13. juni 2006

Naturstoffer der helbreder - Naturen viser nye veje i forskning

Medicin

Naturen er en evig kilde til inspiration. Ikke mindst når det gælder fremstilling af medicin. På Institut for Grundvidenskab på Det Biovidenskabelige Fakultet har man ved at kopiere en australsk alge åbnet for nye muligheder i behandling af sygdommen cystisk fibrose.

Mange mennesker skelner skarpt mellem traditionel medicin og naturmedicin. Men rent faktisk har naturen altid været et godt udgangspunkt for design af effektive og sikre lægemidler, og cirka 40 procent af alle nye lægemidler er baseret på stoffer fra naturen. Helt op mod 65 procent af lægemidler mod kræft og infektionssygdomme er lavet udfra naturstoffer.

Naturen baner vej

"Naturstoffer er biologisk aktive stoffer fra planter, dyr og mikroorganismer. For en plante kan formålet med stofferne være at beskytte sig mod naturlige fjender som insekter, svampe eller bakterier", fortæller professor i bioorganisk kemi John Nielsen.

Sammen med sine kolleger arbejder John Nielsen med at bestemme den kemiske struktur på naturstoffer. Viden om stoffernes kemiske opbygning giver forskerne mulighed for at forstå de involverede mekanismer og fremstille lignende stoffer til f.eks. sygdomsbekæmpelse.

I øjeblikket er forskergruppen på Det Biovidenskabelige Fakultet en del af et projekt, der involverer Danmarks Tekniske Universitet, Rigshospitalet og Danmarks Fiskeriundersøgelser.

Forskerne undersøger, hvordan man ved at efterligne naturens metoder kan hjælpe mennesker med cystisk fibrose. Inspirationen stammer fra en australsk alge.

Inspiration fra planteriget

"I varmt vand med vækst af mikroorganismer på alle sten og planter lagde et hold forskere mærke til en enkelt plante med helt klare blade. På en eller anden måde kunne den her alge, der blev fundet i Australien, forhindre mikroorganismer i at sætte sig fast", fortæller John Nielsen.

En international forskergruppe undersøgte fænomenet i laboratoriet: Et blad fra algen blev lagt i en skål vand med en bakterie, der producerer et violet farvestof. Efter kort tid forsvandt den violette farve i væsken rundt om bladet – det var simpelthen lykkes algen at slukke for bakteriernes produktion af farvestof.

Bakteriel snak

Bakteriernes produktion af violet farvestof menes at kunne sammenlignes med den måde, bakterier opfører sig hos mennesker med cystisk fibrose – ved at bakterierne kommunikerer med hinanden.

Cystisk fibrose er en genetisk sygdom, der blandt flere forstyrrelser skaber et abnormt, sejt slim, som de små fimrehår (cilier) i luftvejene ikke kan fjerne. Derfor ophobes slimen og giver anledning til bakterieinfektion.

"Bakterier kan styre bestemte processer ved at udsende små molekyler, signalstoffer, til hinanden. Hvis du har mange bakterier samlet, kan de påvirke omgivelserne radikalt, for de særlige signalstoffer stimulerer bakterierne til at danne endnu mere signalstof", fortæller John Nielsen og fortsætter:

"I lungerne hos et menneske med cystisk fibrose snakker bakterierne Pseudomonas aeruginosa sammen for at danne en film til at beskytte sig selv og hinanden. Når bakterierne er samlet i denne såkaldte biofilm, er de næsten umulige at bekæmpe med almindelig antibiotika."

Fatale konsekvenser

Biofilmen er stærkt generende. Den lægger sig som en hinde på lungeoverfladen og gør det svært for patienterne at trække vejret. I værste fald kan det være fatalt, og det er da også den primære dødsårsag blandt mennesker med den kroniske sygdom. I dag er den eneste løsning at komme på sygehuset med jævne mellemrum for at blive banket i ryggen, så slimen kan hostes op.

