Pseudomonas Aeruginosa

Ved at tage ud og finde Pseudomonas aeruginosa kan vi gøre en forskel. Forskerne på DTU bag ”Jagten på Pseudomonas aeruginosa” har tidligere set på og analyseret Pseudomonas aeruginosa-prøver. Prøverne stammede fra mucus, altså slim, fra patienter med cystisk fibrose. Rigshospitalet har indsamlet disse prøver igennem de sidste 40 år. Man har før vidst, at patienter med cystisk fibrose normalt får bakterieinfektioner igennem hele livet, men at de inden teenageårene kan slås ned med den nuværende behandling. Omkring 14-15 års alderen begynder der at opstå kroniske infektioner. I første omgang er de forårsaget af Pseudomonas aeruginosa men herefter skyldes de også andre bakteriestammer. Forskerne har dog fundet nogle overraskende resultater. Det har nemlig vist sig, at mange patienter, der bor i et samlet geografisk område i Århus og omegn eller i Storkøbenhavn, er smittet med den samme, specielle variant af Pseudomonas aeruginosa. Dette vil sige at de ikke bare er smittede, men de er smittede fra samme sted.


Hvad er en vildtype, og hvorfor er den vigtig?

Alle Pseudomonas aeruginosa bakterier, uanset hvor man finder den, ligner hinanden meget. Det er derfor, de alle hedder det samme. Går man i detaljer og studerer deres DNA, så kan man se, at der rent faktisk er forskel på dem. Det svarer til, at vi mennesker jo heller ikke er helt ens, selvom vi godt kan ligne hinanden – vi har ikke det samme genetiske ”fingeraftryk”.

Den specielle variant af Pseudomonas aeruginosa, som er fundet i mange af patienternes mucus prøver, har levet og tilpasset sig livet i et miljø med cystisk fibrose igennem årtier – i hvert fald 40 år. Når en bakterie lever i et specielt miljø gennem lang tid, sker der en tilpasning ved hjælp af evolution. Faktisk sker der over lang tid forandringer i bakteriens genetiske materiale. Forskerne har kortlagt alle de forandringer, der er sket i specielle varianter af Pseudomonas aeruginosa gennem de sidste 40 år. Dette har været muligt, fordi der har været gemt mucus prøver der indeholdt bakterier i fryseren på hospitalet, som de kunne analysere.  Hvordan så denne Pseudomonas aeruginosa stamme ud, inden den begyndte at leve i cystisk fibrose-patienter? Det ved forskerne ikke – kortlægningen af de genetiske ændringer, der er opstået, peger på, at denne Pseudomonas aeruginosa stamme er begyndt at leve i cf-patienter for længere tid siden end 40 år. Den er sandsynligvis begyndt at leve i patienterne flere år før, man begyndte at gemme prøver med bakterier i fryseren. Så forskerne mangler at analysere den originale stamme, der ”hoppede” fra miljøet og ind i cf-patienternes lunger for mere end 40 år siden. Ved at lede ude i naturen kan vi måske være heldige at finde en Pseudomonas aeruginosa stamme, der er en nær slægtning til den stamme, der i sin tid tog springet ind i lungerne. En sådan stamme – en slags ”fætter eller kusine” – vil fortælle forskerne, hvordan den specielle variant af Pseudomonas aeruginosa så ud, før den flyttede ind i lungerne. En specifik variant af stammen, som den vi gerne vil finde, kaldes en vildtype.


Hvor lever Pseudomonas aeruginosa og hvorfor?

Når I skal ud og finde Pseudomonas aeruginosa, er det vigtigt at have noget viden om, hvordan og hvor bakterien bedst kan klare sig. Kender vi de betingelser, som bakterien klarer sig bedst under, har vi mulighed for at bruge dette til at forudsige, hvor den befinder sig.

Ved nogle bakterier kan det være nemt at indsnævre de områder, hvor bakterien formodentligt lever i, men sådan forholder det sig ikke med Pseudomonas aeruginosa. Hvor mange bakterier er meget krævende i forhold til det miljø, de kan leve i, kan Pseudomonas aeruginosa eksempelvis leve både med og uden ilt. Faktisk skal bakterien bruge så få næringsstoffer, at man siger, at den kan gro i destilleret vand. Dette er ret specielt, da de fleste bakterier kræver et minimum af næringsstoffer og –salte, for at kunne opretholde et ”normalt” liv, på samme måde som vi mennesker har behov for mad og vitaminer.

Pseudomonas aeruginosa viser blandt andet disse egenskaber ved, at kunne leve i det vi ellers anser for sterile miljøer på hospitaler. Desuden er den god til at tilpasse sig mange forskellige fysiske påvirkninger. Den kan leve ved meget varierende temperaturer, den er også modstandsdygtig i forhold til at overleve høje koncentrationer af salt, som ellers ofte er meget ødelæggende for mange bakterier.

