Tautibakteerit viestivät keskenään, ja moni sairaus johtuu tästä. Nyt tutkijat keksivät keinoja, joilla tukkia bakteerien suut.


Nyt tutkijat keksivät keinoja, joilla tukkia bakteerien suut.



Hymyile. Katso peiliin. Näkyykö hammasrivistössäsi plakkia?

Kellertävä plakkisi ei ole vain tahmaista töhkää, kuten olet saattanut ajatella, vaan bakteerien muodostamaa kiisselimäistä puuroa, jota tutkijat kutsuvat biofilmiksi. Suomalaista nimeä sillä ei ole, mutta lähin suomennos lienee biokalvo. Hampaisiin muodostuneen biokalvon alla voi elää satoja erilaisia bakteereja.

Hampaat eivät ole ainoa paikka, johon kiisseliä muodostuu. Avaa keittiön pesualtaan viemäriputki ja kokeile sen sisäpintaa. Liukas tahmeus on bakteerien muodostamaa kiisseliä. Sitä kasvaa myös nivelproteesien, piilolinssien ja tahdistimien pinnoille, ja sieltä käsin se voi aiheuttaa vaikean infektion. Erityisen vakava tilanne kehittyy kystistä fibroosia sairastavien keuhkoissa, missä biokalvot turpoavat paksuksi hyytelöksi ja hankaloittavat keuhkojen toimintaa. Arviolta 80 prosenttia ihmisen bakteeri-infektioista syntyy biokalvon suojissa. Esimerkiksi MRSA-sairaalabakteeri toimii näin.

Biokalvot muodostavat bakteerien vastaisessa taistelussa kaksinkertaisen ongelman. Ensinnäkin useimmat bakteerit eivät kykene aiheuttamaan minkäänlaista infektiota, elleivät ne pääse järjestymään biokalvojen sisään.

Toiseksi biokalvot nujertavat antibiootteja kahdella tavalla. Joissakin tapauksissa antibiootit ilmeisesti hajoavat ja lakkaavat toimimasta kulkiessaan biologisesti aktiivisen kiisselin läpi. Toiseksi osa biokalvon alla elävistä bakteereista vaipuu lepotilaan, jolloin antibiootit eivät tehoa niihin. Biokalvon alla elävien bakteerien antibiootinsieto on noin tuhat kertaa parempi kuin vapaana elävien bakteerien.

Nyt pitkäaikaisten bakteeri-infektioiden kimppuun halutaan käydä uusin asein. Jos bakteerit eivät tee pahojaan ilman biokalvoa, estetään biokalvoja kasvamasta.


Bakteeri aistii joukkovoiman

Biokalvojen muodostusta on helpompi ymmärtää, jos kuvittelet hetken, että olet pieni bakteeri. Suuontelo on sinulle maailman kokoinen, ja ajelehdit avuttomana syljen muodostamassa valtameressä. Yhtäkkiä liike loppuu ja tälläydyt kiinni hammasväliin.

Ympärillä avautuu pelkkää pimeää joka suuntaan. Tiedät, että yksin mahdollisuutesi selvitä ovat käytännössä olemattomat. Siksi koetat ottaa yhteyttä muihin bakteereihin vapauttamalla ympäristöön kemikaalia, jonka lajikumppanisi tunnistavat. Jos kuulut bakteerien pääryhmään, jota nimitetään gram-negatiivisiksi, tuo kemikaali on asyylihomoseriinilaktonia. Toisen pääryhmän, gram-positiivisten, viestiaineena toimii tietty peptidiketju eli proteiinia pienempi aminohapporihma. Tietämättäsi millimetrin tuhannesosan päässä sinusta on toinen bakteeri, joka vapauttaa samaa kemikaalia. Kun kemikaalin pitoisuus lisääntyy, huomaat, että täällä on muitakin.

