Karoliininen instituutti

Turistiripulikin sen osoittaa: superbakteerit tykkäävät turhista antibiottikuureista

To, 02/02/2017 - 01:07 Toimitus

Antibiootteihin hieman herkästi turvautuva matkailija poimii mukaansa tavallisista superbakteereista kaikkein vastustuskykyisimmät. Tuore tutkimus osoittaa jälleen kerran liiallisten antibioottien haitallisuuden.

Miljoonat matkailijat vierailevat vuosittain maissa, joissa hygienian taso on alhainen.

Jopa noin kolmasosa heistä palaa kotiin mukanaan ikävä yllätys: antibiooteille vastustuskykyinen ESBL-suolistobakteeri. Onneksi useimmilla tartunta on oireeton. 

ESBL-bakteeritartunnan saamisen riskialueita ovat Etelä- ja Kaakkois-Aasia, Afrikka ja Latinalainen Amerikka.

Erityisesti ripuli on köyhillä seuduilla matkailevan terveysongelma.

Sen sairastaminen nostaa ESBL-tartunnan riskiä, ja vielä suurempi riski on matkailijoilla, jotka hoitavat ripuliaan antibiooteilla: kaksi vuotta sitten julkaistu professori Anu Kanteleen johdolla tehty suomalaistutkimus osoitti, että ripuliin sairastuneista ja antibiootteja ottaneista korkeimman riskin alueilla käyneistä matkailijoista jopa 80 prosenttia toi mukanaan ESBL-superbakteerin.

Jatkotutkimuksessa on nyt osoitettu, että matkalla käytetty antibiootti ei ainoastaan altista ESBL-tartunnalle, vaan jopa valikoi suolistoon kaikkein vastustuskykyisimmät ESBL-kannat. Niistä voi olla suurta haittaa myöhemmin.

"ESBL-bakteerit ovat vastustuskykyisiä penisilliineille ja kefalosporiineille, ja siksi niiden aiheuttamia infektioita hoidetaan muiden ryhmien antibiooteilla, kuten fluorokinoloneilla", Kantele kertoo.

"Kun analysoimme tarkemmin ESBL-bakteerin hankkineita, kävi ilmi että niistä, jotka eivät turvautuneet antibioottiin, 37 prosentilla ESBL oli fluorokinolonille resistentti. Fluorokinolonia käyttäneistä matkustajista sen sijaan peräti 95 prosentilla ESBL-kanta oli vastustuskykyinen myös fluorokinoloneille." 

"Löydös on looginen: kun otetaan antibioottia, suolistossa pärjäävät nimenomaan ne, jotka ovat vastustuskykyisiä käytetylle antibiootille."

Vastustuskyky antibiooteille voi siirtyä bakteerilta toiselle eräänlaisissa geenipaketeissa, jolloin samassa paketissa voi siirtyä vastustuskyky monelle eri antibiootille.

Tutkijat havaitsivatkin, että fluorokinoloneille resistentit ESBL-kannat olivat usein vastustuskykyisiä myös muille sellaisille antibiooteille, joiden vastustuskyky kulkee samoissa geenipaketeissa kuin fluorokinoloniresistenssi.

"Käytännössä tämä merkitsee sitä, että matkailija poimii mukaansa kaikkein vastustuskykyisimmät ESBL-kannat, ja ESBL-infektioiden hoitovaihtoehtoja jää jäljelle entistäkin vähemmän", Kantele toteaa.

Antibioottiresistenssi on vakava uhka

ESBL-tartunta on usein oireeton, mutta oireetonkin kantaja voi kuitenkin levittää bakteeria eteenpäin. Jos huonosti käy, voi bakteeri aiheuttaa vaikean, jopa hengenvaarallisen sairauden.

Antibioottiresistenssi onkin yksi terveydenhoidon vakavimmista uhkista.  Jos antibioottien teho menetetään, monet niiden avulla nujerretut infektiosairaudet saattavat muuttua uudelleen kohtalokkaiksi.

"Vastustuskykyisten bakteerikantojen leviäminen pahentaa tilannetta entisestään. Sen vuoksi myös matkoilla tulisi välttää antibioottien tarpeetonta käyttöä. Tavallisen ripulin hoidossa antibioottia ei tarvita – tärkeintä on pitää huolta nesteytyksestä, ja oireita voi lievittää muilla ripulilääkkeillä."

Vastikään Travel Medicine and Infectious Disease -lehdessä julkaistu tutkimus oli jatkoa työlle, johon kutsuttiin mukaan Lääkärikeskus Aavan matkailuklinikalle hakeutuneita suomalaismatkailijoita.

Tutkittavat antoivat ennen matkalle lähtöään sekä heti matkalta palattuaan ulostenäytteen ja täyttivät kyselykaavakkeita. Jatkotutkimuksessa tästä ryhmästä valittiin 90 matkailijaa, jotka kaikki olivat saaneet matkalta suoliston ESBL-superbakteerin.

