27. apríl 2023

Meginuppgötvun á fremstu varnarlínu okkar kemur úr rannsóknum á skordýrum

Guðmundur Hrafn Guðmundsson, prófessor í frumulíffræði við HÍ, stendur nú á miklum tímamótum í vísindastarfi sínu. Þegar hann var ungur menntskælingur í Menntaskólanum við Sund og hlustaði á „Exile on Main Street“ með Rolling Stones og lét hárið vaxa niður á axlirnar þá var ekki margt sem benti til þess að hann ætti eftir að verja öllum sínum ferli í að rannsaka náttúrulega möguleika líkama okkar mannanna til að verjast sýkingum.

En þetta átti fyrir honum að liggja og meira en þriggja áratuga starf, helgað náttúrulegu ónæmi lífvera, ekki síst manna gegn allskyns sýkingum, hefur nú leitt til þess að hann fékk ásamt samstarfsteymi sínu einn stærsta styrk sem Evrópusambandið hefur veitt til rannsóknaverkefna á Íslandi.

Peptíð, sem við búum til sjálf, geta bjargað okkur

Og hvað hefur Guðmundur Hrafn gert sem verðskuldar þennan styrk? Jú, hann hefur beint rannsóknum sínum að peptíðum sem drepa bakteríur en peptíð eru sérstök efni sem lífverur búa til sjálfar til að verjast allskyns óværu. Þessi varnar-peptíð mynda hluta af náttúrulegu ónæmi sem er fyrsta grunnvarnarkerfi lífvera gegn alls kyns sýklum og sýkingum. Þau mynda fyrstu varnarlínuna, ekki bara í okkur mönnum heldur í gríðarlegum fjölda lífvera sem berjast stöðugt gegn örverum, bakteríum, veirum og sveppum. Lífríkið sjálft er enda í raun sífelld barátta lífvera við að komast af þar sem efnahernaður skiptir gríðarlega miklu máli.

Guðmundur Hrafn segir að peptíðin séu í þekjufrumum líkamans og í átfrumum sem eru nokkurs konar varnarher lífvera eins og manna. Þekjufrumur og átfrumur eru vopnaðar varnar-peptíðum sem lama frumuhimnu baktería sem dregur þær svo til dauða. Og hér er ekki allt talið því varnar-peptíðin eru hreint ekki þögul heldur eiga samskipti við ónæmisfrumur um viðtaka líkt og boðefni og ræsa viðbrögð frumna til varnar gegn sýkingum. Ekki þarf að fjölyrða um hversu mikilvægt það er fyrir lífverur að hafa svona kerfi í fullri virkni.

En af hverju þarf þá að eiga við þetta kerfi fyrst það er svona vel gert af náttúrunnar hendi? Vandinn er sá að sýklarnir sem herja á okkur og aðrar lífverur hafa í mörgum tilvikum fundið leið fram hjá varnar-peptíðum með því að bæla þau og þar með brjóta þær sér leið inn fyrir lífhimnu lífveranna sem þær sýkja. Þetta finnum við í hvert sinn sem við kvefumst eða fáum hálsbólgu.

Nær einn milljarður í styrk til að þróa lyf til að verjast sýkingum

„Styrkurinn sem við fáum felst í því að styðja okkur við að smíða efni sem verða notuð til að snúa þessu ferli við í mönnum. Þannig að þótt sýklar ráðist á fyrsta varnarkerfið þá munu efnin kveikja aftur og aftur á því til að drepa sýklana og draga þannig úr þörf fyrir sýklalyf og raunar önnur lyf gegn sýkingum,“ segir Guðmundur Hrafn.

Efnin sem Guðmundur Hrafn talar um eru vísar að lyfjum sem ætlunin er að koma á markað innan tveggja ára. Lyfin verða þróuð af íslenska sprotafyrirtækinu Akthelia í samvinnu við vísindafólk í Evrópu en risastyrkurinn frá Evrópusambandinu mun veita þessu verkefni mikinn byr í segl. Hann hljóðar upp á hartnær einn milljarð króna. Akthelia er eitt af fjölmörgum sprotafyrirtækjum sem orðið hafa til innan Háskóla Íslands.

Guðmundur segir mikilvægt að átta sig á því að lyfin verði þróuð gegn sýklum sem séu nú orðnir ónæmir fyrir þeim sýklalyfjum sem eru notuð. Einnig mun vísindateymið þróa efnin gegn veirum og sveppum og ákveðnum bólgusjúkdómum. Þetta sé gríðarlega brýnt því líkur aukist á að faraldrar framtíðarinnar muni einkennast af bakteríum sem hafa myndað þol gegn þeim lyfjum sem við nú þekkjum.

Samanburðurinn við bóluefni

Allflestir kannast við bóluefni en þau hafa valdið straumhvörfum í baráttu okkar við veirur og verið mikið í umræðunni í tengslum við baráttuna við COVID-19. Með því að gefa spendýrum bóluefni og öðrum lífverum með flókin ónæmiskerfi eru ákveðnar blóðfrumur örvaðar til að geta brugðist við ákveðnum sýklum síðar. Ónæmiskerfi líkamans myndar þá minni gegn tilteknum sýkli, þótt viðkomandi hafi aldrei sýkst, en ef sýkilinn svo kemst í blóðrásina þá er hann þekktur og varnarfrumurnar bregðast nær samstundis við sýkingunni og veikindi verða skammvinn eða engin.