Tästä bakteerien välisestä keskustelusta käytetään nimitystä quorum sensing, päätösvaltaisuuden aistiminen. Sillä tarkoitetaan bakteerien kykyä tuntea, miten paljon "meikäläisiä" on paikalla. Ilmiö löydettiin aikoinaan tutkimalla meduusoissa ja mustekaloissa eläviä valaisevia bakteereita. Koska yksittäisen mikrobin tuottama valo ei näkyisi mihinkään, on turha hehkutella, ennen kuin joukkovoimaa kertyy riittävästi. Siksi pitää pystyä aistimaan, paljonko paikalla on muita.

Nykyään tiedetään, että tämä viestintä on välttämätöntä biokalvojen synnyssä. Jos bakteereja on vähän ja tunnistekemikaalin pitoisuudet ovat alhaiset, kalvo jää kehittymättä. Kun bakteerien tiheys kasvaa ja kemikaalin määrä nousee tietyn kynnysrajan yläpuolelle, kalvon muodostus alkaa. Bakteerit ryhmittyvät biokalvon alle ja järjestyvät yhteisöksi, joka melkein alkaa vastata monisoluista elämää.

Aikaisemmin ajateltiin, että tauteja aiheuttavat bakteerit toimivat kuin yksinäiset sudet ajaen kukin vain omia etujaan. Siksi käsitys bakteerien yhteisöllisyydestä on ollut suuri näkökulman muutos lääketieteellisessä mikrobiologiassa.


Suut ja korvat tukkoon

Koska biokalvojen muodostuminen riippuu bakteerien viestinnästä, tutkijat etsivät nyt kuumeisesti keinoja niiden "suiden tukkimiseen". Strategioita on useita.

Bakteerien keskustelu käydään kemiallisella kielellä, joten eräät tutkijat etsivät vasta-aineita, jotka sitoutuisivat keskustelulle tärkeisiin viestiaineiden sieppaajamolekyyleihin. Tämä siis tekisi keskustelusta lopun tukkimalla bakteereilta "suun" tai "korvat".

Toinen strategia on estää keskustelulle olennaisten molekyylien muodostuminen kokonaan, jolloin bakteereilta tavallaan vietäisiin sanat suusta.

Tutkimukset monilla eri keskustelunestäjillä (quorum-sensing inhibitors) ovat käynnissä, ja eläinkokeista on jo saatu lupaavia tuloksiakin. On kuitenkin epäselvää, miten hyvin mikään näistä strategioista puree jo muodostuneisiin biokalvoihin, vai ovatko ne käyttökelpoisia vain uusien biokalvojen synnyn estämisessä.

Lähimpänä kaupallista sovellusta ovat aineet, jotka estävät biokalvojen muodostumista piilolinssien ja muiden keinotekoisten materiaalien pinnalle. Ne saivat alkunsa, kun australialainen meriekologi Peter D. Steinberg ihmetteli, miksei merilevän päälle koskaan kehity kalvomaisia bakteerimattoja. Vastaus löytyi merilevien sisältämistä furanoneista, joiden nykyään tiedetään estävän bakteerien keskustelua.

Australialainen bioteknologiayhtiö Biosignal tutkii furanonien käyttökelpoisuutta myös veneenpohjien sekä viemäreiden ja muiden putkistojen suojauksessa. Eräät furanonijohdannaiset ovat löytäneet tiensä myös lääketieteelliseen tutkimukseen.


Kiisseli keveäksi sukuvihalla

Yksi mielenkiintoisimmista tavoista taistella jo muodostuneita biokalvoja vastaan tulee professori Kevin Fosterin laboratoriosta Harvardin yliopistosta Yhdysvalloista. Hänen tavoitteenaan on sotkea bakteereiden sosiaalinen elämä. Samalla tavalla kuin muurahaisyhteiskunnassa voi olla useita eri kuningattaria ja kukin työläinen suosii vain omaansa, tulehduspaikassa voi olla saman bakteerilajin eri muotoja, joista kukin suosii omanlaisiaan. Tämä antaa tutkijoille mahdollisuuden muuntaa sukulaisasetelmia siten, että bakteerit alkavat vieroksua toisiaan.

Hyvä esimerkki tulee sairaalabakteeri Staphylococcus aureuksesta, joka viestii lajikumppaneilleen tuottamalla lyhyitä peptidiketjuja. Kaikki stafylokokin neljä yleisintä muotoa tuottavat hieman erilaisia peptidijaksoja, joista kukin estää tehokkaasti toisten muotojen keskustelua. Kun infektio on aivan alullaan, käynnissä on kova huutokilpailu.