"Faren for patienterne er mere end en fysisk gene, for bakterien producerer et giftstof samtidig med, at den danner biofilm. Hvis vi kan forhindre dannelsen af biofilm ved at bremse bakteriernes ”samtale”, vil det være et afgørende skridt for at forbedre forholdene for mennesker med cystisk fibrose", siger John Nielsen.

Døve bakterier

Forskerne har identificeret de kemiske naturstoffer i algen. Strukturelt ligner naturstofferne de signalstoffer, som Pseudomonas aeruginosa udsender for at danne biofilm i lungerne, men ifølge John Nielsen virker de anderledes:

"Dannelsen af biofilm begynder, når signalstofferne binder sig til receptorer på særlige modtagerproteiner. Naturstoffet hæmmer processen ved at diffundere gennem slimen, over cellemembranen og erstatte signalstoffet på receptorerne inde i cellen. Naturstoffet binder til de selv samme receptorer og forhindrer på den måde signalstofferne i at komme til."

Det er vigtigt, at naturstoffet binder så godt, at processen ikke bliver aktiveret. Kemikernes fidus er at lave stofferne en lille smule større eller mere klæbrige.

"Når signalstofferne binder til receptorerne, kan det sammenlignes med en nøgle, der passer i et nøglehul. Hvis du vil ødelægge et nøglehul, skal du banke noget ind, der er større eller på anden måde sidder fast, som f.eks. en tændstik. Billedlig talt forsøger vi at komme ind i nøglehullet ved at lave et stof, der binder med de samme mekanismer som signalstofferne. Men ved at fremstille stoffer, der er for store, bliver mekanismen bagefter spoleret", fortæller John Nielsen.

Resultatet bliver, at bakteriernes kommunikation ikke længere har nogen effekt. Bakterierne er blevet kemisk døve.

Fundament for ny forskning

De næste trin – udviklingen af lægemidler og undersøgelser af stoffets virkning på dyremodeller med cystisk fibrose – bliver taget af samarbejdspartnerne uden for Det Biovidenskabelige Fakultet.

Inden for de næste år forventes forskningen at lede til nye stoffer med mulige medicinske anvendelser. Afklaring af naturstoffernes kemiske struktur vil indgå som en del af det videnfundament, den fremtidige forskning bygger på.

– Man kan undre sig over, hvorfor marine organismer, planter eller træer laver midler, der kan bruges mod alvorlige sygdomme hos mennesker. Svaret ligger nok i, at alle levende organismer har fælles rødder.

Det gælder bare om at kigge efter dem. Naturen har sandsynligvis stadig løsninger på mange af de medicinske problemer, vi står overfor i dag, fortæller John Nielsen.

Modstandsdygtige bakterier kan undgås

Traditionel antibiotika slår bakterier ihjel eller forhindrer dem i at vokse, og netop det fremavler modstandsdygtige bakterier. Det problem kan undgås med det nye stof, i og med at det påvirker bakteriernes kommunikationssystem uden at ramme bakteriernes vækst og lægge et overlevelsestryk på dem.

"Det vil være en ideel løsning i behandlingsregi, hvis det nye lægemiddel kan arbejde sammen med patientens eget immunsystem og erstatte traditionel antibiotika. Når man svækker kommunikationen, forsvinder produktionen af giftstoffer og biofilmen bliver efterhånden nedbrudt. Det gør bakterierne sårbare, og ens eget immunsystem kan forhåbentlig tage over og fjerne den unormalt høje koncentration af bakterierne", fortæller John Nielsen.

Men bakterier kan være ret hårdhændede, og forskerne ved endnu ikke om Pseudomonas aeruginosa mobiliserer et modangreb, når de lukker for kommunikationen. Hvis det sker, er alternativet en kombinationsbehandling, hvor det nye stof fungerer i samspil med traditionel antibiotika:

"Hvis biofilmen bliver nedbrudt kan den traditionelle medicin komme til og hæmme bakteriernes vækst. Fordelen er, at man kan reducere mængden af antibiotika", afslutter John Nielsen.