Kantojen herkkyys määritettiin lukuisille eri antibiooteille ja tuloksia tarkasteltiin suhteessa matkakohteeseen, matkailijan ikään, sairastettuun matkaripuliin ja käytettyihin antibioottihoitoihin.

Tutkimus tehtiin Helsingin yliopiston, Helsingin yliopistollisen sairaalan, Karoliinisen instituutin ja Lääkärikeskus Aavan Matkailuklinikan yhteistyönä.

Artikkeli on Helsingin yliopiston tiedote vain hieman toimitettuna.

Ihmisen genomin kielioppi on monimutkainen

Ke, 11/11/2015 - 10:21 Toimitus

Tuore ruotsalais-suomalainen tutkimus kertoo, että ihmisen geneettisen koodin ‘kielioppi’ on monimutkaisempi kuin minkään puhutun kielen.

Nyt 9. marraskuuta Nature-tiedelehdessä julkaistut tulokset selittävät, miksi ihmisen genomin tulkitseminen on niin vaikeaa.

Ihmisen genomin muodostavien kirjainten A, C, G ja T järjestys paljastui vuonna 2000, kun genomin sekvensointi valmistui. Kirjainten järjestyksen tietäminen ei kuitenkaan riittänyt siihen, että genomitietoa olisi voitu hyödyntää saman tien lääketieteessä. Kuten ihmiskielissä, on geenikielessäkin myös ymmärrettävä, mitä kirjainjonot tarkoittavat. Genomin kielessäkin on ’sanat’ ja ’kielioppi’ – tästä on väläys alla olevassa kuvassa.

Proteiinit kielioppina

Kaikissa ihmiskehon soluissa on lähes identtinen genomi, mutta erityyppiset solut ilmentävät eri geenejä. Kullakin geenillä on kontrollialue, joka sisältää ohjeet siitä, milloin ja missä geeniä ilmennetään. 

Tätä säätelykoodia lukevat transkriptiotekijöiksi kutsutut proteiinit, jotka sitoutuvat tiettyihin ’DNA-sanoihin’ ja joko nostavat tai laskevat kohdegeenin ilmentymistä.

Professori Jussi Taipaleen (otsikkokuvassa toinen oikealta) Karoliinisessa instituutissa Ruotsissa vetämä tutkijatyhmä on tunnistanut jo aikaisemmin useimmat yksittäisten transkriptiotekijöiden tunnistamat DNA-sanat. Puhuttujen kielten tapaan DNA-sanojakin voidaan liittää yhdyssanoiksi, joiden lukemiseen tarvitaan useita transkriptiotekijöitä. 

Lukemiseen käytettävää mekanismia ei kuitenkaan ole aikaisemmin tutkittu. Niinpä Taipaleen ryhmä kartoitti nyt systemaattisesti transkriptiotekijöiden parien sitoutumista DNA-yhdyssanoihin.

Kartoitus paljastaa, että geneettinen koodi on paljon monimutkaisempi kuin mikään ihmisen käyttämä kieli. Kahta sanaa ei yhdistetä vain poistamalla välilyönti, vaan yhdyssanaan liitetyt sanat muuttuvat muodostaen suuren joukon täysin uusia sanoja. 

"Tutkimuksemme tunnisti monia tällaisia sanoja, ja lisää ymmärrystä siitä kuinka geenejä säädellään normaalissa yksilönkehityksessä ja syövässä", sanoo ryhmässä mukana oleva tohtoriopiskelija Arttu Jolma (kuvassa toinen vasemmalta).

Mukana tutkimuksessa tiiviisti olleen Helsingin yliopistossa toimivan Suomen Akatemian Syöpägenetiikan huippuyksikön (missä Taipale on myös mukana) tutkijat osallistuivat tutkimuksen laskennalliseen osaan, jossa vertailtiin uusien DNA-yhdyssanojen esiintymistä ihmisen ja muiden lajien genomeissa. Tavoitteena on hyödyntää tietoa ihmisten geneettisen syöpäalttiuden ymmärtämisessä, koska mutaatio tärkeässä DNA-sanassa voi aktivoida syövälle hyödyllisen tai hiljentää syövältä suojaavan geenin. 

Huippuyksikön tutkijat ovat jo aikaisemmin selittäneet, kuinka yhden kirjaimen ero yli kolmen sadan tuhannen merkin päässä syövälle tärkeästä MYC-geenistä sijaitsevassa DNA-sanassa vaikuttaa paksusuolisyövän riskiin. Yhdyssanojen ymmärtäminen mahdollistaa entistä useampien erojen tulkintaa.

