Julkaistu numerossa 3/2015
Eläinlääkkeet

Luonnon omat nanokoneet apuna tautien hoidossa

©iStock/Jello5700
©iStock/Jello5700

[Lataa PDF]

Bakteerien antibioottiresistenssi ja sen yleistyminen ovat aikamme suurimpia haasteita. Yksi lupaava tulevaisuuden hoitomenetelmä on uudelleen löydetty faagiterapia, jossa bakteerisolujen parasiitit valjastetaan tuhoamaan isäntäsolujaan. Faagiterapian käyttöönotto kohtaa kuitenkin paljon haasteita, ennen kuin hoitomuodosta tulee todellisuutta.

Bakteerien vastustuskyky usealle yleisesti käytetylle antibiootille leviää. On arvioitu, että vuoteen 2050 mennessä bakteerien antibioottiresistenssi on maailmanlaajuisesti jo yleisin kuolinsyy. Myös eläinlääkinnässä ja eläintuotannossa käytetyt antibiootit menettävät tehoaan, mikä vaikuttaa antibioottiresistenssin siirtymiseen eläintuotannosta suoraan ihmis- ja ympäristöbakteereihin.

Suomessa tilanne antibioottiresistenssin esiintymisessä eroaa selvästi edukseen muusta Euroopasta. Suurin syy eroon on se, että Suomessa antibiootteja on käytetty maltillisesti ja vain tarpeeseen. On kuitenkin mahdotonta ennustaa, kuinka pitkään tilanne Suomessa säilyy näin hyvänä. Siksi vaihtoehtoisia bakteeritautien hoitomuotoja tarvitaan, ja faagiterapian mahdollisuuksia tulisi tutkia myös eläinlääkinnässä. Maailmalla tärkeitä faagiterapian kohteita olisivat jo muun muassa metisilliiniresistentti Staphylococcus aureus sianlihan tuotannossa ja Salmonella-bakteeri broilerin tuotannossa.

Faagiterapiassa bakteerien omat virukset tuhoavat isäntäsolujaan

Faagiterapiassa bakteerien viruksia, bakteriofageja (lyhyesti faageja) käytetään bakteerin aiheuttamien infektiotautien hoidossa. Faagit ovat yksinomaan bakteerisolujen parasiittejä, ja näin ollen ne eivät kykene infektoimaan muita solutyyppejä. Ihmiset ja eläimet toimivat itsekin alustana bakteerien ja faagien jatkuvalle kilpajuoksulle. Esimerkiksi suolistobakteerien hyvinvointi riippuu paljolti faageista.

Vuosikymmenten tutkimuksen jälkeen faagit ovat tieteelle edelleen suuri tuntematon maailma. Perusperiaatteeltaan faagin elinkierto on kuitenkin yksinkertainen: se tunnistaa spesifisesti bakteerisolun, injektoi perimänsä solun sisään ja valjastaa solun monistamaan perimäänsä ja tuottamaan rakenneproteiinejaan. Lopulta kun useita, jopa satoja uusia faagipartikkeleita on koottu, bakteerisolu hajoaa ja uudet faagit ovat valmiita etsimään seuraavaa solua.

Tällaisen elinkierron läpikäyviä faageja kutsutaan lyyttisiksi, ja ne ovat faagiterapian pääasiallisia toteuttajia. Tämä itsensä monistava mekanismi tekee faageista erinomaisia bakteerintuhoajia, kunhan ne ensin saavuttavat kohteensa ja olosuhteet pysyvät suosiollisina.

Uudelleen löydetty vanha keksintö toimii, mutta lisää tietoa tarvitaan

Faagitutkimus juhlii tänä vuonna satavuotista taivaltaan. Heti faagien tunnistamisen jälkeen, 1920-luvulta lähtien, faagiterapiaa käytettiinkin laajalti bakteeri-infektioiden hoitoon. Antibioottien löytyminen 1940-luvulla ja erityisesti niiden helppokäyttöisyys ja laaja kohdebakteerien kirjo kuitenkin lopettivat faagiterapian käytön ja tutkimuksen länsimaissa kokonaan, mutta Itä-Euroopassa ja entisen Neuvostoliiton alueella faagien käyttö tautien hoidossa jatkui ja jatkuu edelleen.

Ennen kuin faageja on mahdollista käyttää turvallisesti, tarvitaan myös varmaa tietoa siitä, ettei faagi luovuta bakteerille ei-toivottuja ominaisuuksia.

Faagiterapia on tutkitusti tehokasta lähes kaikilla tuotantoeläimillä niin laboratorioissa kuin kenttätutkimuksissa. Toistaiseksi kohde-eläimillä ei ole myöskään havaittu merkittäviä haittavaikutuksia. Faagit infektoivat spesifisesti vain kohdebakteeriaan ja jättävät muun bakteeripopulaation ennalleen. Ominaisuus on ylivertainen verrattuna antibiootteihin, jotka tappavat kaikki alttiit bakteerit ja muuttavat näin merkittävästi normaaliflooran bakteereiden suhteita.

