Studerar kroppens försvar mot bakteriernas vapenarsenal

Mikael Sellin tar upp miniatyrorganen, organoiderna, som de arbetar med i labbet. De framställs av stamceller och förvaras i flytande kväve.

Vit rök flödar ut när Mikael Sellin tar upp proverna. Här i tanken som håller minus 175 grader förvaras vävnadsproverna, de så kallade organoiderna, som man arbetar med i labbet. De odlas fram av stamceller från riktiga människotarmar.

– Den här teknologin är en landvinning och gör att vi kan odla mänskliga vävnader som ser ut som din tarm eller din lunga. Det innebär att vi kan göra experiment under betingelser som bättre liknar kroppen, säger Mikael Sellin, docent vid institutionen för medicinsk biokemi och mikrobiologi, ledare vid Sellin lab och gruppledare vid SciLifeLab.  

Sedan fem år tillbaka har de använt sig av organoider för att studera hur det går till när tarmbakterier, så som Salmonella och Shigella, angriper tarmen. Med hjälp av mikroskop och ett tunt lager odlad tarm kan de dokumentera vad som händer när bakterierna tillsätts. De har till exempel i realtid kunnat filma när Salmonellabakterierna hittar sina angreppspunkter. Detta tack vare avancerade mikroskop som kollegan Jens Eriksson byggt.

– Salmonellabakterier kan simma runt med hjälp av ”simfenor”, så kallade flageller. När de kommer fram till tarmslemhinnan söker de av ytan och när de hittar en svag punkt smyger de sig in, säger Mikael Sellin.

Salmonella och Shigella är exempel på bakterier som är invasiva, vilket innebär att de attackerar våra vävnader. Kroppen har dock utvecklat metoder för att försöka hindra bakteriernas framfart. I labbet har de lyckats filma hur det ser ut när tarmen hanterar ett angrepp.

− Det finns ett system i ytcellerna, i tarmepitelet, som känner igen det här intrånget. När cellen känner att den blivit träffad begår den självmord och kläms ut av grannarna. På så sätt rensar man bort den potentiella risken att bakterierna sprids till de sterila vävnaderna.

Antibiotika fungerar dåligt

Det sker lite drygt 500 miljoner bakterieinfektioner i tarmen i världen per år. De flesta människor som drabbas blir friska men det finns också många fall med dödlig utgång. I nödfall används antibiotika, men det är inte speciellt effektivt vid den här typen av infektioner. Det beror dels på att antibiotika får normalfloran i tarmen att krascha och dels på att bakterierna kan ligga vilande och på så sätt överleva kuren.

– Där behöver vi förstå mer – vad är det som gör att de vilar? Och kan vi väcka upp dem så att de blir synliga för antibiotikabehandlingen?

Mikael Sellin berättar att de nu så smått börjat studera hur det går till när antibiotika tar sig in vävnad och agerar på bakterier. Genom att använda sig av organoider i stället för odlingsplattor hoppas de få en bättre bild av hur det faktiskt fungerar inne i den riktiga tarmen.

Ska studera bakteriernas vapenarsenal 

I slutet av förra året tilldelades Mikael Sellin ett konsolideringsanslag från Vetenskapsrådet på tio miljoner kronor. Tack vare pengarna kommer labbet, som idag består av 10 forskare, kunna utökas med ytterligare en post doc. De ska också försöka kartlägga de invasiva tarmbakteriernas gener. Framförallt är de intresserade av vilka gener som beskriver hur bakterierna ska tillverka sina vapen.   

– De här invasiva tarmbakterierna liknar kroppens normalflora men de har en vapenarsenal. Den innefattar exempelvis en typ av kulspruta som den kan sätta på sin yta. Bakterien använder den för att trycka in cellytan och skjuta in små bakterietoxiner som säger åt värdcellen att göra som bakteriecellen vill.

Genom att använda sig av en metod som slumpmässigt slår ut bakteriernas gener och sedan studera vad som händer med deras förmåga att angripa tarmslemhinnan, hoppas forskarna kunna ta reda på vilka gener som styr bakteriernas vapenproduktion. Kollegan Maria Letizia Di Martino har just fått den här kraftfulla metoden att fungera.

– Om vi vet vad vapnen är så kan vi utveckla läkemedel, antikroppar och vacciner mot just de vapnen. Då kan vi få bättre specificitet än om vi tar ett antibiotika som slår ut många typer av bakterier.

Metoden som tarmbakterierna använder för att attackera vävnad är inte unik, utan återfinns hos andra farliga bakterier. Ökad kunskap om hur kulsprutorna fungerar är därför viktig för att förstå och på sikt kunna behandla andra allvarliga infektioner.  

– Det är inte så att de här tarminfektionerna som vi studerar är de absolut allvarligaste som kan drabba oss, det finns ju lung- och urinvägsinfektioner som är ännu mer problematiska. Men det vi gör i de här experimentella systemen kan appliceras även på dem, säger Mikael Sellin och fortsätter:

– Det är ju en dröm man som forskare har, att det man upptäcker inte bara är viktigt för min lilla forskningsfråga utan att det är viktigt även i ett större sammanhang.