Sannsynligheten for å bli alvorlig syk av kolera er avhengig av blodtypen. Ved å studere molekylstrukturen i giftstoffet til kolerabakterien, er det mulig å finne et nytt botemiddel mot den fryktede sykdommen.
Professor Ute Krengel og stipendiat Julie Heggelund bruker en liten røntgenmaskin på Kjemisk institutt for å finne molekylstrukturen i koleratoksinet. (Foto: Yngve Vogt)
Hvert år rammes tre til fem millioner mennesker av kolera. Dødeligheten er høy. Årlig dør 100 000 av den fryktede sykdommen.
– Kolera er avhengig av blodtypen. Visse blodtyper øker risikoen for å bli alvorlig syk, forteller professor Ute Krengel på Kjemisk institutt ved Universitetet i Oslo.
Når kolerabakteriene formerer seg inne i kroppen, danner de et giftstoff som kalles koleratoksin. Toksinet må binde seg til cellemembranen før det kan trenge videre inn i tarmcellen og gjøre ugagn.
Ved å studere den molekylære strukturen til koleratoksiner, kan forskerne finne ut av hvordan toksinet binder seg til tarmceller på atomnivå.
Krengels mål er et nytt medikament som sørger for at koleratoksinet ikke fester seg i tarmen, men forsvinner ut igjen, uten å gjøre noen skade.
Kolera fører til voldsom diaré. Pasienten kan miste opptil 12 liter væske i døgnet. Behandlingen er væskeerstatning med salt i.
– Den må gis så fort som mulig og i store mengder. Hvis pasienten allerede er bevisstløs, må saltløsningen gis intravenøst. Antibiotika har ingen hensikt, forklarer professor Gunnar Bjune på Institutt for samfunnsmedisin ved Universitetet i Oslo.
Blodtype 0 er verst
Kolerabakterien kommer opprinnelig fra Bangladesh, men har de siste to hundre årene spredt seg til store deler av verden og har nå bitt seg fast i mange afrikanske og asiatiske land.
– Pasienter med blodtype 0 har størst risiko for å bli veldig syke. De med blodtype A, B eller AB er mer beskyttet mot kolera, konstaterer Ute Krengel.
Befolkningen i Bangladesh har en jevn fordeling med blodtype 0, A og B. I Afrika har flesteparten blodtype 0. Urbefolkningen i Latin-Amerika har nesten bare blodtype 0. Når koleraen rammer disse områdene, rammer den spesielt hardt.
I samarbeid med Rikshospitalet og Bioteknologisenteret studerer forskergruppen til Ute Krengel hvor sterkt koleratoksinet binder seg, hvor lang tid det bruker på å binde seg og hvor lenge det holder seg fast i reseptorene på tarmcellene.
Lurer bakterien
Molekylstrukturen av et koleratoksin: De grønne strekene er koblingen mellom karboner. De blå prikkene er nitrogen, mens de røde prikkene er vannmolekyler. Eller for å være enda mer presis: Et vannmolekyl består av to hydrogenatomer og ett oksygenatom. Med den oppløsningen de bruker, er det ikke mulig å se hydrogenatomene med røntgen. De røde prikkene er derfor oksygenatomer. (Foto: Julie Heggelund/UiO)
Koleratoksinet binder seg til små reseptorer i tarmveggen. Reseptorene består av små strå med sukkermolekyler på.
De skal beskytte cellene mot skadelige inntrengere. Uheldigvis kan reseptorene utnyttes.
– Vi vil utvikle nye medikamenter som binder seg til koleratoksinet, slik at de ikke klarer å binde seg til tarmcellene.
Koleratoksinet består av to deler. Forskerne studerer den nederste delen som fester seg til reseptorene.
Annonse
– Vi har oppdaget hvordan koleratoksinet binder seg annerledes enn man har trodd.
Toksinet er et protein. Proteiner er bygd opp av aminosyrer. Krengelgruppen skal nå undersøke hvor viktige de ulike aminosyrene er for bindingene og hvilke aminosyrer som binder mest.
For å trenge inn i tarmcellene, må koleratoksinet først gjennom et slimlag.
– Resultatene våre tyder på at koleratoksinet bruker lengre tid på å trenge seg igjennom slimlaget om pasientene har blodtypeantigener i slimet.
Fire av fem mennesker har blodtypeantigener i slimet. Og det er de med blodtype 0 som er minst beskyttet og som derfor blir mer alvorlig syke enn andre.
Ufarlig koleramodell
I det avanserte eksperimentet har Krengel-gruppen laget en biologisk modell av hvordan koleratoksinet trenger inn i tarmceller.
For at koleratoksinet skal trenge inn i tarmen, må den binde seg til små reseptorer i tarmveggen. Professor Ute Krengel vil utvikle nye medikamenter som binder seg til koleratoksinene, slik at de ikke klarer å binde seg til reseptorene. Da kan ikke koleratoksinene trenge seg inn i tarmen og forvolde noen skade. (Foto: Julie Heggelund/UiO)
De bruker ikke ekte kolerabakterier. Det er for farlig. De har i stedet valgt å bruke E. coli-bakterier, som er modellbakterie nummer én for cellebiologer.
– De er både lette å lage og mye raskere og sikrere å jobbe med. Vi må dyrke store mengder for å kunne studere bindingene, forteller stipendiat Julie Heggelund med bakgrunn i molekylærbiologi.
For å lage kunstige koleratoksiner, eller for å være helt presis: for å lage den nederste delen av dem, må hun manipulere genene i E. coli-bakterier. Når hun har produsert den nederste delen, dreper hun bakteriene i en trykk-koker. Reseptorene er syntetiserte sukkermolekyler.
Røntgensjekken
Annonse
For å finne strukturen i koleratoksinet og reseptorene, nytter det ikke med mikroskop. Oppløsningen er ikke god nok. De må ty til røntgen. Røntgenstråler har så kort bølgelengde at de fleste trenger igjennom hulrom i molekyler.
Men før de kan kaste seg over røntgenmaskinen, må de krystallisere toksinet og reseptormolekylene.
Dette er Krengels spesialitet.
Ved å tolke de røntgenstrålene som spres av krystallen, kan de beregne hvordan atomstrukturen ser ut. Dette kan sammenlignes med å sende laserlys gjennom en sil. Ved å studere det lyset som spres av silgitteret, kan man beregne hvordan selve silen ser ut.
Hver eksponering er todimensjonal. For å ta et tredimensjonalt bilde, bestråler de toksinkrystallen med opptil 500 eksponeringer fra ulike vinkler. Selv om avfotograferingen bare tar noen dager, kan tolkningen av molekylstrukturen ta flere måneder.
Julie Heggelund tar også slike røntgenbilder i Grenoble. Takket være en svær røntgenmaskin med en omkrets på nesten en kilometer, kan avfotograferingen ta så kort tid som to minutter.
