Som molekylærbiolog starter man med at lære det grundlæggende om DNA-koden. Læsning og oversættelse af koden kommer først, og derefter kan du gå videre til at foretage din egen omhyggelige redigering ved hjælp af klip og indsæt og kopier og indsæt. Når du har tilegnet dig disse færdigheder, kan du manipulere gener, genomer og proteiner for at undersøge, hvordan cellerne “fungerer”, og justere den måde, de fungerer på. Disse teknikker er blevet kraftigere, mere alsidige og billigere i de seneste år, parallelt med forbedringerne inden for informationsteknologien. F.eks. er DNA-sekventering, eller evnen til at “læse” et helt genom, nu tilgængelig for ethvert rimeligt ressourcestærkt forskerhold.
Teknikkerne er vigtige, men det er i virkeligheden det, man gør med dem, der kan fange fantasien. Opdagelsen af vigtige sygdomsrelaterede gener, ofte mange år efter at man kender konsekvenserne af deres handling eller manglende handling, har været en kilde til inspiration for mig personligt. Jeg husker især, at jeg læste om identifikationen af cystisk fibrose-genet i 1989, da jeg påbegyndte min ph.d., og at jeg hørte om identifikationen af leptin-genet, der er forbundet med fedme, som postdoc i 1995. Derefter så jeg, hvilken indvirkning genopdagelsen kunne have på mit eget molekylære parasitologisamfund: malariaparasittens var-gener i 1995, det afrikanske trypanosoms humane serumresistens-associerede gen i 1998 og malariaparasittens chloroquinresistenstransporter i 2000 er blot nogle få eksempler herpå. Det er dog stadig en udfordring at identificere gener, der er involveret i en bestemt proces af interesse. Opdagelsen af et nyt og vigtigt gen er også kun det første skridt i en forskning, der har til formål at opnå en fuldstændig forståelse af funktionen og potentialet som f.eks. et terapeutisk mål eller en vaccinationskandidat. De udestående udfordringer er imidlertid netop det, der fortsat driver den teknologiske innovation inden for biovidenskaberne.
Så hvordan er situationen for de encellede trypanosomatiske parasitter, som vi arbejder med i Dundee? Disse meget bevægelige celler, der er omkring 1/50 af en millimeter lange, spredes mellem pattedyr ved hjælp af blodsugende insekter. De har en ødelæggende indvirkning på verdens fattige, idet de forårsager de “oversete tropiske sygdomme” afrikansk trypanosomiasis, Chagas sygdom og leishmaniasesygdomme. Konsekvenserne af denne række sygdomme hos mennesker og dyr er hundredtusindvis af dødsfald hvert år og omkring en million tilfælde om året af de vansirende læsioner, der er forbundet med kutan leishmaniasis. Trypanosomer begrænser også alvorligt importen af modtagelige heste, kvæg, får og geder i hele Afrika.
Vi har fokuseret på især afrikanske trypanosomer og ser, at antiparasitære tilpasninger i værten og antiparasitære lægemidler konstant er truet af forældelse i “våbenkapløbet” mellem os og parasitterne. I håb om at hjælpe med at få overtaget i dette kapløb har vi tilpasset en genetisk screeningsmetode, der gør det muligt at undersøge alle parasitgener for deres rolle i forbindelse med lægemiddelvirkning og lægemiddelresistens. Dette afslørede >50 nye gener, der er knyttet til lægemidler i klinisk brug. Lægemidlerne nifurtimox og eflornithin anvendes f.eks. i vid udstrækning som en kombinationsterapi. Vi bekræftede, at nifurtimox omdannes til et mere potent lægemiddel af et parasitenzym, og vi fandt, som også rapporteret uafhængigt af andre grupper, at eflornithin optages af en aminosyretransportør fra parasitten.
Et meget ældre lægemiddel, suramin, blev fundet at komme med ind i cellen via et parasitoverfladeprotein. Dette var en særlig tilfredsstillende opdagelse, fordi Paul Ehrlich, “kemoterapiens fader”, som for over 100 år siden udviklede både hypotesen om den “magiske kugle” og forløberne for suramin, udtalte: “Når vi først kender flertallet af de kemiske receptorer hos en bestemt slags parasitter … vil vi have vidtrækkende muligheder for at angribe dem samtidig med forskellige midler” (Ehrlich, 1913). Vi har altså fundet en af Ehrlichs “chemioreceptorer”, og det giver faktisk nye muligheder for terapeutisk udvikling.
Et andet fund vedrørte to andre gamle lægemidler, for hvilke der for over 60 år siden var blevet rapporteret om krydsresistens. Denne krydsresistens over for melarsoprol og pentamidin var forbundet med en defekt i et aquaglyceroporin, en anden parasitmembrantransportør. Resistens over for melarsoprol, et temmelig giftigt, men ellers effektivt arsenholdigt lægemiddel, var blevet observeret hos op til 50 % af patienterne i visse områder. Hold, der indsamlede og opbevarede resistente parasitter fra hele Afrika, var i stand til hurtigt at identificere defekter i denne transportør og spore dem tilbage til midten af 1970’erne. Således er de genetiske ændringer, der gjorde det muligt for trypanosomer at modstå denne særlige behandling, nu kendt, virkningen af disse ændringer kan undersøges i detaljer, og spredningen og udbredelsen af resistente parasitter kan overvåges effektivt.
Det er ganske bemærkelsesværdigt, hvordan biologiske processer ofte bliver eksperimentelt tilgængelige på uventede måder, sandsynligvis fordi vi stadig har så meget at lære om mange af dem. Dette har også været min personlige erfaring. I forbindelse med vores egne resultater var det vores arbejde med DNA-reparation, der gjorde det muligt for os at udvikle den ovenfor beskrevne genetiske screeningsmetode. Desuden var vores oprindelige motivation for at udvikle denne metode et ønske om at løse et helt andet spørgsmål om genekspression; heldigvis var vi i stand til at indlede et samarbejde med kolleger, som allerede var etablerede eksperter i lægemiddelresistens.
Det er klart, at viden om, hvordan lægemidler virker, og hvordan de holder op med at virke, bidrager til at forbedre udsigterne til at udtænke mere effektive og holdbare behandlinger og forbedrer også udsigterne til at overvåge og tackle resistens, når den opstår. Som primært “grundforskere”, der samarbejder med partnere i Dundee Drug Discovery Unit, vil vi fortsætte vores bestræbelser på at opdage og dissekere biologien i trypanosomatider, der kan behandles med lægemidler. Faktisk er der nu værktøjer og teknologier på plads til at undersøge disse kemisk-biologiske interaktioner med højere gennemløb end nogensinde før.
Da vores arbejde løbende er afhængigt af mange kollegers arbejde og opdagelser – desværre for mange til at nævne – slutter jeg med at gentage, hvad der nok er ret indlysende: Virkning mod disse og andre patogener hos mennesker og dyr kræver et fællesskab af forskere, kritisk masse, åben interaktion, samarbejde og adgang til kraftfuld teknologi, både på grundlæggende og translationelt niveau. Det er også klart, at eksperimenter med patogener fortsat vil give indsigt af langt bredere relevans for biovidenskaberne og andre områder.
- PowerPoint-slide
- større billede
- større billede
- originalbillede
https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1005430.g001