dypfrossen.
Og som om ikke dette er nok:
Selv sm?kryp som mark nede i jorden var befengt med den samme typen resistente bakterier som sykehuspasienter. De er sannsynligvis blitt smittet gjennom fugleskitten.
Takket v?re ST131-genet er bakteriene dyktige til ? klare seg under ulike omstendigheter. De greier seg like bra i en kr?ketarm som i en mennesketarm, selv om kr?ketarmen er fem gradere varmere enn tarmen v?r.
– Mange bakterier er ikke tilpasset en slik temperaturforskjell, men denne bakterien kan du sette inn hvor som helst. Den trives alts? like godt i en mark i jorden som i tarmen til en hund. Vi ?nsker derfor ? forst? hvordan bakterien kan bli enda farligere. Og da er det viktig ? kjenne til hvilke molekyl?re og ?kologiske faktorer som gj?r den s? vanskelig ? f? has p?. Vi m? forst? at naturen har mange m?ter ? spre de resistente bakteriene p?. De forsvinner ikke s? lett og er vanskelige ? utrydde.
Ny genetisk metode
Ettersom kjernegenomet til disse bakteriene, uansett om de kommer fra mennesker, fugler eller mark, er nesten helt identisk, har Jukka Corander m?ttet utvikle en helt ny type statistikk for ? studere bakteriene n?rmere.
Forskergruppen hans har studert noe som kalles promotorer. Dette er et omr?de n?r genene i DNA-strengen som signaliserer om genene skal danne RNA-molekyler, som igjen brukes for ? produsere proteiner.
– Promotorene fungerer som trafikklys. De bestemmer hvordan genene skal leses og om de skal gj?re noe eller ikke.
I den tradisjonelle teorien blir det poengtert at promotorene utvikler seg p? samme m?te som genene.
– Vi har oppdaget at dette ikke stemmer. Ved ? bytte ut promotorene kan uttrykket av genene endres med opptil 15 prosent. Dette er en veldig viktig egenskap for evolusjonen n?r bakteriene skal tilpasse seg andre milj?er. Det betyr: En enkel forandring i promotoren kan bety mye for hvordan bakterien klarer ? tilpasse seg.
Dette har frem til n? v?rt sv?rt vanskelig ? oppdage vitenskapelig. M?ten forskerne oppdaget det p?, var ? sammenligne evolusjonen til promotorene med evolusjonen til genene.
– Evolusjonen til promotorene og genene er ikke samstemte. Promotorene har i stor grad p?virket hvordan genene har utviklet seg. Ved hjelp av promotorer kan alts? genene endres.
Det betyr at bakteriene er veldig tilpasningsdyktige.
N?r bakteriene kommer i nye omgivelser og f?r d?rligere betingelser til ? vokse og spre seg, motvirkes dette gjennom endringer i promotorene.
– Promotorene kan derfor gi et riktigere bilde av bakterienes evolusjon enn ved bare ? se p? selve genene.
Jukka Corander sier at den nye, vitenskapelige metoden deres kan sammenlignes med at astrofysikere kan se dypere inn i galakser med et enda bedre teleskop.
– Det gamle slektstreet til bakteriene er ikke feil, men med den nye metodikken v?r kan vi forst? mer hvorfor bakteriene har spredt seg verden over, forteller Jukka Corander.
Den felles stamfaren til ST131 er sannsynligvis fra femtitallet eller sekstitallet, s? evolusjonen av denne farlige bakterien startet derfor f?rst for femti-seksti ?r siden. Likevel er det f?rst i de siste ti ?rene at denne bakterien har begynt ? dominere verden og for?rsake farlige blodforgiftninger og urinveisinfeksjoner.
Beregningene
For ? komme i m?l har forskerne utviklet nye algoritmer og statistiske metoder.
– Jeg f?ler meg som Columbus som har funnet et nytt kontinent. Vi har funnet et nytt kontinent i bakterienes verden og har brukt en naturlig populasjon til ? vise at promotorer har en viktig rolle i bakterieevolusjonen. Vi skal n? fortsette analysen med andre bakterier, slike som MRSA og andre sykehusbakterier, men vi vet fortsatt ikke om de ogs? har en egen evolusjon?r utvikling av promotorer, poengterer Corander.
Beregningene er gjort p? en av verdens raskeste datamaskiner. For ? l?se dette ene konkrete evolusjonssp?rsm?let brukte de 100 000 CPU-timer. En CPU-time er det én enkelt dataprosessor gj?r p? én time. Tungregnemaskiner kan kj?re flere tusen beregninger samtidig. Til andre analyser har de brukt s? mye som én million CPU-timer.
Algoritmene hans trenger dessuten enormt mye minne. 3 TB minne er ikke uvanlig. Det er vel tusen ganger mer enn p? en vanlig datamaskin.
Jukka Corander skal n? analysere hundre tusen gensekvenser av E. coli sammen med Sanger-instituttet i Cambridge, som har verdens st?rste genomsenter.
D?delig diaré.
Jukka Corander har ogs? studert evolusjonen til andre farlige E. coli-bakterier. En av dem kalles for ETEC-bakterien. Den inneholder toksinproduserende gener og for?rsaker store infeksjoner i tarmen. I et belte over Jorda finnes bakterien nesten overalt. I Afrika skal det mye til for ikke ? bli smittet av bakterien. 400 millioner mennesker f?r diaré av ETEC hvert ?r. Bakterien er s?rlig farlig for eldre og underern?rte barn. I utviklingsland tar ETEC-bakterien livet av 400 000 barn hvert ?r.
Det har v?rt en allmenn oppfatning at en hvilken som helst E. coli-bakterie kan omdannes til en ETEC-bakterie.
Corander kan n?, sammen med forskere fra Universitetet i G?teborg og Sanger-instituttet, sl? fast at dette er feil. Analysen viser at evolusjonen av ETEC har g?tt saktere enn antatt. Det er en positiv nyhet.
– Da vil det kanskje v?re mulig ? utvikle en vaksine mot ETEC-bakterier, forteller Jukka Corander.
Interessant med spredning av resistente bakterier mellom forskjellige vertsarter. N? er det vel ogs? slik at antibiotikaresistens kan spres mellom forskjellige arter bakterier via plasmider.
Kommentering p? dette dokumentet er skrudd av.