Fyrsta varnarkerfið sem Guðmundur Hrafn er að endurvirkja í mönnum vinnur öðruvísi. Þegar það er í fullri virkni þá ná sýklarnir ekki inn fyrir lífhimnuna eða í miklu minna mæli en annars sem gerir öðrum varnarkerfum líkamans eins og átfrumum einfaldara að kljást við sýklana auk þess sem miklu minni skammta þarf af sýklalyfjum ef grípa þarf til þeirra.

„Það er fyrirsjáanlegt með þessu verður dregið úr notkun sýklalyfja, ekki það að sýklalyfin séu ekki frábær lyf en bakteríurnar eru bara orðnar ónæmar fyrir þeim. Þessar bakteríur eru hins vegar næmar fyrir fyrsta varnarkerfinu. Ef við örvum þetta kerfi,“ segir Guðmundur Hrafn, „þá erum við á grænni grein.“

„Í doktorsnáminu var ég að rannsaka ónæmiskerfið í skordýrum. Við brutum það upp og um leið og við fundum virku efnin í þessu gríðarlega kraftmikla varnarkerfi skordýranna þá vöknuðu spurningar hjá okkur hvort hliðstætt kerfi væri í spendýrum eins og í okkur mönnum,“ segir Guðmundur Hrafn.

Afkastamikill vísindamaður

Guðmundur Hrafn Guðmundsson er einn af akastameiri vísindamönnum HÍ. Hann lærði fyrst líffræði við HÍ og lauk þaðan BS-prófi árið 1984, sama ár og Wham-tvíeykið sló í gegn með laginu „Wake me up before you go, go“. Fjórum árum síðar hafði hann lokið meistaragráðu frá Stokkhólmsháskóla og hann lauk doktorsgráðu frá sama skóla árið 1992. Guðmundur Hrafn hóf þá störf sem nýdoktor við einn virtasta háskóla í heimi, Karolinska í Svíþjóð, og varð árið 1999 dósent í ónæmisfræði við sömu háskólastofnun. Þarna hófust fyrstu meiri háttar uppgötvanir Guðmundar og samstarfsmanna sem hafa nú leitt til þessarar niðurstöðu að íslenskir vísindamenn við HÍ og Akthelia fá risatyrk til rannsókna til úrlausnar á einu erfiðasta viðfangsefni mannkyns um þessar mundir, baráttuni við lyfjaónæmar bakteríur.

Skordýr lykillinn að risauppgötvun

Margir hafa mikla óbeit á skordýrum. Þau eru enda helstu keppinautar manna um fæðu því þau éta uppskeru bænda í stórum stíl, valda tjóni á matjurtum auk þessa að dreifa sýklum. Skordýr eru ríkjandi flokkur dýra á jörðinni og sum eru meira en bara hvimleið. Þannig valda t.d. moskítóflugur dauða fleiri manna á hverju ári en krabbamein. En hvað sem okkur kann að finnast um skordýrin þá eru þau gríðarlega mikilvægur partur af lífríkinu og hafa að auki öflugt peptíðkerfi til varna gegn sýkingum hliðstætt því sem er í okkur mönnum. Það var samt ekki vitað fyrr en með rannsóknum vísindateyma þar sem Guðmundur Hrafn gegndi mikilvægu hlutverki sem kornungur maður.

Þegar Guðmundur Hrafn var að stíga fyrstu skrefin í rannsóknum sínum hjá Karolinska fann hann ásamt vísindateyminu, sem hann starfaði með, efni í manninum sem voru lík þeim efnum sem þeir höfðu áður uppgötvað í skordýrum, þ.e. varnar-peptíðum.

„Þetta hangir allt saman. Þróunarlega eru menn og skordýr skyldar verur,“ segir Guðmundur Hrafn. „Vandamálið er það sama fyrir skordýrin og okkur að verjast sýkingum. Það væri ekki hægt að bólusetja skordýr. Það er ekki pláss fyri svo flókið ónæmiskerfi í skordýrum eins og er í okkur mönnum. En þau hafa rosalega kraftmikið grunnvarnarkerfi sem er í okkur líka. En vísindamenn hoppuðu svolítið yfir þetta fyrsta kerfi í okkur mönnunum í rannsóknum sínum við greiningar á markfrumum bólusetninga, mest var horft í svokallaðar B-frumur, sem framleiða mótefni gegn sýkingum, og T-frumur sem ráðast beint á frumur sem eru sýktar.“

Guðmundur Hrafn segir að með kortlagningu á þessu kerfi í mönnum hafi orðið uppgötvanir sem muni skipta gríðarlega miklu máli.

„Prófessorinn sem ég var hjá í doktorsnáminu í Svíþjóð lýsir fyrsta peptíðinu sem er varnarpeptíð í skordýrum. Svo fundum við það sama í manninum og við kortlögðum það, við reyndum að skilja stjórnunina og það komst áleiðis en mun skýrast í smáatriðum í verkefninu okkar. Við sáum að þetta er bælt í ákveðnum sýkingum í mönnum. Hugmyndin er að kveikja á þessu aftur og snúa þessu ferli við með lyfjum sem við þróum. Þetta breytir mjög miklu varðandi baráttuna við sýklana, ekki síst þá sem eru ónæmir fyrir sýklalyfjum sem við nú notum.“