EN / DA
Sygdom og behandling

I fremtiden skal vi behandles med levende medicin

Mikroorganismer gør os ikke kun syge. Den rigtige sammensætning af bakterier i vores tarmsystem kan gøre os sundere og endda helbrede os for sygdomme. Nu vil forskere lære at programmere bakterierne i vores tarme til at producere de stoffer, der kan gøre os raske, når vi er syge. Hvis det lykkes, vil bakterierne kunne bruges i kampen mod de fleste sygdomme og erstatte traditionel medicinsk pille-behandling.

Lige siden penicillinen blev opdaget i 1928, har mennesket brugt mikroorganismers våbenarsenaler i kampen mod sygdomsfremkaldende mikrober. Hidtil har forskere screenet svampe og bakterier for stoffer, der dræber eller hæmmer vækst af andre bakterier – for derefter at udvinde og behandle med de mest effektive antibiotika. Med den medicin, vi har nu, er dosering, så en infektion kan nedkæmpes effektivt, en stor udfordring. En storstilet dansk forskningssatsning skal løse det problem.

”Typisk vil en patient tage en eller flere doser om dagen, så der er store udsving i mængden af medicin i kroppen over tid. I stedet for denne traditionelle behandling vil vi behandle med særlige bakterier, der kan producere de medicinske stoffer, når der er brug for dem. På den måde håber vi, at den levende medicin kan føre til en mere effektiv behandling af sygdomme generelt,” forklarer professor Morten Sommer fra Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability.

Bakterierne reagerer, som kroppen selv ville

Den nye teknologi kaldes AMT, eller Advanced Microbiome Therapeutics, og fungerer ved, at man modificerer bakteriers genomer, så de udskiller bestemte stoffer, der kan påvirke andre bakterier eller kroppens mekanismer. Lægemidler gives traditionelt oralt, intravenøst eller på huden. Imidlertid cleares lægemidler ofte hurtigt igen af kroppens systemer. Derfor er hyppig dosering nødvendig for at opretholde en behandling.

”Med AMT har vi en unik mulighed for at ændre det paradigme. Når bakterierne koloniserer tarmsystemet, skaber de nemlig et stabilt udtryk af det terapeutiske stof, og målet er, at de skal kunne respondere på deres omgivelser, så de kun udskiller det nødvendige stof, når det er nødvendigt. På den måde vil vi kunne give en præcis og målrettet behandling af sygdomme.”

Ideen om at få hjælp af mikroorganismer til at bekæmpe andre mikroorganismer i kroppen er dog langtfra ny. Forskningen i menneskets mikrobiom har i årevis fokuseret på vigtigheden af at have en sund tarmflora. I kampen for at skabe dette har man tidligere forsøgt med fx probiotika i mælkeprodukter eller i mere ekstreme tilfælde transplantationer af tarmvæv fra donorer med en sund tarmflora.

“Ideen bag den levende medicin er at behandle sygdommen, som kroppen selv ville gøre det. Hvis kroppen skulle reagere på en sygdom som for eksempel diabetes, skulle den producere insulin som reaktion på visse signaler i kroppen, og det ville så sænke blodsukkeret. Vi kan opnå en lignende effekt med bakterier, fordi vi kan manipulere dem til at reagere på de samme signaler og producere de samme molekyler som kroppen.”

Kommunikationen er det sværeste

Levende medicin har altså potentielt kunnet behandle et væld af sygdomme Ved at modificere bakterierne kan forskerne endda målrette dem til den enkeltes sundhedsudfordringer. Samtidig kan de sikre, at bakterierne kun virker i det enkelte individs tarmsystem og ikke kan spredes til andre mennesker.

”Det er centralt i projektet, at et cellebaseret lægemiddel ikke kan sprede sig på en ukontrolleret måde mellem mennesker. I de seneste årtier har vi lært at konstruere meget sofistikerede kontrolsystemer i bakterier, og det giver os nu mulighed for på mange forskellige måder at kontrollere, at en bakterie kun lever i den patient, der skal behandles, og kun i den periode, som vi gerne vil have, behandlingen skal vare.”

Den største udfordring ved at udvikle den levende medicin finder man et helt andet sted – nemlig i interaktionerne mellem de mange og forskelligartede bakteriegrupper i vores krop.

"I øjeblikket er der relativt lidt viden om, hvordan de her bakterier vil interagere med de større samfund af bakterier i vores tarmsystem, så det vil være noget centralt, som vi vil studere i projektet. Vi vil udvikle strategier, der giver os mulighed for at blokere nogle af de interaktioner, så vi kan sikre, at den levende medicin får mulighed for at etablere sig."

Selvfølgelig drømmer forskerne om at udvikle en ny behandling for helt konkrete livstruende sygdomme.

"Et vellykket resultat af projektet vil være, at vi om 6 år har udviklet en ramme for, hvordan vi kan fremstille den levende medicin, og lært, hvordan vi kan kontrollere bakterierne, og så endelig, hvordan vi faktisk kan bruge de her bakterielle terapier til at behandle mennesker."

Professor Morten Sommer fra Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability modtog i 2018 Novo Nordisk Fondens Challenge Programme til projektet “ Design and Engineering of Biological Molecules and Systems”. Projektet gennemføres i tæt samarbejde med professor Fredrik Bäckhed fra Göteborg Universitet, professor Max Last Nieuwdorp fra University of Amsterdam og professor Tine Rask Licht fra Danmarks Tekniske Universitet.

Morten Otto Alexander Sommer
Professor
Our work is broadly aimed towards understanding how biological systems establish, organize and evolve. We use cutting edge technology and aim to translate our basic research findings into entities, policies and education that provide long term benefits to society. Antibiotic resistance Evolution is rendering our medicines against many infections useless threatening to bring us back to the pre-antibiotic era. In many cases resistance to a particular antibiotic did not evolve within the resistant human pathogen, but rather was acquired by lateral gene transfer from other resistant bacteria. These resistant donor bacteria need not be pathogenic, yet they contribute to the evolution of antibiotic resistance in human pathogens by serving as an accessible reservoir of resistance genes. We are using a variety of culture-dependent and culture-independent methods to characterize how these reservoirs are interacting, with the ultimate goal of creating quantitative models for how antibiotic resistance genes arise in human pathogens. We study the adaptive mechanisms of drug resistance and collateral sensitivity using a combination of laboratory evolution and sampling of clinical isolates, with the goal of developing novel treatment strategies for countering resistance development. Synthetic biology for sustainable generation of value chemicals Increasing concerns related to climate change caused by our reliance on fossil fuels for many processes in our society prompt the need to look for alternatives. Biological systems can be engineered to perform conversions of renewable input substrates to value added products using much less energy than conventional methods. We use a variety of metagenomic and culture based techniques for harnessing biological diversity useful for generation of biofuels and other value chemicals. We build synthetic selection networks that sense and respond to specific metabolites inside the cell. We deploy these tools for pathway discovery, strain optimization for specific metabolic engineering targets. We use synthetic selection systems for multiplexed interrogation of biological phenotypes enhancing our understanding of cellular metabolism and regulation. Human microbiome and engineered microbiome therapeutics The human microbiome is to an increasing extent being implicated in a wide range of disease and health states. We study the human microbiome during interventions, with a particular focus on antibiotic treatment and resulting microbiome modulation. We design and build new interventions for modulating the microbiome to promote specific community compositions or functionality. We also design and build interventions that can amend the functionality encoded in the gut microbiome.