Antibiotikaresistente bakterier er en av vår tids store trusler. Nå kan genredigeringsmetoden CRISPR bli et nytt våpen i kampen mot dem.
Av Sigrid Bratlie
Bakterier har forårsaket mye lidelse for mennesker gjennom historien. En av de mest notoriske, Yersinia pestis, tok for eksempel livet av mellom en fjerdedel og halvparten av Europas befolkning da svartedauden herjet på 1300-tallet. Frem til 1900-tallet bestod behandlingsmulighetene stort sett av kjerringråd og folkemedisin med begrenset virkning. Da Alexander Flemming i 1928 oppdaget penicillin, det første antibiotikumet, fikk vi plutselig et mye kraftigere våpen i arsenalet. Siden den gang har det blitt utviklet mer enn hundre typer antibiotika, med ulike virkemekanismer.
– Oppdagelsen av antibiotika ble et viktig vendepunkt i verdenshistorien. Det er ingen tvil om at antibiotika har reddet utallige menneskeliv, forteller lege Elisabeth Astrup ved Folkehelseinstituttet.
Naturens kappløp
I naturens nådeløse kamp om tilværelsen er det den mest tilpasningsdyktige som vinner. Mikroorganismer har eksistert mye lenger enn mennesker, og har hatt god tid til å utvikle ulike overlevelsesstrategier. Antibiotika er én av dem. Antibiotikaresistens er en annen. Astrup forklarer:
– Antibiotika er stoffer som skilles ut av blant annet muggsopp for å drepe bakterier. Men bakterier er tilpasningsdyktige, og kan bli motstandsdyktige mot antibiotika gjennom genetiske forandringer. Slik resistens gir bakterien et overlevelsesfortrinn.
Dette er antibiotikumets dilemma: Jo mer bakteriedrepende antibiotika, desto flere resistente bakterier oppstår. Dette er også forklaringen på at vi nå står overfor en formidabel utfordring; lang tids overforbruk av antibiotika har ført til så mye resistens at disse livsviktige medisinene gradvis mister sin virkning. Ikke bare er alvorlige infeksjoner som tuberkulose i ferd med å bli mer utbredt og vanskeligere å behandle, men relativt trivielle tilstander som urinveisinfeksjon vil også kunne bli livstruende. Uten effektive antibiotika til å forebygge og behandle infeksjoner blir også medisinske prosedyrer som organtransplantasjon, kjemoterapi og kirurgiske inngrep svært risikable.
Eksperter på feltet anslår at antallet dødsfall forårsaket av antibiotikaresistente bakterieinfeksjoner i 2050 i verste fall kan opp mot tidobles sammenlignet med i dag. Dette betyr i så fall flere millioner dødsfall årlig på verdensbasis.
– Antibiotikaresistens er en av de største folkehelseutfordringene vi står overfor, bekrefter Astrup. I tillegg til at vi er nødt til å vektlegge smittevern og begrense bruken av antibiotika, er det også et skrikende behov for nye behandlingsformer, påpeker hun.
Kan bioteknologiens nye vidunderbarn, CRISPR, bli en del av løsningen?
Bakterienes eget immunforsvar
Genredigeringsteknologien CRISPR har fått mye oppmerksomhet de siste årene. Den gjør det mulig å lage målrettede endringer i arvestoffet til alle levende organismer, og er så enkel og billig å bruke at de fleste molekylærbiologiske laboratorier i verden har tatt den i bruk.
CRISPR ble faktisk oppdaget i bakterier, der det fungerer som et slags immunforsvar. Når en bakterie blir infisert av en type virus kalt bakteriofager, kan den spare på biter av virusenes arvestoff og på den måten holde et slags «kriminalregister» til senere bruk. Dersom bakterien senere møter et tilsvarende virus kan den bruke denne informasjonen til å lage et spesielt molekyl kalt sgRNA. Dette fungerer som en «GPS» for å styre et enzym kalt Cas9 til en matchende sekvens i DNA-et fra det angripende viruset. Cas9 fungerer som en «gensaks» og vil kutte opp virus-DNA-et og dermed avverge virusangrepet.
