Historien om mirakelmedicin fra en lille sort svamp

Nutidens store forbrug af antibiotika har bevirket, at antallet af antibiotikaresistente bakterier er steget kraftigt de seneste år. Problemer med multiresistente bakterier vokser, og dette kan i høj grad begrænse mulighederne for i fremtiden at bekæmpe bakterielle infektioner. Flere læger og forskere er bange for, at vi er ved at træde ind i en såkaldt post-antibiotika æra, hvilket betyder, at antibiotika ikke længere har nogen effekt, fordi alle bakterier er blevet resistente. I dag forskes der derfor i måder, hvorpå man kan bekæmpe bakterier, der enten allerede er blevet resistente over for antibiotika på markedet eller kan risikere at blive resistente. Det kræver dog både tid og penge at få et nyt antibiotikum på markedet, og et potentielt antibiotisk stof vil ikke altid kunne opfylde de strenge krav, som medicinalindustrien stiller.

Figur 1. Pseudoplectania Nigrella

Der var ingen forskere på udkig efter Plectasin, da det i midten af 2002 blev fundet ved en tilfældighed. Kirk Matthew Schnorr var forskeren, der fandt Plectasin. Han var oprindeligt på udkig efter enzymer i P. Nigrella, hvortil han benyttede bioinformatik til at sammenligne forskellige gensekvenser, som kodede for enzymer og andre proteiner. De benyttede metoder kunne identificere enzymer og andre proteiner, der havde en signalsekvens. Disse signalsekvenser medfører, at det færdige protein vil blive transporteret ud af cellen. Når proteiner bliver transporteret ud af P. Nigrella skyldes dette, at nogle proteiner virker uden for cellen, idet de bruges til at bekæmpe andre mikroorganismer. Da antimikrobielle peptider (AMP’er) udøver deres effekt uden for cellen, har de derfor en signalsekvens. AMP’er som Plectasin transporteres ud af P. Nigrella, idet de er i stand til at dræbe konkurrerende mikroorganismer, hvilket er en fordel for svampen. Gennem brugen af bioinformatik fandt Kirk Matthew Schnorr en DNA-sekvens, der kodede for et lille protein af typen defensin. Defensiner er forsvarsstoffer, der er velkendt fra mennesker, dyr og højerestående planter. DNA-sekvensen blev videregivet til et Novozymes-team med forsker Hans-Henrik Kristensen i spidsen. Forskerne i dette team, der dagligt havde fokus på arbejdet med antimikrobielle peptider, kunne allerede efter få forsøg se, hvor lovende det lille peptid var.

Novozymes opdagede tidligt, at Plectasin havde en meget interessant og unik virkningsmekanisme, idet det ikke opførte sig på samme måde som andre antibiotika eller AMP’er. De fleste AMP’ers primære virkningsmekanisme ligger i deres evne til at binde sig til bakterielle cellemembraner og lave huller i dem, og da cellen ikke kan overleve længe uden en intakt cellemembran, vil celledød forekomme næsten øjeblikkeligt. Plectasin demonstrerer dog ikke denne effekt. Peptidet angriber i stedet bakteriens cellevæg. På denne måde vil det ikke have nogen toksisk effekt på mennesker, hvilket skyldes, at de eukaryote celler, som mennesker består af, ikke har nogen cellevæg. Herved vil Plectasin kun angribe bakterieceller, hvorved det opfylder et af de vigtige kriterier, der stilles til lægemidler. Den præcise måde, hvorpå Plectasin virker, kan beskrives ved kort at gennemgå bakteriens opbygning. Alle bakterier består af en cellemembran samt en stiv cellevæg uden på membranen, der beskytter cellen mod fremmede stoffer. Inde i cellen er der DNA, der koder for al den information, der er nødvendig for at opretholde liv. Derved koder DNA også for byggestenene til den beskyttende cellevæg. Da DNA’et findes inde i cellen, vil byggestenene, der udgør cellevæggen, også dannes inde i cellen. Disse skal dog transporteres hen til cellemembranen og gennem denne for at nå ud til det sted, hvor de skal bruges; nemlig uden for cellen. Transporten af cellevæggens byggestene ud af cellen udføres af molekylet lipid II. Det er her, at Plectasin kommer ind i billedet. Plectasin har nemlig vist sig at binde til og isolere lipid II, hvorved transporten af byggestenene ud gennem cellemembranen forhindres. Dette forhindrer biosyntesen af cellevæggen, og uden en cellevæg vil bakterien dø. Det er ikke klarlagt, om binding til lipid II er den eneste måde, hvorpå Plectasin udøver sin effekt på bakterieceller. Mange andre AMP’er har i flere forsøg demonstreret, at de har flere virkningsmekanismer. Dette er en af grundende til interessen for dem, da det er sværere for bakterier at blive resistente over for multifunktionelle antibiotika.

