Hvis ikke verden handler, vil multiresistente infektioner inden 2050 dræbe 10 millioner mennesker ekstra om året på verdensplan – flere end der i øjeblikket dør af kræft. Der er dog i mange år ikke sket store gennembrud inden for udvikling af antibiotika. Nu har forskere fundet ud af, at nogle af kroppens egne små molekyler kan gøres ekstra potente, så de dræber patogene bakterier, mens de skåner kroppens egne. Hvorfor forstår forskerne ikke, men bakterier bliver tilsyneladende heller ikke resistente.
Egentlig havde man afskrevet de såkaldte defensiner som ubrugelige i kampen mod bakterier. De var enormt dyre at fremstille, har begrænset effektivitet mod infektioner og går for en stor dels vedkommende nemt i stykker. Lige indtil en gruppe forskere for lidt over 10 år siden fandt ud af, at human β-defensin 1 (hBD-1) ændrer funktion og bliver ekstremt aktiv mod adskillige bakterier, når det bliver testet i det reducerede miljø i tarmen. Et nyt studie viser et overraskende potentiale.
”Tidligere studier har vist, at de små peptider, der opstår, når hBD-1 splittes op, er effektive mod bakterier, men også meget ustabile. Vi forsøgte at stabilisere dem, og pludselig stod vi med et stabilt stof, som ikke bare dræber de patogene bakterier, vi finder i tarmen, det skåner også tarmens naturlige bakterieflora. Vi går derfor nu videre med at udvikle og teste en egentlig behandling af bakterier både inde i kroppen men også på huden,” forklarer én af forskerne, Benjamin Anderschou Holbech Jensen fra Novo Nordisk Foundation Center for Basic Metabolic Research på Københavns Universitet.
Stærkt undervurderet
Spredning af antibiotikaresistente bakterier er en voksende folkesundhedsrisiko, og især seks typer af bakterier – samlet kaldet ESKAPE (Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa og Enterobacter) – tegner sig for størstedelen af de mere end 700.000 årlige dødsfald forsaget af multiresistente hospitalsinfektioner verden over – et tal man vurderer vil 15-dobles over de næste 30 år, hvis ikke nye antibiotika kommer til.
”Der er stort set ikke udviklet nye antibiotika de sidste 30 år, og de antibiotika, der allerede eksisterer, har begrænset virkning og markante konsekvenser for den naturlige tarmflora hos mennesker. Derfor er de antimikrobielle peptider, der naturligt findes i alle multicellulære organismer, et interessant alternativ med potentiale til blive en ny generation af antibiotika mod multiresistente bakterier,” fortæller Benjamin Anderschou Holbech Jensen.
Mens de fleste af de eksisterende antibiotika stammer fra bakterier, svampe, planter og dyr, er forskere i de senere år begyndt at lede i menneskekroppen efter nye våben, herunder blandt de såkaldte defensiner, der er små peptid-molekyler, der beskytter mod forskellige mikrober bl.a. på slimhinders overflader. En af dem, hBD-1, så forskere egentlig ikke ret meget potentiale i, indtil den blev afprøvet i tarmsystemets mere reducerede miljø.
”For 10 år siden fandt vores samarbejdspartnere så ud af, at hBD-1 ændrer funktion og bliver aktiv mod bakterier, når det kommer ned i tarmen. Desværre førte denne aktivering til en brydning af proteinstrukturen og som følge heraf enzymatisk nedbrydning, hvilket man hidtil troede inaktiverede det ellers potente molekyle,” siger Benjamin Anderschou Holbech Jensen.
Stabilitet sikret af fedtsyre
Siden fandt samme gruppe af forskere, med dansk deltagelse, dog frem til, at både hBD1 og de beslægtede defensiner, HD-5 og HNP-4, enten bevarede eller øgede deres antimikrobielle repertoire, når de lineæriserede peptider blev nedbrudt. Nu er defensin-fragmenter én af de mest lovende kandidater til at redde mennesker verden over fra den voksende trussel, resistente bakterier udgør.
”Når HBD-1 klippes i stykker, får det en stærk antimikrobiel aktivitet, men desværre også en lav stabilitet. Derfor har vi nu forsøgt os med at stabilisere fragmenter, dels med fedtsyren palmitinsyre, dels med nogle forskellige afstandsstykker, såkaldte spacere, som består af enten sukkermolekyler eller aminosyrer,” forklarer Benjamin Anderschou Holbech Jensen.
På den måde lykkedes det forskerne at fremstille en helt række af lipopeptider (såkaldte PAMs) med både øget stabilitet og varierende bakteriedræbende aktivitet. Stabiliteten blev sikret af fedtsyren, som er en velkendt bioteknologisk fremgangmåde til at stabiliserede lineære peptider.
”Men det påvirker desværre i visse tilfælde også effektiviteten, som det bl.a. ses for hBD-1. Omvendt er de forskellige spacere med til at styre aktiviteten,” uddyber Benjamin Anderschou Holbech Jensen.
25 omgange uden resistens
Efter produktion blev de mest lovende peptider testet mod en hel række multiresistente patogener og biofilm. En af dem – kandidaten PAM-3 – viste sig særdeles effektiv. Udover en øget stabilitet, viste det sig mere effektivt mod de hårdnakkede bakterier end både det ikke-modificerede peptid og de sidste-udvejs-antibiotika man kender i dag.
