Bakteriofagi, eli faagi, on virus, joka lisääntyäkseen tunkeutuu bakteerin sisälle ja lopuksi tuhoaa sen. Toisin kuin antibiootti, joka tehoaa laajaan bakteerikirjoon, faagi tuhoaa täsmällisesti vain tietyn kohdebakteerin. Tämä on sekä hyöty että haitta: täsmälliset faagit eivät hävitä ihmisen elimistöstä hyviä bakteereita, kuten antibiootit; toisaalta, koska niin bakteereita kuin faagejakin on olemassa tuhansia ja taas tuhansia erilaisia, on onnistuneen hoidon edellytys bakteerityypin tunnistaminen ja sille sopivan faagityypin löytäminen.
”Kuten antibiootille, myös faagille voi syntyä resistenssi. Tämä kuitenkin tapahtuu vain siten, että bakteerin yksilöllinen pintarakenne, johon faagi kiinnittyy, muuttuu ja muutos on usein itsessään haitallinen bakteerille”, kertoo Mikael Skurnik.
Faagit aiheuttavat päänvaivaa bakteerien lisäksi myös lääkeyhtiöille, joiden on vaikea luoda kannattavaa liiketoimintaa kullekin potilaalle erikseen räätälöitävillä täsmätuotteilla. Tämän vuoksi faagitutkimuksen rahoitus ja hoidon kehittäminen laahaavat kaukana potentiaalisesta hyödystä. Tutkimus on kuitenkin kasvanut voimakkaasti ja johdonmukaisesti 90-luvulta lähtien, yhtä jalkaa maailmanlaajuisen antibioottiresistenssin kasvun kanssa.
Faagit osaksi hoitokeinojen perusvalikoimaa Suomessa?
Pasteur-instituutissa Pariisissa työskennellyt Félix d'Hérelle löysi faagit jo vuonna 1917. d'Hérelle huomasi punataudista toipuvan potilaan bakteerikasvustossa aukkoja. Mikä nakersi bakteeristoa? Faagihan se siellä työskenteli ja sai siltä istumalta nimekseen bakteerinsyöjä. Bakteriofagit on siis tunnettu jo kauan, ja niitä on tutkittu paljon – kuitenkin niitä käytetään potilaiden hoidossa aktiivisesti vain Venäjällä,Georgiassa ja Puolassa.
”Faagien käyttö potilaan hoidossa esimerkiksi Suomessa on jo tällä hetkellä mahdollista, mutta vain silloin, kun muut hoitokeinot on jo todettu tehottomiksi. Tämän mahdollistaa vuonna 1964 annettu Helsinki-julistus. Faageja on hyödynnetty esimerkiksi vaikeiden palovammojen hoidossa. Venäjällä faageja voi ostaa käsikauppatavarana apteekeista. Pitkän tutkimushistorian vuoksi maalla on laaja bakteriofagivalikoima, joista voidaan tehdä sekoituksia potilaan oirekirjon mukaan”, kertoo Skurnik.
Skurnik törmäsi bakteriofageihin ensimmäisen kerran vuonna 1976 omassa gradussaan. Väitöstutkimuksissaan ja sen jälkeen Skurnik tutki bakteerien taudinaiheuttamismekanismeja ja käytti malliorganismina Yersinia-suvun bakteereita. Niistä pahamaineisin on paiseruttoa aiheuttava Yersinia pestis, joka keskiajalla oli syypää pelättyyn Mustaan Surmaan. Myös näissä tutkimuksissa bakteriofageja käytettiin työkaluina. Skurnikin tie mutkitteli yliopistosta, maasta ja pestistä toiseen, kunnes meriitit ja kokemus takasivat bakteriologian professorin paikan Helsingin yliopistossa 2002. Skurnikin tutkimusryhmä työskentelee nyt kiivaasti mahdollistaakseen bakteriofagien käytön Suomessa. Tutkimusta rahoittaa vuoteen 2020 asti Aatos ja Jane Erkon säätiö sekä yliopistollisen sairaalan kautta tuleva valtion tutkimusrahoitus VTR.
Helsingin yliopiston bakteriologian professori Mikael Skurnik.
Jotta bakteriofagit saataisiin osaksi suomalaista terveydenhuoltoa, täytyy muutama aita vielä ylittää. Skurnikin tutkimusryhmä on eristänyt toistaiseksi yli 400 erilaista bakteriofagia. Niillä voidaan kattaa noin 40 % taudinaiheuttajabakteereista, joita on eristetty potilasnäytteistä HUSLABin kliinisen mikrobiologian laboratoriossa. Bakteriofageja on aina siellä, missä on myös bakteereja, ja siksi niitä eristetään tyypillisesti jätevedestä.