Normalt er Pseudomonas aeruginosa en jordbakterie som mange andre bakterier, men da den er god til at tilpasse sig mange forskellige miljøer, finder man den også mange andre steder. For eksempel findes den ofte i afløb fra brusere og håndvaske. Et af de særlige kendetegn ved bakterien er, at den trives særligt godt i et fugtigt miljø, hvilket formodentligt stammer fra dens evolutionære fortid som jordbakterie. Desuden gror bakterien bedst i et lunt miljø, ved omkring 37° C.


Bakteriens tilpasning til kroppen

Når en patient med cystisk fibrose bliver smittet med Pseudomonas aeruginosa, sker det af flere grunde. Cystisk fibrose-sygdommen bevirker, at det indre ”rensningssystem” i næse, hals og lunger ikke fungerer. Derfor bliver bakterierne ikke transporteret ud af kroppen, som de ellers skulle. Dette bevirker, at immunforsvaret går i gang med at forsøge at bekæmpe de indtrængende bakterier.

For Pseudomonas aeruginosa-bakterien er vores lunger et fantastisk sted at gro. Kropstemperaturen er den optimale temperatur for bakterien at gro i. Det er desuden dejlig fugtigt inde i lungen, og der er god mulighed for at samle næringsstoffer op fra andre celler. Pseudomonas aeruginosa skal dog stadig snige sig uden om kroppens immunforsvar, hvis den vil gro uden problemer. Dette sker blandt andet ved at danne et skjold af biofilm. For at biofilmen kan være effektiv kræver det, at der er mange bakterier sammen om at danne det.

For at overleve immunforsvaret bruger Pseudomonas aeruginosa sine egenskaber til hurtigt at tilpasse sig nye miljøer for at overleve. Når bakterien er kommet ind i kroppen, begynder den en udvikling, hvor den mister flere af de egenskaber, der gjorde den til en velfungerende jordbakterie. Herefter opbygger den en kappe af biofilm.

Immunforsvaret er opbygget til at kunne genkende specielle fremmede organismer, der kommer ind. Dette kan både være vira eller andre celler. For at forhindre immunforsvaret i at angribe kroppen selv, bliver det trænet i at kunne genkende fremmedlegemer. Dette sker ved, at dele af immunforsvaret undersøger, om en celle ligner en jordbakterie. Da Pseudomonas aeruginosa forandrer sig inde i kroppen, bliver det mere vanskeligt for vores indre forsvar at genkende og dræbe de indtrængende Pseudonomas aeruginosa-bakterier. Derfor har bakterierne tid til at kunne gro sig til store kolonier, hvor de kan blive yderligere beskyttet af et skjold af biofilm.

Når først bakterierne har etableret et beskyttende biofilm-lag, kan det være så godt som umuligt at dræbe bakterierne med medicin som antibiotika. Får cystisk fibrose-patienterne først en kronisk infektion med Pseudomonas aeruginosa, så er der en højere risiko for at dø tidligere end normalt. Derfor er et andet vigtigt aspekt af projektet, at undersøge de Pseudomonas aeruginosa vi kan finde i naturen for at kunne udvikle medicin, der gør det muligt for immunforsvaret at genkende Pseudomonas aeruginosa på en anden måde end ved, at den er en jordbakterie.

 

Antibiotika og antibiotika resistens

Et antibiotikum (i flertal antibiotika) er en kemisk forbindelse, der virker på nogle mikroorganismer. Enten dræber stoffet mikroorganismerne, og ellers hæmmer det deres vækst. Da der er store forskelle på bakterier (prokaryote celler) og dyre/planteceller (eukaryote celler), kan dette bruges til at sikre, at kun bakterier bliver ramt. Derfor kan antibiotika dræbe bakterier inde i vores krop, uden at vores egne celler bliver skadede.

Antibiotika virker for eksempel ved at trænge ind i bakterier og ødelægge deres cellevægge eller forhindre dem i at skabe lipider, så de ikke kan lave en cellemembran. De kan også ødelægge bakteriernes proteinsyntese eller forhindre dem i at kopiere deres DNA. Fælles for det meste antibiotika er, at det skal ind i bakterierne for at dræbe dem eller hæmme deres vækst.

Derfor kan der også udvikles forskellige former for resistens. Dette kan for eksempel gøres ved at pumpe antibiotikum ud af cellen, ved at ændre dets struktur eller ved at nedbryde det. Bakterier, der danner en biofilm, bliver også resistente over for antibiotika, da det ikke kan trænge igennem biofilmlaget for at komme ind til bakterierne. Man benytter sig meget af antibiotika-resistens til at selektere for succesfuld gensplejsning.