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.

Jos rehkiminen ei huvita, syy voi olla geeneissä.

Monia liikunta palkitsee hyvän olon tunteella, mutta kaikille palkintoa ei tule, kertoo Helsingin Sanomat jutussaan. Olo saattaa olla hikilenkin jälkeen enemmän runneltu kuin rento.

”Osa suomalaisten liikkumattomuudesta saattaa selittyä negatiivisilla tuntemuksilla”, sanoo jutussa liikuntapsykologian professori Taru Lintunen Jyväskylän yliopistosta.

Ihmiseltä saattavat puuttua hyvät kokemukset ja liikunnallisen elämäntavan mallit.

Perimälläkin on sormensa pelissä. Naisilla jopa puolet liikuntanautinnon vaihtelusta selittyy geeneillä, miehillä kolmannes.

Näin osoittaa vuonna 2014 julkaistu suomalainen tutkimus, joka perkasi perintötekijöiden osuutta liikuntamotivaatioon.

Tarkkaa syytä eroihin ei tiedetä. Yksi ehdokkaista on aivojen dopamiinirata. Se palkitsee niin syömisestä, seksistä kuin liikunnasta.

Dopamiinikylpy tuottaa aivoissa huumaavan euforian. Tutkimusten mukaan järjestelmän häiriöt vähentävät koe-eläinten liikkumishaluja.

Viime kädessä geenit ohjaavat mielihyväkoneiston toimintaa. Dopamiinin valmistukseen tarvittavat geenit toimivat toisilla kenties vilkkaammin. Erityisesti naisilla on liikuntamielihyvän kokemisessa geneettistä vaihtelua.

Yksilöiden erot ulottuvat laajemmallekin. Kaikki eivät saa liikunnasta yhtä paljon hyötyä – ainakaan heti.

Sama harjoittelu saattaa vaikuttaa ihmisiin eri tavoin. Yhden kunto kasvaa kohisten, mutta toinen ei saa tuloksia, vaikka kuinka rehkisi. Tutkijat puhuvat yksilöllisestä vasteesta.

Kuitenkin vaikka oma elimistö tuntuisi olevan immuuni liikunnalle, se voi olla vain harhaa. Tutkimuksissa tuijotetaan usein suorituskykyyn ja lihasvoimaan. Ne eivät ehkä hetkahda pienestä rasituksesta, mutta veren rasva- ja sokeriarvot saattavat parantua merkittävästi. Siksi liikuntaa voi suositella kaikille.

Kysely

Onko liikunta tuskien tie?

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

 

Tieteessä 2/2018 

 

PÄÄKIRJOITUS

Kun viha vie

Vihapuhuja ratsastaa alkukantaisella reaktiolla.

 

PÄÄUUTISET

Unissa puhutaan rumia

Myöntisen päiväminän takaa kurkkii
kielteinen yöminä – hyvästä syystä.

Alienkivi on yksi miljoonista

Tähtienvälisiä asteroideja syöksyy
aurinkokunnan läpi jatkuvasti.

Nykyihminen seikkaili
ulos Afrikasta useita kertoja

Yhden ulostulon malli ei enää mitenkään
istu Aasian löytöihin.

Korallit kalpenevat kiihtyvää tahtia

Lämpenevät vedet riistävät
polyypilta elintärkeän kumppanin.

 

ARTIKKELIT

Migreeni vyöryy aivorungosta

Kun sähköt sekoavat hermokeskuksessa,
kipuviestit kiihdyttävät aivot hälytystilaan.

Esinisäkkäät
Maailman valtiaat ennen dinosauruksia

Kehitys kohti meitä käynnistyi jo silloin,
kun maapallon mantereet olivat vielä yhtä.

Siittiöt hukassa

Enää hälytyskellot eivät kilise van kumisevat.
Miesten siittiömäärät ovat romahtaneet.

James Bond
Harmaa agentti hurmasi maailman

Vastoin odotuksia huomaamaton vakooja sai
valtavan huomion. Kohu teki fiktiosta faktaa.

Liikenne jättää tiet

Visio on villi muttei utopiaa. Jokainen sopiva
maapala tarvitaan luonnolle ja ruoalle.

Ennen paras mies oli poikamies

Naiset ja seksi eivät ole aina olleet miehen mitta.
Elämän tärkeät asiat löytyivät pitkään toisaalta.

 

TIEDE VASTAA

Voiko pissa jäätyä kaarelle?

Haudataanko vainajat ilmansuuntien mukaan?

Mikä on puujalkavitsi?

Miksi kuusi kestää lumen painon?

Miten norppa löytää takaisin avannolle?

Voiko avaruusaseman palauttaa Maahan?

 

KIRJAT

Oma dna kantaa suvun historiaa

Marja Pirttivaara teki suomalaisille sukututkijoille uudenlaisen kätevän oppaan.

 

KUVA-ARVOITUS

Klassikkopalsta

kutsuu lukijoita tulkitsemaan kuvia lehden Facebook-sivustolle: facebook.com/tiede.fi

 

OMAT SANAT

Valoa kohti

Entisinä aikoina kantasana tarjosi myös lämpöä.

 

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.