”Vi ved ikke endnu, hvorfor det modificerede peptid er mere aktivt mod bakterierne end det oprindelige, men vi antager, at de små spacere har betydning for foldning og dermed aktivitet. PAM-3 var ovenikøbet i stand til at udrydde etablerede S. aureus- og P. aeruginosa-biofilm, som ellers normalt er utrolige modstandsdygtige overfor antibiotika,” siger Benjamin Anderschou Holbech Jensen.
Derudover så forskerne ingen udvikling af resistens hos bakterierne, selv ikke efter at have dyrket dem hele 25 gange med subhæmmende koncentrationer af enten PAM-3 eller traditionel antibiotika. Modsat udviklede samme bakterier behandlet med traditionel sidste-udvejs-antibiotika resistens efter kun 5 dyrkninger.
”En af grundene til den manglende resistensudvikling kan være, at den bakteriedræbende effekt skyldes flere forskellige samtidige effekter - dels ved at de små peptider ødelægger bakteriernes membraner ved at skabe små porer i dem, dels ved at forstyrre andre mekanismer og fysiologiske funktioner i bakterierne,” forklarer Benjamin Anderschou Holbech Jensen.
Spring fra laboratorium til mennesker
PAM-3 rammer flere forskellige mekanismer på én gang, hvilket gør det utrolig svært for bakterierne at overleve. Forskerne var derfor også dybt forundrede over, at stofferne ikke påvirker bakterierne i vores egen tarmflora.
”Hvorfor forstår vi simpelthen ikke endnu, men det betyder, at PAM-3 udrydder de dårlige bakterier men lader de gode blive, hvilket ellers er en af problemerne med traditionelle antibiotika, da en ødelæggelse af kroppens egne venskabelige bakterier dels øger risikoen for udvikling af resistens og dels giver en masse efterfølgende sundhedsrisici såsom øget risiko for sekundære infektioner, nedsat evne til at fordøje næringsstoffer, diarre med videre,” siger Benjamin Anderschou Holbech Jensen.
Selvom de fleste af studiets eksperimenter foregik i laboratoriet, så testede forskere også effektiviteten af PAM-3 i to forskellige in vivo-modeller – altså modeller, der kommer så tæt på fysiologiske forhold som overhovedet muligt. Selvom resultaterne også her var overbevisende, er forskerne dog klar over, at det største arbejde muligvis ligger foran dem.
”Springet fra laboratoriet og test i dyr til mennesker er altid udfordrende, men vi er allerede langt i dialogen med en virksomhed, der ønsker at teste specifikke kandidater til ikke-farmaceutisk brug. Vi har nemlig en stærk formodning om at vores modificerede fragmenter kan være virksomt mod fx akne, der ofte skyldes en ubalance i hudens bakteriesammensætning,” fortæller Benjamin Anderschou Holbech Jensen.
Herudover søger forskerne samarbejdspartnere og investorer til at udvikle reelle målrettede antibiotika, der har enormt potentiale til at forbedre folkesundheden i de kommende år.
”Vi har indikationer på, at vores nu grundigt oparbejdede panel af både naturligt forekommende og modificerede fragmenter har både anti-bakterielt og anti-viralt potentiale. Der ligger derfor en meget stramt styret plan for, hvilke dele der kan udvikles non-farmaceutisk, hvor en partner er tæt på at være på plads, og hvilke der bør udvikles i rent farmaceutisk regi f.eks. til atopisk dermatitis, som ligeledes er kendetegnet ved en markant ubalance i den kutane bakteriesammensætning,” siger Benjamin Anderschou Holbech Jensen.
Vejen til smør på brødet
Atopisk dermatitis er også kendt som astmaeksem eller børneeksem og udover svær kløe, tør hud og blærer kan det også øge risikoen for udvikling af både astma og høfeber; lidelser som forskerne også håber de antimikrobielle peptider vil virke imod.
”Det er klart, at vi en dag også håber at tage skridtet fra at behandle på kroppens udvendige overflader til de indvendige som fx lungerne og tarmen. Den enorme viden, vi har oparbejdet omkring både fuld længde-defensiner, deres fragmenter og ikke mindst vores modificerede fragmenter over de seneste år, tyder på, at vi vil kunne udvikle nogle lovende behandlinger, hvilket afprøves i en nyligt oprettet biotek-virksomhed, som jeg på nuværende tidspunkt er administrerende direktør og forskningsdirektør i,” fortæller Benjamin Anderschou Holbech Jensen.
Da der er stort potentiale, men fokus også er helt essentiel for succes, opretter forskerne nu et nyt firma, der, om alt går vel, samler kræfterne fra tre førende biotek-virksomheder inden for produktion og defensin-knowhow, som udelukkende skal fokusere på non-farmaceutiske indikationer.
”Vejen til markedet og dermed smør på brødet er en del kortere. Vi søger derefter investorer og udviklingspartnere til at forfølge farmaceutiske indikationer med nært beslægtede produkter. I første omgang får vi nu erfaringer fra testen til ikke-farmaceutisk brug. Når vi så kender virkning og evt. udfordringer med dosering, formulering og potentielle bivirkninger bedre, vil vejen til farmaceutisk anvendelse være en del kortere,” siger Benjamin Anderschou Holbech Jensen.