En trojansk hest
Nå har forskere oppdaget hvordan de kan snu hele systemet rundt, og bruke CRISPR som et våpen for å drepe bakteriene selv, som et slags instruert selvmord. Trikset er å sette en sgRNA som spesifikt gjenkjenner bakterie-DNA inn i bakteriofag-virus. Dersom virusene gis til en pasient med en bakteriesykdom, vil virusene angripe bakteriene. Når bakterien iverksetter CRISPR for å forhindre virusangrepet, vil imidlertid sgRNA-en fra viruset oppfattes som en kontrabeskjed, og bakterien bruker i stedet Cas9 til å ødelegge ett av sine egne gener som den trenger for å overleve. For å unngå å også drepe «gode» bakterier kan man designe systemet til å bare kutte gensekvenser som er særegne for sykdomsbakterier.
En annen forskningsgruppe har byttet ut Cas9 med et beslektet enzym kalt Cas3. Der førstnevnte ofte beskrives som en «molekylær skalpell», siden den bare kutter spesifikke DNA-sekvenser, er den sistnevnte mer sammenlignbar med en motorsag. Cas3 vil nemlig kutte opp hele bakteriens arvestoff når den først setter i gang. For å gjøre behandlingen spesifikk for sykdomsbakterier kan man programmere Cas3 til for eksempel å bare kutte DNA som har antibiotikaresistensgener i seg.
Tidlige museforsøk har vist at slike strategier kan eliminere antibiotikaresistente bakterieinfeksjoner som vanligvis ville vært dødelige. Behandlingene skal nå utvikles av biotek-selskaper som håper å iverksette kliniske utprøvinger i mennesker allerede til neste år.
«Antibiotikaresistens er en av de største folkehelseutfordringene vi står overfor.»
Flere mulige bruksområder
CRISPR kan potensielt også brukes til å stille riktig sykdomsdiagnose. En slik metode, med det treffende navnet SHERLOCK, ble tidligere i år utviklet av forskergruppen til amerikaneren Feng Zhang, en av pionerene bak CRISPR-teknologien. Denne gangen er det Cas13a, nok en slektning i Cas-familien, som gjør jobben. Cas13a skiller seg fra de to tidligere nevnte enzymene ved at den kutter RNA, ikke DNA. RNA ligner på DNA, og fungerer blant annet som oppskrift for proteiner og andre viktige molekyler i cellen.
Når Cas13a iverksettes, nøyer den seg imidlertid ikke med å bare kutte der den har fått beskjed om å kutte, men fortsetter å kutte alt RNA den kommer over. Ved å tilsette RNA-molekyler som avgir et selvlysende signal når det blir kuttet kan derfor selv svært små mengder av bakterie- eller virus-RNA oppdages, fordi det begynner å lyse. Dette kan for eksempel brukes til å påvise tilstedeværelsen av antibiotikaresistente bakterier, og dermed gjøre det enklere å velge behandling og eventuelt iverksette tiltak for å begrense smitte.
Det gjenstår fortsatt mye forskning før de ulike strategiene er klare til å tas i bruk, og bakterienes kontinuerlige evolusjon gjør det vanskelig å finne en effektiv kur for alle infeksjonssykdommer. De foreløpige resultatene tyder imidlertid på at CRISPR kan bli et nytt våpen i denne livsviktige kampen. Som professor Timothy Lu ved Massachusetts Institute of Technology i USA, ekspert på feltet, sier til tidsskriftet The Scientist:
– Vi kan ikke lage behandlinger som kan sikre oss mot all evolusjon, men med stadig mer kraftfulle genteknologiske verktøy vil vi raskt kunne iverksette mottiltak når bakteriene utvikler seg.