Stafylokokin muoto, jonka peptidipitoisuudet kohoavat nopeimmin korkeimmalle, määrää, kuka saa puhua ja kuka ei.

Bakteereille on paljon hyötyä siitä, jos biokalvossa on vain niiden lähimpiä sukulaisia. Mitä läheisempää sukua ne ovat, sitä tiiviimpiä ja paksumpia kiisseleitä ne muodostavat ja sitä tehokkaammin ne kykenevät hyödyntämään ympäristön ravintolähteitä. Jos tutkijat onnistuvat sekoittamaan pakkaa istuttamalla kalvoihin kilpailevan muodon bakteereita, ne alkavat taistella toisiaan vastaan ja biokalvo voi heikentyä.

Tyypillinen esimerkki tällaisesta pakan sekoittamisesta on hampaiden harjaus. Se paitsi poistaa plakkia myös siirtää yhden muodon bakteereita keskelle toisenlaisten kasvustoa. Syntyy sota, bakteerien resurssit siirtyvät taisteluun, ja plakin muodostus vähenee.

Teoria pakan sekoittamisen vaikutuksesta kuulostaa hyvältä. Se on kuitenkin kokenut hiljattain takapakkia, sillä joissakin tapauksissa sekoittaminen on kiihdyttänyt biokalvon muodostusta. Tämä voi johtua siitä, että bakteerit taistelevat toisiaan vastaan nimenomaan biokalvoa rakentamalla. Kilpailutilanteessa vahvempi bakteeri kirnuaa kiisseliä entistä kovemmilla kierroksilla ja muuttuu entistä ärhäkämmäksi. Ehkä ihmisen aiheuttama viestisensuuri on bakteereita vastaan tehokkaampi keino kuin hajottamalla hallitseminen.


Jani Kaaro on vapaa tiedetoimittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.

Kevään ihme pilkottaa pienissä sanoissa.

Talven jäljiltä väritön maisema herää eloon, kun iloista vihreää pilkistelee esiin joka puolelta.

Tätä kasvun ihmettä on aina odotettu hartaasti, ja monille ensimmäisille kevään merkeille on annettu oma erityinen nimityksensä, joka ei viittaa mihinkään tiettyyn kasvilajiin vaan nimenomaan siihen, että kysymys on uuden kasvun alusta.

Kasvin, lehden tai kukan aihetta merkitsevä silmu on johdos ikivanhaan perintösanastoon kuuluvasta silmä-sanasta. Myös kantasanaa silmä tai tämän johdosta silmikko on aiemmin käytetty silmun merkityksessä.

Norkko on ilmeisesti samaa juurta kuin karjalan vuotamista tai tippumista merkitsevä verbi ńorkkuo. Myös suomen valumista tarkoittava norua kuulunee samaan yhteyteen. Rennosti roikkuvat norkot näyttävät valuvan oksilta alas.

Lehtipuun norkkoa tai silmua merkitsevällä urpa-sanalla on laajalti vastineita itämerensuomalaisissa sukukielissä, eikä sille tunneta mitään uskottavaa lainaselitystä. Näin ollen sen täytyy katsoa kuuluvan vanhaan perintösanastoon.

Nykysuomalaisille tutumpi urpu on urpa-sanan johdos, ja samaa juurta on myös urpuja syövän linnun nimitys urpiainen.

Urpa-sanan tapaan myös vesa on kantasuomalaista perua, koskapa sana tunnetaan kaikissa lähisukukielissä.

Taimi-sanaa on joskus arveltu balttilaiseksi lainaksi, mutta todennäköisempää on, että se on kielen omista aineksista muodostettu johdos. Samaa juurta ovat myös taipua- ja taittaa-verbit.

Itu on johdos itää-verbistä, joka on ikivanha indoeurooppalainen laina. Oras puolestaan on johdos piikkiä tai piikkimäistä työkalua merkitsevästä indoiranilaisesta lainasanasta ora. Verso on myös selitetty hyvin vanhaksi indoiranilaiseksi lainaksi.

