Ved at fermentere afføring håber forskere at skabe fremtidens medicin til mave- og tarmlidelser

De fleste mennesker modtager vaccinationer uden at tænke på, at medicinen begyndte som et væskende udtræk fra bylder på syge køer. Ligesom en penicillin-pille i dag er langt fra sit ophav, som mug i Alexander Flemings petriskål, befængt med stafylokokker.

Nu nærmer endnu en form for livsvigtig medicin sig måske samme udvikling: Fæces-transplantation, hvor menneskelig afføring doneres fra en person til en anden, redder hvert år hundredevis af menneskeliv alene i Danmark. Men i fremtiden kan behandlingen blive et renere behandlingsmiddel og få et langt bredere potentiale - langt fra den afføring, som er udgangspunktet.

”Håbet er, at vi i sidste ende har et produkt, som er renset for bakterier og potentielt skadelige virus. Så det, der er tilbage, er en rendyrket portion af de gavnlige virus, bakteriofager, der forhåbentligt kan bekæmpe en række tarmlidelser og på sigt vil kunne indgå i behandlingen af en lang række sundhedsudfordringer,” siger adjunkt Torben Sølbeck Rasmussen fra Institut for Fødevarevidenskab på Københavns Universitet.

Sammen med professor Dennis Sandris Nielsen fra samme institut, og en række internationale forskere, står han bag ny forskning, hvis langsigtede mål er, at behandlingsformen kan blive en regulær pille i lægens arsenal eller på apotekshylden. Tilpasset den enkelte, men tilgængelig for alle. Vejen dertil er dog endnu lang.

”I dag behandles kun meget syge med fæcestransplantation. Typisk mennesker, som ellers er i livsfare pga. infektion med bakterien Clostridoides difficile. Donorerne screenes grundigt for en række kendte sygdomsfremkaldende bakterier og virus, men det er dyrt, og der er altid en vis usikkerhed, fordi det eksakte indhold af den fæces, som doneres, varierer fra donation til donation. Ved hjælp af denne teknik, kan vi komme en del tættere på en standardiseret behandling, hvor vi ved, hvad det er, patienten modtager,” forklarer Dennis Sandris Nielsen.

Udnytter teknik fra madkundskaben

Deres nye metode udnytter fermentering, en gæringsteknik kendt fra madkundskaben, når der laves fx kombucha, kimchi eller surdejbrød. Det er her, forskernes ekspertise i fødevarevidenskaben kommer ind i billedet.

Den går kort sagt ud på, at man, under gunstige forhold i en tætsluttet beholder, fodrer en bakteriekultur på en måde, der fremmer gavnlige mikroorganismer. Meget passende er fermentering også den proces, hvor man dyrker mikroorganismer industrielt for at producere et bestemt stof.

I dette tilfælde starter forskerne med en bakteriekultur i form af afføring, og slutproduktet er en meget kompleks mixtur af bakterier og såkaldte bakteriofager, der er virus, som kun angriber bakterier.

Teknikken anvender en såkaldt kemostat - en beholder, der løbende tilsættes væske med bestemte næringsstoffer – et ”vækstmedie”, men også aftappes samme væskemængde.

Beholderen er fra start tilsat noget afføring, og effekten af væskeudskiftningen er, at der opdyrkes flere af de bakterier (og bakteriofager), der vokser godt i det givne vækstmedie, mens det øvrige indhold fortyndes. Herunder de virus, der kan inficere mennesker (eukaryote), som gradvist fjernes helt.

Forskerne er således i stand til at styre indholdet af kemostaten ved hjælp af vækstmediets sammensætning kombineret med den fortynding, som væskeudskiftningen medfører.

Målet er at skabe en ligevægt med en bestemt sammensætning af bakterier og bakteriofager. Det giver nemlig den vigtige standardisering, fordi det, der tappes ud, vil være det samme indhold hver gang, så længe ”samfundet” af mikroorganismer er i balance. Og har man en standardisering, vil det gøre behandlingen skalerbar og mere sikker, fordi man ved, hvad indholdet er.

De fleste mus kureres af mixturen

Den nye teknik med fermentering i kemostat har forskerne testet på mus i to forsøg, hvor to forskellige lidelser er blev forsøgt behandlet. Det ene forsøg skulle behandle fedme[LINK], og det andet en infektion med den dødelige bakterie C. difficile[LINK], som ikke kun er er livsfarlig for mennesker, men også mus.

Det tydeligste resultat fandt de hos musene inficeret med C. difficile bakterien: Her blev de fleste mus, der fik mixturen, helt raske, alt imens et klart flertal i kontrolgruppen døde af sygdommen.

”Vores efterfølgende tests tyder på, at i hvert fald fem ud af de otte mus blev kureret af behandlingen. I et første forsøg med fermentering, hvor vi forventer at kunne optimere processen, må siges at være en succes,” siger Torben Sølbeck Rasmussen.

Forsøget med behandling af fedme viste også en virkning, om end mere afdæmpet. Kombinationen af den dokumenterede virkning på begge lidelser gør studierne stærke sammen, og viser et glimt af en lys fremtid for behandlingsformen.

Med større sikkerhed vil flere kunne hjælpes

Fæces-behandling bruges i dag kun som standardbehandling til enkelte svære mave- og tarmsygdomme, som infektion med bakterien C. difficile (CDI), hvor patienternes liv er i fare. Her er det effektivt for ni ud af ti patienter og redder mange liv.

Det skyldes, at selve donationen er en ”black brown box”, som forskerne i feltet kalder det. Man kender ikke det nøjagtige indhold af donorernes afføring, eller den præcise effekt overførslen af disse mikrober har for modtageren. Derfor er brugen stadig ret begrænset.