 

Forsøg efter forsøg med Plectasin, og varianter af dette, demonstrerede, hvor effektivt det egentlig var. Det viste stor aktivitet over for patogene (sygdomsfremkaldende) bakterier i slægterne Streptococcus og Staphylococcus. Alle bakterier i disse slægter er Gram-positive bakterier. Gram-positive bakterier er en af de to typer af bakterier (Gram-positive og Gram-negative), der findes. Plectasin er derved effektivt over for Gram-positive bakterier som Streptococcus pneumoniae, men dog ikke over for Gram-negative bakterier. Ingen af de testede Gram-positive bakterier var resistente over for Plectasin, som desuden viste sig at have en unik virkningsmekanisme, der ikke var blevet set før hos andre antibiotika. Plectasin er bakteriocidalt (bakteriedræbende) og viser sig, i modsætning til nogle andre AMP’er, at være salttolerant. Dette betyder blandt andet, at det forbliver stabilt, når det kommer i kontakt med blod. I forsøg med mus tydede det på, at Plectasin kunne komme godt rundt i kroppen, og peptidet havde en halveringstid på ca. en halv time, hvorved det i mennesker formodentligt vil have haft en halveringstid på 4-8 timer.

Figur 2. Bakterier inddeles i to grupper: Gram positive (venstre) og gram negative (højre). De gram positive bakterier har en enkelt membran, hvorpå et tykt lag af peptidoglykan befinder sig. Gram negative bakterier har i stedet to cellemembraner, hvor der på den yderste sidder et lag af lipopolysakkarider (LPS). 

 

Plectasin ville på denne måde befinde sig i kroppen længe nok til at udøve sin effekt. En sidste vigtig ting, der bør nævnes er, at kun en lille koncentration af Plectasin er nok til at virke bakteriedræbende, mens en koncentration, der er omkring 1000 gange så høj, kræves for at dræbe menneskers røde blodlegemer. Herved er der stor forskel på den effektive dosis og den toksiske dosis, hvilket er en vigtig faktor i lægemiddeludvikling. Plectasin fik stor opmærksomhed efter opdagelsen, og i 2008 solgte Novozymes rettighederne til udvikling, registrering og markedsføring af peptidet til et stort medicinalfirma. Det videre forløb bestod i at udføre kliniske studier med peptidet, dvs. studier af dets effekt i mennesker. De mange fordele, som Plectasin viste sig at have, gør det svært at forstå, at medicinalfirmaet i 2010 endte med at droppe projektet. Hvad gik der galt?

Lægemiddeludviklingsprocessen er en lang og sej proces, og det tager i gennemsnit 14 år og koster 3 milliarder kroner at få et lægemiddel på markedet. Plectasin kom med succes igennem den første række af prekliniske studier, men nåede aldrig ind i de meget dyre og omfattende kliniske studier. Som tidligere nævnt virker Plectasin kun på Gram-positive bakterier, og da der er større behov for antibiotika, der bekæmper Gram-negative bakterier, var dette en afgørende faktor i beslutningen om, hvorvidt der skulle lægges millioner af kroner i kliniske studier med Plectasin. Plectasin er desuden ret dyrt sammenlignet med andre antibiotika og minder tilsyneladende for meget om antibiotikummet vancomycin, der allerede er på markedet. Plectasin ville ikke kunne indtages i form af tabletter, idet tarmen dårligt optager hele proteiner og peptider, da enzymer, kaldet proteaser, vil nedbryde disse til aminosyrer, så de nemmere kan optages. Proteasens effekt er således uheldig i denne henseende, men man bør huske på, at proteaser er livsvigtige for vores fordøjelse og optag af næring.

Som det fremgår af ovenstående skulle Plectasin have været langt bedre for at være blevet taget i betragtning. Hele 8 år efter den tilfældige opdagelse af det lille lovende peptid, blev det droppet, hvilket illustrerer, hvor strenge krav medicinalindustrien stiller. Selvom resistens er et stigende problem, skal der meget til for, at et firma vil lægge penge i et antibiotikaudviklingsprojekt. Ingen ved og vil heller ikke komme til at finde ud af, hvor langt Plectasin ville være nået i udviklingsprocessen, hvis medicinalfirmaet i 2010 ikke havde droppet det.

Plectasin var et godt bud på et nyt antibiotikum med en unik virkningsmekanisme, men der er stadig lang vej endnu. Jagten efter fremtidens antibiotika er stadig i fuld gang.