Faagit ja bakteerit kilpailevat jatkuvasti keskenään, joten mahdollisen resistenssin muodostuminenkaan ei tule olemaan ylivoimainen este faagiterapian onnistumiselle. Sen sijaan kohde-eläimen immuunijärjestelmä haastaa faagiterapian tehon, ja aikaisempi altistus samalle faagille voi alentaa faagiterapian tehoa jopa 40 %. Ratkaisu tähän ongelmaan löytyy kuitenkin faagien monimuotoisuudesta, sillä hoitoon voidaan käyttää antigeenisesti erilaisia faageja.

Silti monet sisäiset infektiot aiheuttavat pulman siitä, miten faagi saadaan tehokkaasti kuljetettua kohteeseensa. Ennen kuin faageja on mahdollista käyttää turvallisesti, tarvitaan myös varmaa tietoa siitä, ettei faagi luovuta bakteerille ei-toivottuja ominaisuuksia. Faagiterapian kehittäminen vaatii myös lisää tutkimustietoa faagien ja bakteerien vuorovaikutuksesta oikeassa ympäristössä, esimerkiksi suolistossa.

Vesiympäristö tarjoaa suotuisat olosuhteet faagien käytölle

Vesiviljely on lupaava ala, jossa faagien annostelu on teoriassa helppoa. Vesiympäristö tarjoaa faageille luontaiset olosuhteet, missä ne voivat levitä ja löytää isäntäbakteerinsa ja lopulta tuhota sen. Faagiterapian toimivuutta on testattu usealla eri kalataudilla ja -lajilla, ja suurin osa tuloksista on ollut erittäin lupaavia. Maailmalla vesiviljelyssä suuria taloudellisia tappioita aiheuttava Flavobacterium columnare on jokavuotinen ongelma myös kirjolohen poikastuotannossa Suomessa. Laboratorio-olosuhteissa on osoitettu faagien toimivuus tautia vastaan, ja ulkoisilla oireilla alkava tauti voi olla estettävissä lisäämällä faagia veteen. Kalojen avulla voidaan myös selvittää faagiterapian mahdollisia ympäristövaikutuksia.

Nykyinen lainsäädäntö kuitenkin hidastaa faagien käyttöä. Tällä hetkellä faagit luetaan lääkeaineiksi, mikä muun muassa estää luonnostaan vedessä esiintyvien faagien rikastamisen ja käytön kalanviljelylaitoksen veden puhdistamiseksi silloin, kun kaloja on läsnä. Useiden vuosien tuotekehitys ei myöskään ole faagiterapian näkökulmasta käytännöllistä, vaan tarvitaan bakteerien monipuolisuuteen ja nopeaan muuntautumiseen vastaava tuote.

Faagit ovat uusien innovaatioiden lähteitä

Faagit ovat olleet keskeisessä roolissa modernin molekyylibiologian kehityksessä. Ne ovat erinomaisia nanokoneita helpohkon käsittelyn ja biologisen aktiivisuuden vuoksi, ja niiden suhteellisen yksinkertainen genomi ja rakenne mahdollistavat monenlaisia muokkauksia. Faageista voidaan esimerkiksi kehittää vektoreita, jotka kuljettavat bakteeriin geenin, joka aiheuttaa vain kyseisen solun tuhoutumisen.

Monet faagit koodaavat lyyttisiä, tehokkaasti soluja tuhoavia entsyymejä, joita käytetäänkin jo joissakin antibakteerisissa tuotteissa. Erityisen lupaavia faagit ovat nopean ja luotettavan diagnostiikan kehittämisessä, missä niiden spesifisyyttä voidaan käyttää apuna tietyn taudinaiheuttajan tunnistamisessa. Esimerkkejä faagipohjaisilla menetelmillä diagnosoitavista patogeeneistä ovat muun muassa tuberkuloosia aiheuttava Mycobacterium tuberculosis ja yleinen infektioita aiheuttava Staphylococcus aureus .

Vuosikymmenien aikana julkaistut tutkimustulokset ovat osoittaneet, että faagien avulla voidaan torjua ja hoitaa bakteerien aiheuttamia tauteja eläimillä. On kuitenkin muistettava, että faagit yksin eivät ole ratkaisu tai korvaava hoitokeino, vaan ne voivat tarjota vaihtoehdon nykyisille hoitomuodoille. Tulevaisuuden ratkaisu bakteeri-infektioiden hoidossa ei ehkä olekaan mikään yksittäinen lääke vaan erilaisten hoitojen yhdistäminen.

Elina Laanto

Elina Laanto

FT
tutkijatohtori
Jyväskylän yliopisto, bio- ja ympäristötieteiden laitos, biologisten vuorovaikutusten huippututkimusyksikkö (Suomen Akatemia)