”Men vi ved, at tarmens sundhed er afgørende for en lang række lidelser, og for den almene sundhed. Så potentialet er stort for langt flere behandlingsformål, hvis vi er i stand til at skabe et standardiseret, sikkert produkt med disse udvundne bakteriofager,” Torben Sølbeck Rasmussen.

Blandt de fremtidige behandlingsmuligheder er blandt andet astma og type 1 diabetes oplagte, ifølge Dennis Sandris Nielsen, men det ville betyde behandling fra barnsben.

”Der er stor forskel på at behandle dødsyge ældre mennesker, der ingen alternativer har, og så en 9 måneder gammel baby, som har en vis risiko for at udvikle astma. Det understreger bare behovet for den her standardisering, som vi forsøger at udvikle. Skal vi nå der til, må sikkerheden være helt i top,” siger Dennis Sandris Nielsen.

*

Fakta: bakteriofager

Virus, der kun inficerer bakterier, er meget specifikke, og den enkelte bakteriofag angriber kun ganske bestemte bakterier.

Har man en cocktail af ”de rigtige” bakteriofager, kan de derfor være meget effektive til behandling af infektioner, men er også essentielle for et sundt tarmsystem i balance.

Fakta: Du er hvad du spiser, fordi din mave er en have

I vores tarme lever 100 billioner mikroorganismer. Nogle er gavnlige for os, andre skadelige - få decideret farlige. Og så er der alle dem, vi stadig ikke aner, hvilken rolle spiller for vores sundhed.

Overordnet er en sund tarm dog en tarm i balance, der har en mangfoldig tarmflora (mikrobiom), frem for at være domineret af få bakterier.

I dag ved vi, at tarmens sundhed præger vores almene sundhed på en lang række områder: Mental sundhed, fedme, immunforsvaret og koncentrationsevnen.

Vi er i høj grad med til selv at forme vores tarmsystem. Bakterier er nemlig specialiserede til at nedbryde forskellige fødevarer. Spiser du meget broccoli, fodrer du, ifølge forskerne, også de sunde bakterier, der lever af det - og det vil også gøre dig sund.

Fakta: Fæces-behandling i dag og i fremtiden

Et sundt tarmsystem er et økosystem i balance, hvor mikrobiomet – eller tarmfloraen - er i stand til at stabilisere sig selv, hvis en art kommer i overtal – ligesom dyrene på savannen.

Med en stor ubalance kan en ny tilstand dog blive stabil, og så kan det være svært at komme tilbage. Folder og kroge i tarmsystemet, hvor gavnlige bakterier kan vokse tilbage fra, er ofte vores redning, men antibiotika eller dårlig tarmsundhed kan ødelægge den evne.

Ældre med svækkede immunforsvar rammes eksempelvis af livsfarlige infektioner med bakterien C. difficile. Så tilbydes de i dag fæces-behandling fra sunde donorer. Små kapsler med afføring fra en screenet donor indtages som en pille, der opløses nede i tarmen, og tilfører virus og flere af de fredelige bakterier, der er i undertal. En behandling, der hvert år redder mange liv alene i Danmark.

Men behandlingen kan altså i fremtiden blive erstattet af et opdyrket alternativ. Her er grundideen, de opdyrkede bakteriofager kan fjerner skadelige bakterier og holder dem nede, til tarmens egne fredelige bakterier vinder tilbage og genopretter den sunde balance.

Fakta: Om de tre studier

Forskerne har afprøvet i alt tre metoder til at beholde og opdyrke bakteriofager fra fæces – og samtidigt fjerne uønskede bakterier og eukaryote virus (”menneske”-virus).

Metoderne blevet testet på to hold af forsøgsdyr, i begge tilfælde med en kontrolgruppe, der i stedet for mixturen fik saltvand.

• I første studie blev metoderne brugt til behandling af fedme i 48 mus, opdelt i tre behandlingsgrupper og tre kontrolgrupper.
• I et andet studie blev infektion med C. difficile bakterien ligeledes behandlet i 48 mus, som var delt i samme behandlings- og kontrolgrupper.
• I det tredje teoretiske forskningsstudie beskriver forskerne designet af den mest succesfulde af metoderne.

 

Foruden Torben Sølbeck Rasmussen og Dennis Sandris Nielsen, har følgende forskere har medvirket til studierne:

 

Studie 1:
Xiaotian Mao, Sabina Birgitte Larsen, Josue Leonardo Castro Mejia, Frej Larsen fra Institut for Fødevarevidenskab, Københavns Universitet

Line Sidsel Fisker Zachariassen, Axel Kornerup Hansen, Camilla Hartmann Friis Hansen og Anders Brunse fra Institut for Veterinær- og Dyrevidenskab, Københavns Universitet

Signe Adamberg og Kaarel Adamberg fra Institut for Kemi og Bioteknologi, Tallinn Teknologiske Universitet, Estland

Studie 2:

Xiaotian Mao, Sarah Forster, Sabina Birgitte Larsen, Kaare Dyekær Tranæs, Frej Larsen, Josue Leonardo Castro Mejia fra Institut for Fødevarevidenskab, Københavns Universitet

Alexandra Von Münchow, Axel Kornerup Hansen, Camilla Hartmann Friis Hansen og Anders Brunse fra Institut for Veterinær- og Dyrevidenskab, Københavns Universitet

Signe Adamberg og Kaarel Adamberg fra Institut for Kemi og Bioteknologi, Tallinn Teknologiske Universitet, Estland

Studie 3:

Sabina Brigitte Larsen fra Institut for Fødevarevidenskab, Københavns Universitet

Signe Adamberg, Xiaotian Mao og Kaarel Adamberg fra Institut for Kemi og Bioteknologi, Tallinn Teknologiske Universitet, Estland