Vira der beskytter os

Denne underside udgør fjerde del af teorien for Biotech Academys materiale om Virologi.

Resumé: Normalt hører vi kun om de vira som kan skade os, men faktisk er de fleste vira harmløse for os. Nogle kan vi endda bruge til vores egen fordel. I denne artikel gennemgås to eksempler på brugen af vira til at forbedre levevilkårene for mennesker: vacciner og fagterapi.

Den første vaccination fandt sted i 1796 og var imod Variola virussen, der forårsagede sygdommen kopper. Mindre end 200 år efter kunne WHO erklære at kopper var udryddet. Vacciner har reddet mange mennesker fra at dø af virale infektioner, men her i det 21. århundrede er fremskridtet ved at vende. Vira som førhen har været sjældne i den vestlige verden, begynder at bryde ud igen.

Fagterapi er en behandlingsmetode imod bakterielle infektioner, der benytter bakteriofager. I de seneste år er antallet af antibiotikaresistente bakterier steget, hvorimod antallet af nye typer antibiotika er stagneret. Dette stiller os i en sårbar situation, da førhen harmløse bakterieinfektioner ikke længere kan behandles, hvis bakterien er blevet antibiotikaresistent. Her kan fagterapi være en alternativ behandlingsform.

Nu hvor basal virologi er gennemgået, er det på tide at lære om, hvad vi kan bruge vira til. Inden for forskning bruges vira bl.a. som vektorer til genmodificering, hvor man indsætter et gen i virussen i stedet for dens eget genom. Når virussen så inficerer en celle bliver genet sat ind i cellen. Vira er også blevet brugt inden for grundforskning. Det er f.eks. forsøg med fager, der viste at DNA (og ikke proteiner, som man før troede) er arvematerialet i celler.

I dette kapitel vil du blive præsenteret for to eksempler, hvor vira bliver brugt som medicin.

Vacciner

Når du første gang bliver inficeret med en virus, så har dit immunforsvar ikke noget decideret forsvar imod virussen. Immunforsvaret har aldrig mødt denne virus før, men siden det er noget fremmed, så vil immunforsvaret destruere det. I processen hvor denne fremmede virus bliver fjernet, så “lagrer” specifikke celler i immunforsvaret “viden” om denne virus. Når immunforsvaret har gemt “viden” om en specifik virus, så kan immunforsvaret hurtigere og mere effektivt reagere i tilfælde af en ny infektion af den samme virus. Immunforsvaret er super effektivt og beskytter dig hver dag mod mange fremmede organismer heriblandt virus, som kunne havde gjort dig syg.

Faktaboks 5: Diagnostigseringsmetoder

Metoder der bruges til at give en diagnose til en patient. Ofte benytter man ikke kun en metode, men flere forskellige metoder, hvor man så sammenfatter resultatet fra de forskellige metoder for at kunne give den korrekte diagnose. Disse metoder kan bl.a. være undersøgelse af patientens symptomer, mikroskopering af prøver fra patienten, ELISA test.

Når du bliver vaccineret imod vira får du faktisk sprøjtet vira ind i dig, dermed kan immunforsvaret lære at genkende disse vira. Vacciner udnytter det, at immunforsvaret genkender virus på overfladeproteiner (VOP), så den viden der bliver gemt om en virus vil også gøre immunforsvaret i stand til at reagere på andre virus, som har samme eller lignende VOP’er. Den virus som er i vaccinen er ofte en uskadeliggjort virus som minder om den virus som vaccinen er tiltænkt at beskytte imod. Fordi den uskadelige virus ligner den farlige, så vil immunforsvaret også kunne genkende den farlige virus i tilfælde af en inficering, og hurtigt kunne destruere denne.

Nogle skadelige vira har ikke en uskadelig slægtning, der minder nok om dem, således at immunforsvaret ikke opfatter dem som samme vira. I stedet vil man uskadeliggøre den farlige virus enten ved at mutere den, så den ikke længere kan skade en menneskevært, eller ved at kemisk inaktivere den. Noget helt nyt på markedet er DNA vacciner, hvor man bruger den skadelige virus’ DNA til at skabe det første immunrespons imod virussen.

I senere tid har der været stor debat omkring, hvorvidt vaccinationer fører til autisme, og her er der især fokus på vaccinen imod mæslinger. Denne kontrovers har ført til, at et stigende antal forældre frabeder sig, at deres børn bliver vaccineret. Hele kontroversen opstod i 1998, da en forsker udgav en artikel, hvori han påviste en sammenhæng imellem mæslingevaccinen og autisme hos børn. Artiklen er senere blevet trukket tilbage, da det viste sig, at der var tale om forskningssnyd. Siden hen er der blevet foretaget mange studier, som har vist at der ingen sammenhæng er. Artiklen blev blæst op i medierne og derfor florerer påstanden stadig den dag i dag. Langt de fleste vacciner er harmløse og de har været med til at revolutionere sygdomsbehandling, så vi i dag ikke skal frygte en lang række sygdomme længere. Hvis færre og færre bliver vaccineret kan vi risikere at miste vores flokimmunitet.

