Dette er laboratoriedyrkede kulturer av bakterier som Sintef- og NTNU-forskere har funnet i vann fra Trondheimsfjorden. Bakterier nettopp fra havet kan bli en kilde til viktige framtidige medisiner. (Foto: NTNU)
Bakterier fra havet inn i kampen mot kreft og infeksjoner
Norske forskere skal åpne naturens lukkede og ukjente legemiddelfabrikker. Det kan gi nye våpen mot kreft og resistente bakterier.
«INBioPharm» er ett av prosjektene i det nye nasjonale bioteknologisenteret Norsk Senter for Digitalt Liv. Forskningsrådet har bevilget 27,5 millioner kroner.
Disse fagdisiplinene står sentralt i prosjektet
Systembiologi: Vitenskapelig disiplin som forsøker å beskrive en celle eller en organisme som et system av integrerte kjemiske reaksjoner som kan modelleres ved hjelp av matematikk og datavitenskap. Modellen kan benyttes til å forutsi hvordan cellen eller organismen reagerer på en miljøendring eller genetisk endring. Analyser av det faktiske reaksjonsmønsteret brukes deretter til å forbedre modellen.
Syntetisk biologi: Disiplin som kombinerer grunnleggende biologisk forskning med utforming og konstruksjon av nye biologiske systemer. Syntetisk biologi bygger i vesentlig grad på en systembiologisk forståelse av cellen som produksjonssystem. Ved hjelp av bioteknologiske endringer tilpasses cellen til ønsket formål, for eksempel produksjon av et bioaktivt stoff.
I mange tiår har bakterier tjent samfunnet ved å produsere antibiotika – kjemiske forbindelser som kurerer infeksjonssykdommer.
Men mange mikroorganismer i naturen bærer kanskje oppskriften på framtidas medisiner med seg i sitt genmateriale, uten å ha «skrudd på» denne delen av arveanleggene.
Nå er bioteknologer ved Sintef og NTNU i gang med å utvikle teknologi som skal gjøre det lettere å finne og utnytte disse skjulte og ubrukte medisinfabrikkene i bakterier fra naturlige miljøer. Jakten vil bli konsentrert om bakterier fra havet.
– Målet vårt er å finne nye produserbare stoffer som kan drepe for eksempel kreftceller eller antibiotikaresistente bakterier. Teknologien vi utvikler, vil korte ned letetiden og effektivisere produksjonen av slike stoffer, sier seniorforsker Alexander Wentzel i Sintef.
Ubrukt arvemateriale i fokus
Mikroorganismer er en gruppebetegnelse som omfatter bakterier, sopp og gjær. Bakterier er så små at opptil flere milliarder av dem kan få plass i en milliliter flytende føde.
Da verden oppdaget mikroorganismer som kunne lage infeksjonshemmende stoffer, sto de naturlige egenskapene til organismene i fokus. De utvalgte organismene ble satt til kultivering.
I dyrkingsskålene produserte de isolerbare kjemiske forbindelser som de hadde brukt til å slåss mot andre mikroorganismer i naturens matfat. Dette ble starten på verdens antibiotikaproduksjon.
Men i håp om å utvikle nye kreftmedisiner og antibiotika som virker på resistente bakterier, har forskere og farmasiindustri nå begynt å interessere også seg for det arvestoffet i bakterier som ikke er aktivert når de dyrkes i laboratoriet.
– «Avskrudde» gener hos mikroorganismer kan utnyttes til å lage nyttige stoffer som i dag er helt ukjente. Men til nå har det vært tidkrevende å sirkle inn slikt arvestoff. Forskningsverdenen har vært henvist til å lete i et lite antall gener av gangen. Det er her teknologien vår kan hjelpe, sier Wentzel.
Jakt i mange prøver samtidig
Teknologien vil ifølge Wentzel gjøre det mulig å lete etter nyttige stoffer i et høyt antall prøver samtidig. I tillegg vil den gi en produksjon som er høy nok til at det går an å vurdere stoffenes potensial til å bli framtidige produkter.
Enkelt forklart skal forskerne «klippe ut» arvestoff fra et stort antall ulike mikroorganismer. DNA-et skal deretter overføres til dyrkbare bakterier – organismer med egenskaper som forskerne på forhånd har vært inne og endret. Endringene skal gjøre det mulig for disse organismene å «slå på» produksjon av nye stoffer som ikke kan produseres i den mikroorganismen DNA-et ble hentet fra.
Bioteknologi-miljøet ved Sintef Materialer og kjemi, her representert ved seniorforsker Geir Klinkenberg, håper å kunne bidra til utvikling av nye legemidler som kan slåss effektivt mot blant annet kreft og infeksjonssykdommer. (Foto: Thor Nielsen, Sintef)
Ved hjelp av systembiologi og syntetisk biologi vil forskerne utvikle slike mikroorganismer. Kulturer av disse vil bli satt til å produsere små testkvanta av alle de mulige produktene – og til å masseprodusere vinnerstoffene.
Ikke-dyrkbare organismer inn i varmen
All medisin som har sitt utspring i mikroorganismer, har til nå stammet fra organismer som lar seg dyrke.
Annonse
Seniorforsker Alexander Wentzel leder prosjektet som nå starter opp. (Foto: Sintef)
– Men bortimot 99 prosent av mikroorganismene i naturen lar seg ikke dyrke på laboratoriet. Målet for prosjektet vårt er at vi etter hvert skal kunne utnytte arveanlegg også fra disse organismene i produktjakten vår, sier Wentzel.
Ifølge forskeren er sannsynligheten stor for at det i denne store gruppen av mikroorganismer finnes avskrudde arveanlegg som kan produsere kjemikalier med til nå helt ukjent oppbygning og aktivitet.
– Det er ikke minst derfor at dette prosjektet er så spennende. Kanskje finner vi medisiner som kan bety forskjellen på liv og død for et stort antall framtidige pasienter, sier Wentzel.