”Tarvitsisimme ainakin tuhannen faagin valikoiman, jotta voisimme päästä 70 % kattavuuteen potilaskantojen suhteen. Silloin bakteriofageista voisi olla hyötyä erilaisten bakteeri-infektioden hoidossa ja järjestelmän ylläpitoon tarvittava investointi maksaisi itsensä takaisin säästyneinä sairas- ja hoitopäivinä”, Skurnik toteaa.
Faagien tutkiminen on muuttunut teknologian kehityksen myötä huomattavasti halvemmaksi. Esimerkiksi vuonna 2004 Skurnik määritti yhden bakteriofagin genomin emäsjärjestyksen ja hintalappu oli liki 50 000 euroa, nykyään sama tulos saadaan aikaan alle 100 eurolla.
”Vaikka bakteriofagin käyttö edellyttää niin bakteerikannan kuin faaginkin tunnistamista, voi hoito silti olla ripeää. Viimeisimmässä palovammatapauksessa saimme hoidon käyntiin selvästi alle viikossa. Minun näkemykseni on, että tulevaisuudessa potilasnäytteestä eristetyt antibiooteille resistentit bakteerikannat tulisi saman tien toimittaa faagilaboratorioon, jossa selvitettäisiin nopeasti löytyykö sopivaa faagia valikoimista tai pitääkö sellainen etsiä. Tällainen hoitojärjestelmä vaatii tietenkin tilat ja henkilökunnan, ja niille rahoituksen. Yksi bakteriofagien hyödyntämismahdollisuus on niiden käyttö ennaltaehkäisevästi, esimerkiksi ientulehduksia vastaan, tai jopa probiootteina”, Skurnik kertoo.
Bakteriofagien eristämismenetelmä ja hoitotuotteiden valmistusmenetelmät tulee myös hioa huippuunsa, ennen kuin faagit voidaan ottaa hoitovalikoimaan. ”Lääkealan turvallisuus- ja kehittämiskeskus Fimea tarkistaa prosessit siten, että potilasturva taataan. Kuten minkä tahansa muunkin lääkkeen, tulee faagien puhtaus ja turvallisuus olla ensiluokkainen”, kertoo Skurnik.
Nanoselluloosa tarjoaa faageille mukavat olot säilytyksessä ja kuljetuksessa
UPM ja Mikael Skurnik löysivät toisensa vuonna 2017 järjestetyillä HiLIFE Goes Business -messuilla, joilla UPM esitteli GrowDex-nanoselluloosageeliä. Skurnik otti samana päivänä yhteyttä UPM:ään ja yhdessä päätettiin tutkia, tulevatko GrowDex ja bakteriofagit toimeen toistensa kanssa. Faagien käyttö yhtenä hoitokeinona muiden joukossa vaatii ympärilleen vakioidut toimintatavat, joiden yksi elementti on faagien turvallinen ja toimiva kuljetus potilaan luokse. GrowDex on jo osoittautunut bakteriofagien säilytykseen ja kuljetukseen sopivaksi alustaksi.
”Lähdimme tutkimaan miten nämä kaksi suhtautuvat toisiinsa ja miten nanoselluloosan viskositeettia ja muita ominaisuuksia voitaisiin hyödyntää faagitutkimuksessa ja -kehitystyössä. Havaitsimme pian ettei nanoselluloosalla ole haitallisia vaikutuksia faageihin.”
Pieni, halkaisijaltaan 2,3 millimetrin pisara faagi-GrowDex seosta applikoidaan mikrotiitterilevyn kuoppaan, ja se suljetaan. GrowDexin ominaisuuksien vuoksi seos tarttuu kuopan pohjaan ja pysyy siinä kiinni kuljetuksen ajan roiskumatta ympäriinsä.
”Teimme käytännön testin, jossa lähetimme 96-kuoppaisen mikrotiitterilevyllisen seosta postitse tutkijakollegalle Raisioon talvella, kun pakkasta oli 15 astetta. Muutaman päivän kuluttua kollega toi paketin meille takaisin ja havaitsimme, että GrowDex-pisarat olivat pysyneet nanoselluloosan ominaisuuksien avulla levyn pohjalla ja bakteriofagit olivat hengissä ja infektiokykyisiä. Teimme toisen samanlaisen testilähetyksen Saksaan”, Skurnik kuvailee.
Lisätutkimuksia tehdään parhaillaan GrowDexin käytöstä mahdollisissa bakteriofagivalmisteissa, kuten geeleissä ja haavanhoitovalmisteissa, joiden avulla faagit viedään tulehtuneelle alueelle töihinsä.
”Tämäntapainen yritysyhteistyö avaa erilaisia ideoita ja sovelluksia siihen, millä tavalla tuotteita voidaan hyödyntää. Kun eri alojen ihmiset kohtaavat, syntyy aina uusia näkökulmia”, Skurnik sanoo.
Oletko sinä valmis kohtaamaan täsmälliset faagit? Antibiottiresistenssin maailmanlaajuisesti kasvaessa, voi faagi vielä olla arvaamattoman arvokas virusystävä yhdelle jos toisellekin.
Saara Töyssy