Flokimmunitet er en tilstand, hvor 95% af en population eller mere er vaccineret imod en specifik virus (eller bakterie). Idet så mange er vaccineret, så vil en epidemi ikke kunne opstå og opretholdes, idet antallet af værter er for lavt (se figur 13).

Figur 13 – Til højre er vist et scenarie, hvor der ikke er flokimmunitet i en befolkning, mens der i scenariet til venstre er flokimmunitet. Flokimmunitet opnås når 95% af en befolkning eller mere er vaccineret imod en bestemt virus (eller anden patogen mikroorganisme) og derfor er immun over for denne virus. Når en befolkning har opnået flokimmunitet, så vil ikke vaccinerede personer i befolkningen opnå en hvis form for sikkerhed, idet virussen ikke kan spredes.

Det betyder altså, at når 95% eller derover er vaccineret, så vil det yde en sikkerhed overfor ikke-vaccinerede individer i en befolkning, som af forskellige grunde ikke er i stand til at modtage vaccinen. Der har været flere tilfælde i de senere år af små lokale epidemier af vira, som egentlig er dækket af børnevaccinationsprogrammer, men fordi mere end 5% af befolkningen ikke er vaccineret, har disse epidemier kunne opstå. Vi har også i Danmark set udbrud af bl.a. mæslinger inden for de sidste par år, hvilket også skyldes et faldende antal vacciner. Ifølge tal fra WHO var antallet af personer vaccineret imod mæslinger i Danmark nede på omkring 85% i slutningen af 00’erne. I 2011 havde vi det største udbrud af mæslinger med lidt over 80 smittede. Mæslinger er en smitsom sygdom, der kan give svære komplikationer og i værste fald resultere i død.

Fagterapi

Antibiotikaresistente bakterier er resistente overfor antibiotika, dvs. at de kan formere sig til trods for behandling med antibiotika. Nu til dags er forekomsten af antibiotikaresistente bakterier så markant, både i landbrug og blandt infektioner hos mennesker, at WHO har erklæret antibiotikaresistens en af de største trusler imod verdenssundheden.

I det tidligere Sovietunionen benytter man sig faktisk af fager til behandling af bakterielle infektioner. Denne behandlingsform kaldes for fagterapi, og den er næsten kun udbredt i det tidligere Sovietunionen. Forskere i vesten er nu, hvor vi ser en stigning i antallet af antibiotikaresistente bakterier, begyndt at undersøge om fagterapi kunne bruges i vesten.

Faktaboks 6: Fagtyping

Fagtyping er en metode til at artsbestemme bakterier på. I fagtyping udnytter man at fager er utroligt specifikke. Man plader den ukendte bakterie ud på agarplader i et tykt tæppe og drypper med opløsninger af kendte fager. På de plader hvor der opstår plaques, som er huller i tæppet af bakterier, har den pågældende fag kunne inficere bakterien. Ud fra de steder, hvor der er opstået plaques, kan man artsbestemme bakterien.

Så hvordan foregår fagterapi helt præcist? Det første trin indenfor fagterapi er at identificere hvilken bakterie som patienten er blevet inficeret med. Der findes mange forskellige metoder til at identificere en bakterie. I en af metoderne kan man faktisk benytte fager (faktaboks 7), men som regel starter man med at kigge i et mikroskop. Baseret på de symptomer som patienten udviser, så vil lægen som regel allerede have en mistanke om hvilken bakterie, som patienten er inficeret med. På en agarplade vil de fleste bakterier se forholdsvis ens ud – små hvide klatter, men i et mikroskop kan man se forskel på dem. Som regel er det ikke nok kun at kigge i et mikroskop, så ofte bliver bakterierne sendt til sekventering (faktaboks 7).

Faktaboks 7: Genomsekventering

Når man sekventerer et genom, så bestemmer man den præcise rækkefølge af nuckleotider A, C, T og G i genomet.

Når det er blevet fastslået hvilken bakterie, som patienten er inficeret med, så skal den fag som inficerer lige netop denne bakterie findes. På de hospitaler eller klinikker hvor man udfører fagterapi, vil stedet ofte have en samling af fager som de benytter sig af til terapi – dette kaldes en bakteriofagbank.

Når fagerne er blevet udvalgt så skal de administreres til patienten, dette kan være et af de svære trin. Fager, i modsætning til humane vira, kan ikke krydse kroppens barriere særlig nemt, da de ikke har udviklet evnen til trænge ind i humane celler. Du kan se en oversigt over administrationsveje for fagterapi på (figur 14).

Denne type af fagterapi kaldes for den personlige fagterapi, den er rimelig omstændelig og tager forholdsvis lang tid. Af den grund bruges den sjældent. Når du går til lægen, fordi du er blevet inficeret af en bakterie, så skal du jo ikke vente særlig længe, førend du får udleveret antibiotika, en mere hurtigtvirkende behandlingsform.