Otsikkokuvassa on Jussi Taipaleen tutkimusryhmä Karoliinisessa instituutissa. Kuvassa ovat Taipaleen (toinen oikealta) ja Arttu Jolman (toinen vasemmalta) lisäksi vasemmalla Jekaterina Morgunova ja oikealla Yimeng Yin, Kuva: Ulf Sirborn / Karolinska Institutet

Julkaisu: DNA-dependent formation of transcription factor pairs alters their binding specificity. Jolma A, Yin Y, Nitta KR, Dave K, Popov A, Taipale M, Enge M, Kivioja T, Morgunova E and Taipale J., Nature 9 November 2015, dos: 10.1038/nature15518.

Teksti perustuu Helsingin yliopiston ja Karoliinisen instituutin tiedotteisiin.

Hämmästyttäviä DNA-origameja – nanokoon 3D-tulostusta

To, 07/23/2015 - 10:37 Toimitus

Uuden menetelmän avulla DNA:sta voidaan laskostaa lähes mielivaltaisia kolmiulotteisia rakenteita vähän samaan tapaan kuin origameja voidaan taitella. Tuoreessa Nature-lehdessä julkistettua, Tukholman Karoliinisessa instituutissa Björn Högbergin tutkimusryhmässä kehitettyä menetelmää voidaan verrata nanomittakaavan 3D-tulostukseen.

Mukana tutkimuksessa on myös Aalto-yliopisto, missä tietotekniikan laitoksella on tehty menetelmään sen tarvitseva algoritmi. Laskennallisen suunnittelumenetelmän lähtökohtana on tavoitellun kolmiulotteisen rakenteen hilamalli, jollaisia käytetään mm. tietokonegrafiikassa ja teollisessa suunnittelussa. Menetelmän avulla voidaan syötteenä annettu malli kuvata DNA-jonoiksi, jotka ns. DNA-origamitekniikkaa käyttäen yhdistyvät suolaliuoksessa halutuksi rakenteeksi.

Karoliinisessa instituutissa tehdyt, erivahvuisissa suolaliuoksissa toteutetut kokeet vahvistavat, että suunnitellut DNA-kierteet hybridisoituivat haluttuihin muotoihin, jopa kehon luonnollista matalaa suolapitoisuutta vastaavissa liuoksissa. 

”Kehittämämme suunnittelumenetelmän etuna on, että saatoimme tehdä prosessista täysin automaattisen ja näin toteuttaa monimutkaisiakin rakenteita. Aiemmat lähestymistavat kolmiulotteisten DNA-rakenteiden muodostamiseen ovat perustuneet käsityöhön ja toteutetut rakenteet ovat olleet hyvin yksinkertaisia. Uskonkin, että kehittyneillä tietoteknisillä menetelmillä tulee olemaan suuri merkitys DNA-nanoteknologian kehitykseen, kun pyritään laboratoriokokeiden mittakaavasta kohti mullistavia sovelluksia”, sanoo professori Pekka Orponen Aalto-yliopistosta.

Uusi menetelmä mahdollistaa lähes mielivaltaisten kolmiulotteisten DNA-rakenteiden syntetisoinnin. Tekniikalle on välitöntä käyttöä solubiologian perustutkimuksessa ja pidemmälle katsoen esimerkiksi täsmälääkkeiden ja elimistön tai ympäristön tilan seurantaan käytettävien bioilmaisinmolekyylien  kehittämisessä.

”Biologista käyttöä varten tarvitsemme rakenteita, jotka laskostuvat ja säilyttävät muotonsa laboratorioympäristön lisäksi myös fysiologisissa suolaliuoksissa. Uusi synteesi- ja suunnittelumenetelmä käyttää myös DNA-materiaalia huomattavasti tehokkaammin kuin aiemmat lähestymistavat ja tekee näin mahdolliseksi entistä mutkikkaampien rakenteiden syntetisoinnin”, sanoo tutkimuksen johtaja Björn Högberg Karoliinisesta instituutista.

Menetelmää käyttäen tuotetut rakenteet ovat halkaisijaltaan 20-100 nanometrin (millimetrin miljoonasosan) kokoluokkaa, kun ihmishius on halkaisijaltaan noin 50,000 nanometriä. Uuden tekniikan avulla tutkijat rakensivat muun muassa nanokokoisen pallon, sauvan, spiraalin, pullon ja DNA-tulostetun version istuvaa jänistä esittävästä Stanford Bunny -mallista, joka on 3D-mallintamisessa paljon käytetty testirakenne.

Tietotekniikan laitos hyödynsi laskennassa Aalto-yliopiston Perustieteiden korkeakoulun Triton-laskentaklusterin tietokonekapasiteettia.

Alla on Högberg-tutkimusryhmän tekevä visualisaatio aiheesta.

Juttu perustuu Aalto-yliopiston lähettämään tiedotteeseen. Kuva: Erik Benson.