Daily Archives: October 29, 2013

krigen mot organiserte bakterier

 

Etter en lang dag på jobben og en kinoforestilling med tilhørende smågodt, er det vel ikke annet å vente: Fortenna har fått et loddent lag av plysj.

Følelsen er kjent for de fleste. Men vet du hva tannpelsen egentlig er lagd av?

Bakterier. Veldig, veldig mange bakterier. 

I utgangspunktet er det snakk om helt vanlige typer som til en hver tid finnes i munnen. Men luringene på fortenna dine har gjort noe spesielt. I stedet for å vime rundt for seg selv i munnhulen, har de organisert seg.

Plysjen på tenna er i virkeligheten et samfunn av millioner av bakterier. De deler oppgaver, hjelper hverandre og blir mye sterkere enn summen av alle bakteriene til sammen. Det du egentlig kjenner med tungespissen, er en biofilm.

Biofilm finnes over alt

En biofilm er en samling bakterier eller andre mikroorganismer som har festet seg til hverandre og ofte til et underlag. Ofte kan du merke biofilmen som en glatt film på en overflate.

Fenomenet har ikke vært kjent i mer enn 20-30 år. Anne Aamdal Scheie ved Odontologisk institutt ved Universitetet i Oslo har fulgt forskningsfeltet siden starten. Nå leder hun sin egen biofilmgruppe ved universitetet.

- Det var tannleger som først jobbet med biofilmer, i forbindelse med tannbelegg eller plakk på tennene. Men man skjønte lite av samspillet mellom bakteriene, forteller hun.

 

Så oppstod begrepet biofilm, og en ny anerkjennelse av hvor viktig fenomenet er. Biofilm finnes nærmest over alt: I munnen, i tarmen, i maskiner og rør, og som belegg i dusjen og på steiner i skogen. Kort sagt: Alle steder der det finnes bakterier, fuktighet og litt næring.

- I dag vet vi at biofilm er bakterienes naturlige levemåte, sier doktorgradsstipendiat Ingun Lund Witsø, og viser fram et eksempel fra laboratoriet – et lite glassrør med næringsløsning som har fått en slags blank snerk festet til innerveggen.

Det nettopp i denne formen vi helst bør studere bakterier, mener forskerne.

Inntil nylig har mye av forskningen på bakterier foregått på frittlevende eksemplarer. Det betyr at vårt bilde av bakterienes egenskaper ikke nødvendigvis stemmer med virkeligheten. En biofilm er nemlig mye mer enn summen av alle bakteriene i den.

Superbakterier

Når bakteriene slår seg sammen i en biofilm, forandrer de seg. De sender beskjeder til hverandre og endre seg i takt. Hver av bakteriene begynner å uttrykke andre gener, og dermed får de andre egenskaper.

Bakteriene i en biofilm blir flinkere til å feste seg til overflater. De organiserer seg i flere lag, gjerne med kanaler innimellom. De vokser saktere og blir dermed mindre sårbare.

Alt dette gjør at bakteriene i filmen er mye mer motstandsdyktige, både mot antibiotika, desinfeksjonsmidler og vårt immunsystem, sammenlignet med frittlevende artsfeller. 

Selv om midlene kan knekke de ytterste delene av biofilmen, overlever alltid noen av bakteriene i lagene under, forteller Ali-Oddin Naemi fra Biofilmgruppa.

Det kan bety at bakteriene vokser – for eksempel i en maskin for matproduksjon – selv etter at den er desinfisert. Ofte er eneste løsning å skrape bakteriene bort, eller å skifte deler i maskineriet.

Infeksjoner

Det er viktig å huske at mange bakterier er nyttige for oss. Både fordøyelsen vår og immunforsvaret er avhengig av bakteriene som lever i og på kroppene våre. Men når det gror fram biofilm av feil bakterier eller på feil sted, kan det bli farlig.

- Biofilm er involvert i nesten 80 prosent av infeksjonene hos mennesker, forteller Ingun Lund Witsø i Biofimgruppa.

Dette gjelder for eksempel hull i tennene, tannkjøttsykdommen periodontitt, lungebetennelse, mellomørebetennelse og urinveisinfeksjoner, for å nevne noen få. Dessuten er biofilm koblet til problemer med proteser og implantater som leddproteser, katetre, stenter og pacemakere.

Dette trenger ikke dreie seg om bakterier som i utgangspunktet er farlige.

 

Masterstudent Gro Herredsvela Rørvik jobber med bakterien Staphylococcus epidermidis. Den lever normalt på huden vår og er en del av en sunn bakterieflora.

- Men de kan skape problemer når de danner biofilm på implantater, sier hun.

Og det er slett ikke bare i kroppen at biofilm lager trøbbel.

Oljetrøbbel

- Det er et betydelig problem i industrien. Bakterier danner belegg i maskiner, oljerør og vannrør, på båter, skip og merder for oppdrettsfisk, sier Lund Witsø.

Dette blir dyrt for bedriftene. Skip sakkes slik at det trengs mer brensel, og utallige arbeidstimer går med på å skrape vekk belegg fra skrog og merder.

