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, og inngår som ett av prosjektene i det nye nasjonale bioteknologisenteret Norsk Senter for Digitalt Liv.
Seniorforsker Alexander Wentzel leder prosjektet. Foto: SINTEF
Klikk for å åpne
– Målet vårt er å finne nye produserbare stoffer som kan drepe for eksempel kreftceller eller antibiotika-resistente bakterier. Teknologien vi utvikler, vil korte ned letetiden og effektivisere produksjonen av slike stoffer, sier Alexander Wentzel, seniorforsker 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 antibiotika-produksjon.
Men i håp om å utvikle nye kreftmedisiner og antibiotika som virker på resistente bakterier, har forskere og farmasi-industri 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 bioaktive 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
Dette er laboratorie-dyrkede 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
Klikk for å åpne
Teknologien skal utvikles gjennom det fire-årige prosjektet «INBioPharm» som Forskningsrådet har bevilget 27,5 millioner kroner til. Den 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.
Ved hjelp av systembiologi og syntetisk biologi (se faktarute) skal prosjektet utvikle slike spesialtilpassede mikroorganismer. Kulturer av disse vil bli satt til å produsere små testkvanta av alle de mulige produktene – og til å masseprodusere vinnerstoffene.
Samarbeid mellom forskere med ulik fagbakgrunn, og tilgang til avanserte laboratorier, må til for at slike organismer skal la seg utvikle. I tillegg til hovedpartnerne ved SINTEF og NTNU er flere internasjonale toppmiljøer involvert i prosjektet.
Ikke-dyrkbare organismer inn i varmen
All medisin som har sitt utspring i mikroorganismer, har til nå stammet fra organismer som lar seg dyrke.
– Men bortimot 99 prosent av mikroorganismene i naturen lar seg ikke dyrke på laboratoriet. Målet for prosjektet vårt er at vi etterhvert skal kunne utnytte arveanlegg også fra disse organismene i produktjakten vår, sier Wentzel.
Ifølge SINTEF-forskeren er sannsynligheten stor for at det i denne svære 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.
Lovende organismer sirklet inn
– Hvor sikkert er det at teknologien deres kommer til å virke og dermed bli et effektivt lete- og produksjonsredskap for farmasi-industrien?
– Som all forskning, har også dette prosjektet et element av risiko. Men vi har stor tro på at det vil gå. De utenlandske partnere vi har med oss, har alt sirklet inn mikroorganismer som et lovende utgangspunkt for vår videre forskning og utvikling. Fra tidligere og igangværende europeiske prosjekter har vi dessuten allerede god erfaring med systembiologisk forskning på organismen vi ønsker å spesialtilpasse. I fellesskap sitter prosjektdeltakerne på all den kompetansen som trengs for at dette prosjektet skal lykkes, sier Alexander Wentzel.
