Forskere over hele verden afkoder farlig superbakterie

E. coli bruger horisontal genoverførsel til at udvikle resistens, og forskere bruger horisontal informationsoverførsel via internettet til at udvikle strategier mod denne resistens. Men det er uklart, hvem der vil vinde kapløbet i sidste ende.

Læs artiklen med kommentarer på ing.dk

Bakterier udvikler sig hurtigt. Rigtig hurtigt endda. De låner, blander og kopierer hinandens DNA, som var det et langt og gratis tagselvbord. Et stadig mere intensivt landbrug og globaliseret marked har sat en høj præmie på resistens mod antibiotika, og det er derfor ikke underligt, hvis farlige superbakterier dukker op med stadig kortere mellemrum.

Mange har udtrykt bekymring over for vores evne til at følge med i dette kapløb – det som biologer kalder den røde dronning-effekt, opkaldt efter den røde dronning i Lewis Carrolls eventyr ‘Bag spejlet’, hvor den røde dronning fortæller, at man skal løbe alt det, man kan, for bare at kunne stå stille. Heldigvis begynder mikrobiologer og epidemiologer nu at opgradere våbnene og ‘crowdsource’ på nettet efter mottoet: Hvis bakterier kan dele dyrebare informationer gratis og hurtigt med hinanden, så kan vi også.

Ifølge Bicheng Yang fra Beijing Genomics Institute (BGI Europe), som har base i København, var det klart fra begyndelsen, at den igangværende krise – hvor en dødelig E. coli-bakterie har forårsaget foreløbig over 20 dødsfald – ikke kunne imødegås med de etablerede protokoller for videnskabelige fremskridt, dvs. peer reviews og en langsommelig publikationsproces i fagblade. Derfor opfordrede BGI alverdens E. coli-eksperter til at deltage i crowdsourcing.

»Vi var heldige, at der den dag, hvor vi publicerede de første rådata, var et møde i Cambridge med nogle af Europas mest fremtrædende mikrobiologer,« siger Yang.

»En gruppe af dem begyndte at analysere data, og inden længe blev der lavet et github-depot og en wiki, som sidenhen har været en meget nyttig ressource for resten af de dedikerede forskere rundt omkring i verden. Der er en skævvridning i profilen af forskere, idet der kun deltager den delmængde af eksperter, som også favner open science-bevægelsen, Twitter og videnskabelige blogs, men vores indsats vil under alle omstændigheder hjælpe til med at kaste et bredere lys på de potentielle fordele ved at arbejde på den måde,« siger Bicheng Yang.


Mange kokke
»Crowdsourcing er blevet et meget vigtigt redskab for os,« siger David Studholme fra University of Exeter i England. Han er en af de bloggere, der blot få dage efter, at BGI havde offentliggjort genomet for den tyske dræberbakterie (serotype O104:H4, og med et sygdomsbillede defineret som hæmolytisk-uræmisk syndrom, HUSEC041) fandt ud af, at dens sekvens (kaldet TY2482) deler 99,69 procent af nukleotiderne og over 96,07 procent af kromosomlængden med en afrikansk bakteriestamme kaldet E. coli EAEC stamme 55989, der er kendt siden et udbrud af alvorlig diarré hos børn i Den Centralafrikanske Republik i 2002.

»På mange måder ligner vi open source-bevægelsen inden for datalogi. Vi udnytter den effekt, at flere par øjne ser bedre end ét par øjne. Vi er blevet meget bedre til at analysere den enorme mængde af biologiske og genetiske data, og siden det humane genomprojekt blev færdigt, har vi vænnet os til at gøre data hurtigt tilgængelige for alle. Indtil for nylig har flaskehalsen været den tid og omkostning, der var forbundet med at generere fuldstændige DNA-sekvenser. Men i løbet af de sidste to-tre år har nye teknologier fjernet denne forhindring. Og i løbet af de sidste par måneder har relativt billige og hurtige systemer som Ion Torrent (en ny DNA-sekventeringsmaskine, der kunne sekventere den tyske E. coli på under to timer, red.) gjort flaskehalsen endnu bredere,« siger Studholme.

Blandt de mange Twitter- og blogentusiastiske bakteriologer, mikrobiologer, genetikere og bioinformatikere, der har bidraget til detektivarbejdet, finder man også bloggeren ‘Mike the Mad Biologist’, som den 3. juni kunne oplyse, at det tyske bæst fra Uelzen (eller Bienenbüttel, eller hvor det nu er) deler MLST-profil med et lignende isolat fra Tyskland fra 2001, samt den afrikanske sekvens fra 2002. MLST står for MultiLocus Sequence Typing, der baserer sig på at sekventere vigtige og derfor evolutionært mere stabile husholdningsgener. Den observation bidrog til, at BGI lavede en ekstra analyse, som kunne bekræfte, at vi har at gøre med MLST-varianten E. coli ST678, der har tilegnet sig et par ekstra gener, som gør den mere farlig (f.eks. har den tilegnet sig evnen til at producere shiga-toxin via en bakteriofag eller en virus) og desuden er resistent mod alle typer af antibiotika, der starter med ‘cef-’ eller ‘ceph-’ eller ender med ‘-cillin’.