I verste fall får biofimen alt til å gå i stå. Det var dette som skjedde på oljefeltet Valhall i Nordsjøen, våren 2009

I løpet av kort tid ble det lekkasje på tre rør, og hele feltet måtte stenges i flere uker mens ekspertene fikk oversikt over hva som hadde skjedd.

Det viste seg å være bakterier i biofilm som stod bak.

Bakteriene hadde etablert seg på innsida av oljeledningene, hvor de til slutt hadde klarte å ete seg igjennom stålet. Rørene så ut som om de var perforert av pistolkuler, forteller Aamdal Scheie.

- Slik såkalt biokorrosjon kan være et enormt problem for industrien, sier hun.

Stoffer som hindrer biofilm

Det er kanskje ikke så rart at det er en viss interesse for å forske på biofilmer. Og Biofilmgruppa i Oslo har nok å henge fingrene i: Hva får bakteriene til å slå seg sammen? Hvordan kommuniserer de? Hva skjer med dem når de danner en biofilm? Og ikke minst – hvordan kan vi hindre bakteriene i å organisere seg?

Det finnes stoffer som påvirker mikroorganismenes evne til å danne samfunn, forteller Lund Witsø. Og nå har forskerne ved UiO lagd sitt eget.

- Det var først noen forskere fra Australia som oppdaget at en spesiell type rødalge ikke fikk noe bakteriebelegg på seg.  Det viste seg at algen produserer ei gruppe stoffer som kalles furanoner, som hindrer at det danner seg biofilm, forteller Aamdal Scheie.

Hun tok for noen år siden kontakt med forskerne på kjemisk institutt, for å høre om de kunne greie å lage furanoner på laboratoriet. Det kunne de.

Biofilmgruppa startet et et aktivt samarbeid med professor Tore Benneche, som satte i gang med syntese av furanoner. Og ikke nok med det.

Etter litt eksperimentering – et svovelatom ut der og et oksygenatom inn her – har de norske forskerne lagd en ny gruppe stoffer – tiofenoner.

- Noen av dem er faktisk mer effektive og mindre giftige enn furanonene, sier Aamdal Scheie.

Nå håper hun og gruppa at stoffene kan bli et nytt virkemiddel i kampen mot bakterier på feil sted.

I maskiner og medisiner

- Benneche jobber med å binde stoffene til materialer som plast, glass og maling, og vi undersøker i hvilken grad bakteriene hindres i å lage biofilm på disse overflatene, forteller Naemi.

Planen er å skape ulike overflater som kan hindre slike bakteriesamfunn, for eksempel i rør, maskiner eller implantater.

 

- Vi ser at det blir mindre vekst av biofilm. Men foreløpig vet vi ikke hvor langsiktig effekten er. Det ser ut til at tiofenonene forblir kjemisk bundet i metall, mens de etter hvert lekke ut av plast og maling. Da brytes stoffet ned.

Det er for så vidt bra, forteller forskerne. Da unngår man eventuelle problemer ved at tiofenoner kan akkumuleres i miljøet, slik en del miljøgifter har gjort.

Biofilmgruppa jobber også med tiofenoner som kanskje kan brukes i medisiner. En dag kan slike stoffer bli et viktig tillegg til dagens antibiotika. Men det er slett ikke noe nytt bakteriedrepende middel forskerne har i tankene.

Sammen med antibiotika

- Tiofenoner dreper ikke bakterier. De hindrer bare at bakteriene snakker sammen og danner biofilm, sier Lund Witsø.

Dette betyr også at disse stoffene ikke er med på å utvikle resistente bakterier, slik antibiotika ofte gjør. De skaper ikke noe evolusjonært press som fører til at bare de mest motstandsdyktige overlever, og danner nye kolonier av spesielt hardføre bakterier.

Tvert imot kan tiofenoner kanskje brukes sammen med antibiotika, for å gjøre behandlinga mer effektiv og å hindre slik utvikling av resistente bakterier.

- Når man benytter antibakterielle midler tenker man jo gjerne at alle bakteriene dør, men ofte er det ikke slik. Antibiotikumet klarer ikke å fjerne alle bakteriene i en biofilm. Noen overlever inni biofilmen, sier Aamdal Scheie.

I mange tilfeller klarer immunforsvaret selv å knekke resten. Men ikke alltid. Da blusser betennelsen opp igjen.

- Ofte er biofilm forklaringa på slike tilbakevendende infeksjoner, sier Aamdal Scheie.

Forskerne tenker seg at man kanskje kan få bedre resultater hvis pasienten ta antibiotikumet sammen med et middel som hindrer biofilm.

- Da vil du kanskje få færre overlevende bakterier, slik at antibiotikumet blir mer effektivt.

Men veien fram til ferdige medikamenter er lang. Den eneste som foreløpig får behandling i biofilmgruppas laboratorium, er rundormen C. elegans.