On mahdollista, että maanviljelytaitojen oppiminen indoeurooppalaisilta naapureilta on innoittanut lainaamaan myös viljakasvien alkuihin viittaavia sanoja.

Kevään kukkiva airut on leskenlehti. Vertauskuvallinen nimi johtuu siitä, että kasvi kukkii suojattomana ilman lehdistöä, joka nousee esiin vasta kukkimisen jälkeen. Vaatimattomasta ulkonäöstä huolimatta leskenlehden ilmestyminen on pantu visusti merkille, ja sille on kansankielessä kymmeniä eri nimityksiä. Yksi tunnetuimmista on yskäruoho, joka kertoo, että vanha kansa on valmistanut kasvista rohtoja etenkin hengitysteiden tauteihin.

Kaisa Häkkinen on suomen kielen emeritaprofessori Turun yliopistossa.

Julkaistu Tiede-lehdessä 5/2018

Tutustu sisältöön ja lue uusi lehti digilehdet.fi:ssä.

Tieteessä 5/2018

 

PÄÄKIRJOITUS

Päätön paremmuus järjestys 

Suosituissa lukiovertailuissa ei ole kovin paljon järkeä.

 

PÄÄUUTISET

Etevä laskee sormin

Menetelmä toimii paremmin kuin päässälasku.

Kuitu vaalii verensokeria

Runsaskuituinen dieetti korjasi diabeetikoiden glukoosiarvot.

Vapaus vie vakiouralle

Tasa-arvon maissa tytöt karttavat teknisiä ja tieteellisiä aloja.

Ihminen pihistelee unta

Muut kädelliset vetävät sikeitä jopa 15 tuntia vuorokaudessa.

 

ARTIKKELIT

Liiku viisaasti

Monen into lopahtaa vaativiin harjoitusohjelmiin.
Treeni maistuu, kun tuntee muutaman faktan.

Koira syntyi pohjoisessa

Ihminen ja susi tutustuivat jääkauden haaskalla.
Vanhin näyttö elämäntoveruudesta tulee Belgiasta.

Taivaallamme kulkevat sään jättiläiset

Keskileveyksien matalat ovat ilmojen titaaneja.
Ne selittävät, miksi Suomessa on niin epävakaista.

Aivot näkevät harhoja

Kalliotaiteen oudot kuvajaiset tuotti muuntunut
tietoisuus. Se syntyy meidänkin aivoissamme.

Metso kukkoilee koko kevään

Tiluksilla rehvastelu alkaa jo helmikuussa.
Sodaksi taistelu naaraista yltyy vapun tienoilla.

Rooma kaatui rahapulaan

Supervallan tuhoon on tarjottu satoja syitä.
Tapahtumat etenivät luultua raadollisemmin.

 

TIEDE VASTAA

Miksi ensimmäinen lettu epäonnistuu?

Miten gorilla saa lihakset kasvisruoalla?

Miksi pikaliima ei tartu tuubinsa sisäseiniin?

Kuinka kaukana on etäisin galaksi?

Onko hyönteisillä reviirejä?

Mistä juontuvat sanat minä ja itse?

 

KIRJAT

Rikos ei houkuta niin kuin ennen

Länsimaat löysivät uudelleen itsehillinnän.

 

KUVA-ARVOITUS

Siinähän on ihan selvästi...

Klassikkopalsta kutsuu lukijoita tulkitsemaan kuvia
lehden Facebook-sivustolle.

 

OMAT SANAT

Tässä on itua

Kevään ihme pilkottaa pienissä sanoissa.

 

Jos olet Sanoman jonkin aikakauslehden tilaaja, voit lukea uusimman numeron jutut Sanoman Digilehdet-palvelussa.

Ellet vielä ole ottanut tilaukseesi kuuluvaa digiominaisuutta käyttöön, tee se osoitteessa https://oma.sanoma.fi/aktivoi/digilehdet. Aktivoinnin jälkeen pääset kirjautumaan suoraan digilehdet.fi-palveluun.