En anden ressource i det genetiske opklaringsarbejde har vist sig at være postdoc Kat Holt fra University of Melbourne i Australien. Hun har kigget på de mobile genetiske elementer, der producerer shiga-toxin, samt på de plasmider, der er små minikromosomer, som kan bevæge sig fra sekvens til sekvens, og som giver bakterien resistens mod antibiotika. Hun fandt ud af, at bakterien har genetiske karakteristika, som både kan give dysenteri og colitis (enterohæmorrhagisk E. coli, EHEC) og diarré hos børn (enteroaggregativ E. coli, EAEC).

»Jeg var meget glad for, at BGI og Ion Torrent offentliggjorde deres data så hurtigt,« siger Holt og fortsætter: »Den hurtige annotation af sekvensen gjorde det meget lettere for mig at gøre mit arbejde. Tanker fra andre blogs gav mig ideer til, hvad der er vigtigt, og hvad der kunne være interessant at kigge på. Jeg er ikke nogen ekspert i de specifikke patogeniske E. coli-stammer, men bruger koncepter og metoder fra andre bakteriegenomer. Crowdsourcing er vigtigt, fordi der ikke findes personer, som er eksperter i både genomik, mikrobiologi, epidemiologi og offentlig sundhed.«

»Jeg vil også gerne sige, at den kollaborative indstilling gør det meget tiltalende at blive involveret. Naturvidenskab kan nogle gange være et ensomt hverv, men med det, der sker nu, får jeg dagligt feedback og lærer nye mennesker at kende, som har samme interesser som mig, og det er enormt motiverende,« siger Kat Holt.

Vigtige forbehold
Motivationen bag de mange forskeres samarbejde om at analysere den tyske E. coli-bakterie er ifølge David Studholme en genuin intellektuel interesse og et ønske om at gøre noget positivt i en alvorlig situation.

»Der er selvfølgelig også elementer af venlig konkurrence og et ønske om at højne sin egen status blandt kolleger,« indrømmer han. Man må også huske, at det er meget forkert at tro, at man kan lave ‘forskning via pressemeddelelser’, siger han.

»Al den blogging og tweeting og offentlig diskussion om bakterien er fantastisk her i starten, men det kan kun komplementere, aldrig erstatte, den ordentligt peer-reviewede forskningsartikel.«

Ifølge bioinformatiker Konrad Paszkiewicz fra University of Exeter i England, som har bidraget med opdateringer og analyser på github-wikien, er der en yderligere mangel ved al den crowdsourcing:

»Da de tidligste resultater altid er foreløbige og behæftet med fejl, er det farligt at komme med endegyldige domme, så længe man ikke har givet forskermiljøet tid nok til kritisk at eksaminere og analysere dem.«

»Ultimativt handler det om at gennemgå al den tilgængelige information og bruge den til at lave en holdbar strategi for infektionskontrol og klinisk behandling. Den del af crowdsourcing-modellen er endnu ikke på plads. Den centraliserede wiki er en god start, men i sidste ende må det være op til de enkelte landes myndigheder at lade deres egne eksperter eksaminere data og formulere en passende policy,« siger Paszkiewicz.

Et kapløb
Det er stadig for tidligt at sige, hvor det ender med det igangværende udbrud af E. coli ST678, som allerede har vist sig at være det mest dødbringende nogensinde. I skrivende stund er smittekilden endnu ikke fundet, og der er lang vej, før man har fundet en ordentlig behandling. Det er vigtigt at bemærke, at behandling af shiga-toxin-producerende bakterier normalt ikke sker ved hjælp af antibiotika, da man mener, at antibiotika stresser disse bakterier, hvilket fører til en øget toxin-produktion. Behandling med antibiotika er derfor (normalt) uegnet i det aktuelle tilfælde.

Men udbruddet viser frem for alt, at multiresistens mod antibiotika ikke længere er begrænset til hospitaler og laboratorier, men er begyndt at gøre indtog på grøntsagsmarkederne. Dette er i sig selv bekymrende. Mens de tyske myndigheder gør alt for at finde smittekilden, er forskere over hele kloden i gang med at crowdsource de data, der kommer ud af de kliniske undersøgelser, og finde nye måder at angribe bakterien på. Det er selvfølgelig begrænset, hvad samarbejde på internettet kan gøre. I sidste ende handler det om at udvikle en respons, der virker i den virkelige verden, ikke kun på nettet.

Grunden til, at bakterier som E. coli udvikler sig så hurtigt, er, at de benytter sig af horisontal genoverførsel. For at vinde kapløbet, må vi stakkels eukaryoter forsøge os med andre tricks, og internettet har trods sine mangler vist sig at være det perfekte sted til at begynde at tænke over dette.

»Selvom det er svært at hamle op med en organisme, som har en fordoblingstid på 20-30 minutter, er vi i fuld gang med at gøre fremskridt,« siger Bicheng Yang fra BGI Europe.

»Det er første gang, et genom fra Tyskland er blevet sekventeret i Kina i løbet af blot to dage, samlet i Hinxton, annoteret i Spanien og analyseret af forskere over hele verden – med det resultat at vi tror, vi har fundet dets oprindelse i en ti år gammel sekvens og desuden har udviklet diagnostiske test, som i disse dage bliver valideret. Vi ved ikke, hvordan det hele ender, men det er i det mindste et spændende kapløb.«

0 comments:

There was an error in this gadget