Arktis viser seg å være et potensielt skattkammer for nye medisiner

Forskere har oppdaget nye forbindelser i bakterier i Arktis som kan bekjempe antibiotikaresistente infeksjoner og bane vei for neste generasjons legemidler.

Problemet med antibiotikaresistens og nye muligheter

Antibiotika er grunnlaget for moderne medisin; uten dem ville det være ekstremt risikabelt å behandle infeksjoner og utføre kirurgiske inngrep. Imidlertid står vi hvert år overfor et økende problem med bakteriell resistens mot antibiotika, mens tempoet i oppdagelsen av fundamentalt nye antibiotika henger betydelig etter.

Utforsker nye habitater

Det er grunn til håp: 70 % av alle godkjente antibiotika kommer fra aktinobakterier som lever i jord, men de fleste habitatene på jorden er ennå ikke utforsket. Å lete etter nye antibiotika blant aktinobakterier på andre, dårlig studerte steder, som Polhavet, er en lovende strategi. Spesielt hvis man kan finne nye molekyler som ikke dreper bakterier direkte, men reduserer deres virulens (evne til å forårsake sykdom), noe som gjør det vanskeligere for resistens å utvikle seg og reduserer sannsynligheten for bivirkninger.

Avanserte screeningmetoder avdekker nye forbindelser

«I studien vår brukte vi høysensitiv screening (FAS-HCS) og Tir-translokasjonsanalyser for spesifikt å identifisere antivirulente og antibakterielle forbindelser fra aktinobakterieekstrakter», sier dr. Päivi Tammela, professor ved Universitetet i Helsingfors i Finland, og hovedforfatter av studien publisert i tidsskriftet Frontiers in Microbiology. «Vi fant to forskjellige forbindelser: et stort fosfolipid som hemmer virulensen til enteropatogen E. coli (EPEC) uten å påvirke veksten, og en forbindelse som hemmer bakterievekst, begge fra aktinobakterier isolert fra Polhavet.»

For å analysere legemiddelkandidater utførte teamet et automatisert screeningssystem designet for å fungere med komplekse mikrobielle ekstrakter. Forskerne utviklet et nytt sett med metoder som lar dem teste de antivirale og antibakterielle effektene av hundrevis av ukjente forbindelser samtidig. De valgte som mål en stamme av EPEC som forårsaker alvorlig diaré hos barn under fem år, spesielt i utviklingsland.

Oppdagelse av antivirulente og antibakterielle forbindelser

Forbindelsene som ble studert ble utvunnet fra fire arter av aktinobakterier isolert fra virvelløse dyr samlet inn i Ishavet utenfor Svalbard under en ekspedisjon med det norske forskningsskipet Kronprinz Haakon i august 2020. Bakteriene ble deretter dyrket, cellene ble ekstrahert og innholdet ble separert i fraksjoner. Hver fraksjon ble testet in vitro for EPEC som festet seg til kolorektale karsinomceller.

Forskerne oppdaget to tidligere ukjente forbindelser med distinkte biologiske aktiviteter: én fra en ukjent stamme (T091-5) av slekten Rhodococcus og den andre fra en ukjent stamme (T160-2) av slekten Kocuria. Forbindelsen fra stammen T091-5, identifisert som et stort fosfolipid, viste en potent antivirulenseffekt ved å hemme dannelsen av aktin-piedestaler og EPEC-binding til Tir-reseptoren på vertscelleoverflaten. Forbindelsen fra stammen T160-2 viste sterke antibakterielle egenskaper, som hemmet veksten av EPEC-bakterier.

Lovende resultater og neste steg

Detaljert analyse viste at fosfolipidet fra stamme T091-5 ikke hemmet bakterievekst, noe som gjør det til en lovende kandidat for antiviral behandling, ettersom det reduserer sannsynligheten for resistensutvikling. Samtidig hemmet forbindelsen fra stamme T160-2 bakterievekst og vil bli videre studert som et potensielt nytt antibiotikum.

HPLC-HR-MS2-metoder ble brukt til å isolere og identifisere disse forbindelsene. Molekylvekten til fosfolipidet var rundt 700, og det forstyrret interaksjonen mellom EPEC og vertsceller. «De neste trinnene inkluderer å optimalisere kulturbetingelsene for forbindelsesproduksjon og isolere tilstrekkelige mengder av hver forbindelse for videre karakterisering av deres struktur og biologiske aktivitet», la Tammela til.