Den anden tilgang mht. fagterapi kaldes for vestlig fagterapi. I denne tilgang har man udviklet nogle færdige fagpræparater, såkaldte fagcocktails, som man kan få udleveret med det samme. Det er ofte de samme slags bakterier som inficerer et bestemt område af kroppen, fx når du har maveonde, så det er ofte de samme slags bakterier som står bag. I tilfælde af maveonde så vil den tilsvarende fagcocktail indeholde fager som alle inficerer bakterier, der normalt forårsager maveonde.

Fordele og ulemper ved fagterapi

Der er flere egenskaber ved fagterapi som er fordelagtige i forhold til brugen af antibiotika.

Man kan benytte sig af relativt lave doser, idet fagerne, når de inficerer deres værtsbakterier producerer flere fager. Teoretisk set burde en enkelt fag være nok.
Fager er ligesom andre vira meget specifikke, det er derfor muligt at designe fagterapi således, at der udøves mindst mulig skade på de gavnlige bakterier som lever i vores tarme. Antibiotika virker hæmmende eller dræbende på langt de fleste bakterier (bortset fra de resistente), så når vi tager antibiotika påvirker vi også vores mikrobiom.

Der er dog også ulemper ved fagterapi, som muligvis kan hindre at fagterapi kan implementeres i vesten.

Fager findes alle steder i naturen og er nemme at finde, men at finde den helt rigtige fag kan være problematisk. Der er et par kriterier som en fag skal leve op til, før den kan bruges til fagterapi. Den skal være obligat lytisk, da der ellers er chance for, at fagen går ind i den lysogene livscyklus efter infektion. Fagen skal heller ikke bære nogle toksiske gener med sig, da det kan skade patienten. Derudover skal fagen have høj virulens, den skal altså have et højt ”killing potentiale”. Dette sikrer at der ikke er bakterier som kan overleve et fagangreb og fortsat skade patienten.
Der er en hvis modstand blandt medicinalvirksomheder i vesten imod fagterapi, hvilket til dels skyldes, at fagterapi ikke er kendt i vesten og firmaerne derfor ikke ved hvordan de skal gribe det an. Fager er desuden ”levende” organismer og er derfor svære at patentere, hvilket gør det svært for medicinalvirksomheder at sikre en indtjening på fagterapi. Den anden grund er, at der er en hvis mistænksomhed rettet imod forskning som kommer fra Sovietunionen og det er med god grund, idet mange af de forsøg som er lavet omkring fagterapi i Sovietunionen ikke lever op til vestlige standarder.

Forskere i vesten er nu så småt ved selv at teste fagterapi, for at undersøge hvor virkningsfuldt det er og om det muligvis kan implementeres i vesten.

Vil du vide mere?

Vira som vektorer (ikke dem fra matematikken)

http://videnskab.dk/krop-sundhed/forklaedt-virus-skal-vaere-medicinkurer

Blenderforsøget: Hvordan man påviste DNA som arvematerialet

https://www.khanacademy.org/science/biology/dna-as-the-genetic-material/dna-discovery-and-structure/a/classic-experiments-dna-as-the-genetic-material

Vacciner og immunforsvaret

De vaccinerede piger – dokumentar TV2

https://www.biotechacademy.dk/undervisningsprojekter/gymnasiale-projekter/ibk

http://laegemiddelstyrelsen.dk/da/nyheder/2016/saadan-virker-hpv-vaccinen/

http://www.who.int/biologicals/areas/vaccines/dna/en/

http://www.who.int/features/qa/84/en/

http://www.who.int/csr/disease/smallpox/en/

Fagterapi

https://www.biotechacademy.dk/undervisningsprojekter/grundskoleprojekter/bakterier-vira-og-antibiotikaresistens

http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/44785/title/Viral-Soldiers/

Eliava Institute, Facebook

Figur 14 – Idet bakteriofager ikke kan passere kroppens barriere lige så godt som humane virus, så bliver man nødt til at administrere dem ligesom medicin. Hvis der er tale om infektioner i indre organer eller i halsen, så kan bakteriofagerne enten sluges som en pille eller inhaleres. Hvis der er gået infektion i et overfladisk så kan de enten smøres på eller sprayes på. Den sidste metode til at administrere bakteriofagerne på er ved at sprøjte dem direkte ind i blodbanen.

Figur 15 – Tidslinje over markedsføring af antibiotika (højre side) og første observation af resistent bakterie (venstre side).

Ideer til SRP

HPV vaccinen og de syge piger (bioteknologi og dansk)

– Hvad er HPV?

– Hvordan virker HPV vaccinen og vacciner generelt?

– Analyse af dokumentaren ” de vaccinerede piger”

Fagterapi – en mulig løsning på antibiotikaresistens (bioteknologi)

– Hvordan fungerer fagterapi?

– Hvad er fordele og ulemper?

– Hvad er problemet ved resistente bakterier og hvordan er det opstået?