Infektiosairaudet ovat virusten, bakteerien, sienten ja loisten aiheuttamia tulehdustiloja. Bakteeri- ja sieni-infektiosairauksien hoito perustuu erityisesti antimikrobilääkkeisiin, kun taas virusinfektioiden hoidossa keskitytään usein oireiden lieventämiseen.
Infektioiden hoito aloitetaan usein parhaaseen käytännön tietoon perustuvalla lääkityksellä ilman täydellistä ymmärrystä sen tehosta. Vaikka hoitovasteen arviointiin on olemassa erinäisiä testejä, pääsääntöisesti hoidon vaikuttavuutta tarkastellaan kuitenkin seuraamalla infektio-oireita.
Uusimmat sekvensointitekniikat ovat arkipäiväistäneet perimien ja niiden ilmentymistuotteiden kartoitukset. Tekniikat ovat myös mahdollistaneet mikrobistojen kuvaamisen jopa kanta- ja geenitasolla. Nykykäytännössä mikrobistotason sekvensointia kuitenkin hyödynnetään harvoin infektioiden hoitovasteen arvioimisessa.
Nyt Helsingin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet yhdessä HUSin kanssa uudenlaista sekvensointiin perustuvaa menetelmää infektiosairauksien osoitukseen ja niiden hoitovasteen arviointiin. Menetelmän kuvaus ja alustavat tulokset sen hyödyntämisestä haavainfektion hoitovasteen arviointiin on julkaistu Clinical Microbiology and Infection -lehdessä.
– Menetelmän avulla infektiokudoksesta voidaan kartoittaa aktiivisina olevat mikrobit ja niiden geenitoiminta ilman tuloksia vääristäviä välivaiheita. Menetelmällä voidaan tutkia mikrobien lääkeresistenssimekanismien ja muiden hoidon kannalta olennaisten biologisten mekanismien toimintaa luotettavasti infektion aikana tai hoidon jälkeen. Sen avulla on mahdollista ymmärtää nopeasti, ovatko aiheuttajamikrobit vähentymässä vai lisääntymässä, kertoo bioinformaatikko, filosofian tohtori Matti Kankainen Helsingin yliopistosta.
Menetelmällä saatiin tieto taudinaiheuttajan poistumisesta ja osoitettiin mikrobiston normalisoituminen
Kehitetty ratkaisu toimii seuraavasti: potilaasta otetaan tulehdusnäyte, josta eristetään biologisten toimintojen perustana olevat geeni-ilmentymistuotteet eli näytteen RNA. Tämän jälkeen mikrobiperäinen RNA rikastetaan, jotta taudinaiheuttajista saadaan mahdollisimman paljon tietoa. RNA luetaan sekvensoimalla, ja lopuksi saatu suuri tietomäärä analysoidaan eri algoritmien avulla.
Tutkijat sovelsivat ratkaisua vaikeaan haavainfektioon. Tutkimuskohteena oli palovamma, jonka haava-aluetta oli hoidettu kolmella eri antibioottihoidolla tuloksetta jo lähes sadan päivän ajan. Infektio kuitenkin uusiutui toistuvasti. Neljännen antibioottihoidon aloituksen jälkeen tutkijat ottivat potilaalta tutkimusnäytteet. Niihin sovellettiin sekä projektissa kehitettyä ratkaisua että yleisemmin käytettävää 16S rRNA -geenin monistusta ja sekvensointia. Vastaavat näytteet kerättiin myös kontrollipotilaalta.
Neljäs antibioottihoito osoittautui tehokkaaksi, ja se vähensi potilaan oireita merkittävästi. Uudella menetelmällä saadut tulokset vastasivat potilaan kliinistä tilannekuvaa ja vahvistivat taudinaiheuttajan poistumisen. Lisäksi ne osoittivat mikrobiston normalisoitumisen. Vastaavaa normalisoitumista ei puolestaan havaittu 16S-tutkimuksessa. Mikrobien DNA:n melko hitaan hajoamisen takia vertailumenetelmällä tosin voitiin tunnistaa jo eliminoiduksi tulleet viimeisimmät todennäköiset taudinaiheuttajat.
Metatranskriptomiikasta vastaus myös infektiosairauksien diagnostiikkaan?
Tutkimuksessa käytettyä lähestymistapaa eli mikrobi-ilmentymistuotteiden kokonaisvaltaista selvittämistä kutsutaan metatranskriptomiikaksi. Sen käyttö on lisääntynyt viime aikoina, mutta infektiokudosten analysoinnin hankaluus ja kudosten vähäiset mikrobimäärät ovat kuitenkin estäneet metatranskriptomiikan kliinisen hyödyntämisen laajamittaisesti.
– Tutkimuksemme tulokset osoittavat, että sekvensointipohjainen ratkaisu soveltuu myös hankalien ja erittäin pieniä mikrobimääriä sisältävien näytteiden analysointiin. Taudinaiheuttajien tunnistamisen lisäksi sen avulla voidaan kartoittaa mikrobi-isäntävuorovaikutuksia uudella tavalla ja löytää vielä tuntemattomia tautimekanismeja. Jatkamme menetelmän kehittämistä laboratoriossamme käynnissä olevien laajempien potilastutkimusten avulla. Lisäksi selvitämme tekniikan eri sovellusmahdollisuuksia, sanoo Helsingin yliopiston farmakologian dosentti Esko Kankuri.
Infektionäytteille sovelletun ratkaisun kehityksestä vastasi Helsingin yliopiston tutkijatohtori Teija Ojala. Seuraavaksi Ojala hyödyntää luomaansa menetelmää koronaviruksen aiheuttamien virusinfektioiden molekyylibiologian ymmärtämiseen.
Tutkimusta rahoittivat Suomen Kulttuurirahasto ja Suomen Akatemia. Tutkimus on myös osa Helsingin yliopiston antibioottiresistenssitutkimukseen liittyvää HiLIFE-kärkihanketta. Ratkaisun jatkokehitys ja tuotteistaminen on käynnistetty Business Finlandin rahoittamassa yhteistyöprojektissa Perkin Elmer Finland Oy:n, Immuno Diagnostic Oy:n, VM-IT Oy:n ja Orinoco Oy:n kanssa.
Lisätietoja:
Matti Kankainen, FT, Helsingin yliopisto & HUS Diagnostiikkakeskus
Puh. 050 428 6527
Sähköposti: matti.kankainen@helsinki.fi
Esko Kankuri, dosentti, Helsingin yliopisto
Puh. 040 703 7338
Sähköposti: esko.kankuri@helsinki.fi
Viite: Teija Ojala, Andrew Lindford, Kirsi Savijoki, Heli Lagus, Jenni Tommila, Alan Medlar, Pentti Kuusela, Pekka Varmanen, Liisa Holm, Jyrki Vuola, Esko Kankuri, Matti Kankainen. Metatranscriptomic assessment of burn wound infection clearance. Clin Microbiol Infect. 2020. DOI: 10.1016/j.cmi.2020.07.021.