Kryp med betennelser

Naemi viser fram en gjeng millimeterlange, gjennomsiktige fibrer i en fuktig flekk på bunnen av en glasskål. I mikroskopet kommer fibrene til liv: De er små, buktende ormer med spisse ender. En av dem har fått et lite ormebarn som åler seg ved siden av.

 

Krypene får tilført bakterier som lager infeksjoner i de små ormemagene. Og siden hele ormen er transparent, kan forskerne faktisk se hvordan tilstanden utvikler seg.

Gruppa undersøker både positive og negative effekter av tiofenoner på de små ormene. Dersom det viser seg at stoffene helbreder infeksjonene uten å skade krypene, kan forskerne gå videre og med tida prøve midlene på pattedyr som ku eller gris. Og enda senere kan forsøk med mennesker begynne.

Biofilmgruppa er imidlertid forsiktige med å love revolusjonerende resultater.

- Problemet er at bakteriene er så smarte. De utvikler seg så raskt. Så vi er realistiske, sier Aamdal Scheie.

Tiofenoner er ikke noe vidundermiddel. Men med litt flaks og god forskning kan de kanskje bli nyttige redskaper mot biofilmer i alt fra oljerør til urinblærer.

29 Oct 2013

kortvarig dopingbruk kan ha permanent effekt

– Om mekanismene hos mennesker er like de vi finner hos mus kan det være  snakk om flere tiår med virkning, sier professor Kristian Gundersen ved Institutt for biovitenskap ved Universitetet i Oslo.

Han er en av forskerne bak en studie som viser at effekten av anabole steroider kan være mye lenger enn det man hittil har trodd.

Resultatene av denne forskningen vil trolig utgjøre et vesentlig bidrag til debatten om dopingmisbruk og straff i idrettssammenheng.

– Våre data kan føre til at man endrer reglene for utestengning av dopingtatte utøvere, sier lederen bak studien professor Kristian Gundersen.

Mus på steroider

 

I studien ble mus eksponert for anabole steroider i to uker, noe som resulterte i økt muskelmasse og antall cellekjerner i muskelfibrene. 

De ble deretter utsatt for et tre måneders avbrekk fra steroider, en tidsperiode som tilsvarer omtrent 15 prosent av levetiden til mus. Da musene etter avbrekket ble eksponert for belastningstrening, vokste musklene deres med 30 prosent i løpet av seks dager.

Ikke-behandlede mus viste ingen signifikant vekst i samme periode. Altså viser den tidligere steroidebruken fremdeles effekt etter et langt avbrekk.

Muskel-hukommelse

Det hele dreier seg om en form for cellulær hukommelse i muskler, og hemmeligheten ligger i det økte antallet av kjerner i muskelcellene som steroid-bruk medfører.

Hver cellekjerne kan produsere proteiner for et visst volum av cellen. Hver kjerne og det omkringliggende synteseapparatet kan sees på som en liten proteinfabrikk som bygger muskelen. Jo flere kjerner, jo større muskler kan man i prinsippet få. 

 

– Det skjer en akkumulering av cellekjerner når man bygger muskelmasse, og disse kjernene ser ut til å fremme muskelvekst ved fremtidig trening, sier Gundersen.

– Det er vanskeligere å akkumulere kjerner jo eldre man blir. Man kan tenke seg at det kan være nyttig å trene styrke når man er ung slik at man kan ha glede av disse kjernene for å motvirke den muskelsvekkelse som uvegerlig kommer med alderen.

Om mus og menn

Selv om forsøkene i studien er utført på mus, er det trolig at liknende mekanismer også finnes i menneskeceller. De grunnleggende biologiske mekanismene er her nemlig de samme hos alle pattedyr.

– Tidsaspektet er naturligvis vanskelig å overføre fra mus som lever i to år til mennesker som lever i 80 år, men vi vet at cellekjernene i muskler hos mennesket er svært stabile, forklarer fysiologen.

 

– Dersom samme mekanisme for muskel-hukommelse opptrer hos mennesket, kan man snakke om en effekt som kan vare i opptil flere tiår.

Spørsmål knyttet til varighet hos mennesket er noe Gundersen og kollegene ønsker å undersøke fremover. 

Endring av maksstraff?

Det er spesielt de eksplosive idrettsgrenene, for eksempel diskos, vektløfting og sprint,  hvor man vil dra fordel av denne typen steroidedoping og god muskelhusk.

Og resultatene av forskningen kan altså føre til en ny debatt omkring dagens dopingregler fastsatt av Verdens antidopingbyrå (WADA).

WADA opererer i dag med en utestengelse på maks to år for idrettsutøvere som blir tatt for doping, men vil øke maksimumsstraffen til fire år i løpet av 2015.  Spørsmålet er om dette er nok.

– Er fordelene ved doping permanente bør vel utestengelsen også være permanent? spør Gundersen.

Referanse:

Egner, Bruusgaard, Eftestøl & Gundersen: A cellular memory mechanism aids overload hypertrophy in muscle long after an episodic exposure to anabolic steroids, Journal of Physiology, 27 OCT 2013, doi: 10.1113/jphysiol.2013.264457.

29 Oct 2013