Hei!

Mitt navn er Karen Erstad, og jeg holder på å fullføre siste året av en bachelor i molekylærbiologi. For å få mer praktisk arbeidserfaring ønsket jeg å ta faget BIO299 – Forskningspraksis i biologi, og var heldig å få en spennende oppgave sammen ved Marin Mikrobiologi gruppen. Prosjektet mitt er relatert til antibiotika resistens og fagterapi. Jeg har jobbet med å teste bakterier for å se om de endrer egenskapene sine, da spesielt graden av antibiotika resistens, hvis de blir resistente mot bakteriofager.

Antibiotika er en fellesbetegnelse for alle antimikrobielle midler, og er en form for legemiddel som behandler sykdommer som fremkalles av bakterier, for eksempel Escherichia coli  også kjent som E.coli [1]. De første typene antibiotika, som Salvarsan og Penicillin, ble funnet på tidlig 1900-tallet [2]. Oppdagelsen av de første klassene av antibiotika satte standarden for fremtidig forskning på legemidler, og i perioden 1950 til 1970 ble alle klassene av antibiotika vi har i dag oppdaget. På denne tiden var frykten for antibiotika resistens liten, og fremtidsutsiktene for bruk av antibiotika positive. Dette har vist seg å være en feil antakelse, og i senere tid har flere sykdomsfremkallende bakterier utviklet resistens mot flere klasser av antibiotika, noe som medfører en stor fare mot menneskeliv og helse. I dag dør omtrent 1 million mennesker på verdensbasis av antibiotika resistens årlig. Dette tallet er forventet å stige til 10 millioner innen 2050 [3].

Figur 1. Escherichia coli (E. coli) bakterie

Ettersom at antibiotika resistens er et økende globalt problem vurderes alternative behandlingsmetoder. En av disse behandlingsmetodene er fagterapi som bruker naturlig forekommende bakteriofager for å drepe bakterier. Bakteriofager er en spesiell klasse virus- eller bakterieparasitter som utelukkende kan infisere en eller et lite antall bakterier. De eksisterer side om side med bakterier og finnes naturlig i miljøet. I fagterapi brukes disse virusene til å angripe den sykdomsfremkallende bakterien. De infiserer bakterien, bruker bakterien til å replikere seg selv, for så å drepe bakterien og angripe nye bakterier. [3]

Figur 2. Bakteriofag

Bruken av bakteriofager som medisinsk behandling er ikke en ny idé, og den første registrerte behandlingen med fager var allerede i 1919. Blandede resultater og feil under tidlige forsøk førte imidlertid til at antibiotika ble foretrukket. På grunn av problemene forårsaket av antibiotika resistens blir fagterapi undersøkt som et alternativ igjen. Fordelene med fagterapi er at bakteriofager ikke infiserer eller er giftige for mennesker, og de angriper bare et fåtall bakterier og på den måten beskytter annen bakterieflora. Et stort problem er imidlertid at bakteriene kan bli resistente mot fagene, noe som er naturlig i samspillet mellom fager og bakterier i naturen, men som er et problem når baketriofagene skal brukes i behandling. Det er fortsatt mye vi ikke vet om samspillet mellom fager og bakterier, og vi trenger en bedre forståelse av dette samspillet før fagterapi kan brukes i stor skala. [3]

Figur 3. Bakteriofag som infiserer en bakterie.

I mitt prosjekt ser jeg på om E.coli bakterier endrer på egenskapene sine når de blir resistente mot bakteriofager. Når bakterier endrer på egenskaper, enten mister egenskaper eller får nye, som et resultat av at de utvikler resistens mot fager, så kalles det for «Cost of Resistance» eller CoR [4]. Den egenskapen jeg ser på er antibiotika resistens. Den originale E.coli bakterien som jeg jobber med er antibiotika resistent. Jeg ser på om graden av antibiotika resistens endres når denne bakterien i tillegg blir resistent mot bakteriofager. Vil bakterien bli mer eller mindre resistent mot antibiotika?

Jeg har nå i flere uker jobbet med å produsere fag-løsninger og isolere fag-resistente bakterier. En utfordring med dette arbeidet er at bakteriene jeg isolerer kan mutere tilbake til originalbakterien før jeg får testet om den er resistent mot fagene og fryst prøven ned. Jeg har isolert 32 bakteriekolonier, og det er 5 av de som er resistente mot fagene.

Figur 4. Resistente bakterier isoleres fra agar plater dekket av både bakterie og bakteriofager som er inkubert over natten. De svarte kryssene er bakterier som har blitt isolert.

Figur 5. En agar plate med en isolert bakterie som er resistent mot fager.

Figur 6. En agar plate med en isolert bakterie som ikke er resistent.

De siste ukene har jeg begynt å teste disse resistente bakteriene for å se om graden deres av antibiotika resistens har endret seg. Jeg har utført en test kalt diskdiffusjonstesten hvor jeg plasserer en disk med antibiotika på en petriskål dekket med en av de fag-resistente bakterieisolatene. Etter 24 timer kan vi måle diameteren av området rundt antibiotika disken hvor det ikke vokser bakterier for å sammenlikne de ulike bakterienes grad av antibiotika resistens. Hittil er resultatene veldig interessante fordi de går imot det mye av tidligere forskning antyder! Mine resultater antyder nemlig at antibiotika resistensen forsterkes når bakteriene blir resistente mot bakteriofager. Ukene fremover skal jeg gjøre flere tester på bakteriene jeg har isolert for å sjekke om resultatene fra disse testene styrker resultatene jeg har hittil eller ikke.

Figur 7. Diskdiffusjonstest. Agar plater dekkes med en resistent bakterie. I midten av platen er det plassert en antibiotika disk. Disse platene inkuberes i 24 timer og leses av neste dag.

Figur 8. Agar plates med intibiotika disk etter 24 timers inkubasjon. Her er de ytterste kantene av den bakteriefrie sonen markert. Diameteren til den bakteriefrie sonen måles i mm og sammenliknes med andre bakterier.

Arbeidet jeg har gjort hittil på laboratoriet har vært veldig spennende og lærerikt! Jeg har lært mye om bakterier og virus sitt samspill, noe som vi generelt lærer lite om på mitt studie. I tillegg har jeg også lært mange nyttige metoder og teknikker på lab, hvordan man planlegger eksperimenter og disponerer tiden, og hvordan takle det når eksperimenter ikke går helt etter planen. Nå gleder jeg meg til flere uker på lab og til å lære nye metoder!

Referanser

1. Henriksen, Sverre Dick; Bøvre, Kjell; Smebye, Marianne L.:antibiotika i Store medisinske leksikon på snl.no. Hentet 10. november 2022 fra https://sml.snl.no/antibiotika
2. Aminov, R.I., A brief history of the antibiotic era: lessons learned and challenges for the future. Front Microbiol, 2010. 1: p. 134.
3. Lin, D.M., B. Koskella, and H.C. Lin, Phage therapy: An alternative to antibiotics in the age of multi-drug resistance. World J Gastrointest Pharmacol Ther, 2017. 8(3): p. 162-173.
4. Record, N.R., D. Talmy, and S. Våge, Quantifying Tradeoffs for Marine Viruses. Frontiers in Marine Science, 2016. 3.