Kampen mod Malaria - Viden (JP)
Kampen mod Malaria - Viden (JP)
Kampen mod Malaria - Viden (JP)
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
■ <strong>Malaria</strong> er et af verdens største<br />
sundhedsproblemer. 40% af<br />
verdens befolkning lever med<br />
risiko for at få malaria, og i<br />
hårdt ramte områder er næsten<br />
alle mennesker infi ceret med<br />
malariaparasitter. Årligt observeres<br />
der mellem 300 og 500 millioner<br />
kliniske tilfælde, og 90%<br />
af disse tilfælde forekommer i<br />
Afrika syd for Sahara. Antallet af<br />
dødsfald, som følge af malaria,<br />
er anslået til 1 million årligt. En<br />
tredjedel af alle hospitalspladser<br />
syd for Sahara er optaget af en<br />
malariapatient, og i 1997 blev<br />
de årlige omkostninger i forbindelse<br />
med denne sygdom anslået<br />
til 16 milliarder kroner.<br />
Det store problem<br />
er resistens<br />
<strong>Malaria</strong> forårsages af en encellet<br />
parasit af slægten Plas<strong>mod</strong>ium,<br />
som overføres til mennesket via<br />
spyttet fra en malaria-myg. Der<br />
fi ndes fi re forskellige arter af<br />
denne parasit, der kan infi cere<br />
mennesket, hvoraf P. falciparum<br />
er den art, der forårsager fl est<br />
malariatilfælde og også er den<br />
farligste (se boks). Det store<br />
problem med malaria er, at<br />
parasitten i høj grad har udviklet<br />
resistens <strong>mod</strong> de tilgængelige<br />
lægemidler.<br />
Med mange sygdomme opnår<br />
patienten efter blot én infektion<br />
livslang immunitet <strong>mod</strong> den<br />
pågældende sygdom. For malarias<br />
vedkommende ser man<br />
også, at patienterne udvikler<br />
immunitet, men det sker langsomt,<br />
og personen opnår sjældent<br />
fuld beskyttelse. Den største<br />
dødelighed ses hos børn<br />
under 6 år. Har patienten overlevet<br />
6-års alderen, kommer<br />
A k t u e l N a t u r v i d e n s k a b | 1 | 2 0 0 2<br />
P A R A S I T O L O G I<br />
<strong>Kampen</strong><br />
<strong>mod</strong> <strong>Malaria</strong><br />
Danske forskere deltager<br />
i jagten på en vaccine<br />
<strong>mod</strong> et af verdens største<br />
sundhedsproblemer:<br />
malaria.<br />
Af Ali El-Salanti<br />
<strong>Malaria</strong>-myg taget på fersk gerning.<br />
der en årrække med »klinisk«<br />
immunitet, hvor parasitten ofte<br />
fi ndes i blodbanen, men hvor<br />
der kun forekommer få feberanfald.<br />
Først i det voksne individ<br />
ser man immunitet <strong>mod</strong> parasitten,<br />
så man kun sporadisk fi nder<br />
parasitter i blodbanen og<br />
observerer feberanfald.<br />
Målrettet indsats <strong>mod</strong><br />
malaria<br />
Mange steder verden over bliver<br />
der arbejdet på at fremstille en<br />
vaccine <strong>mod</strong> malaria. Danmarks<br />
indsats <strong>mod</strong> at udvikle en malariavaccine<br />
er primært centreret<br />
ved Center for Medicinsk Parasitologi<br />
(CMP) ved Københavns<br />
Universitet.<br />
<strong>Malaria</strong>parasitten er en kompleks<br />
organisme, der i løbet af<br />
en livscyklus lever i tre vidt forskellige<br />
miljøer; inde i myggen, i<br />
Copyright<br />
Foto venligst udlånt af Dr. David Arnot<br />
værtens lever samt i blodbanen.<br />
Parasittens tre livsstadier er så<br />
forskellige fra hinanden, at en<br />
vaccine eller et medikament<br />
<strong>mod</strong> malaria kun kan forventes<br />
at ramme et af livsstadierne. Der<br />
fi ndes således tre hovedtyper af<br />
malariavacciner:<br />
1 Anti-sporozoit-vaccine, som<br />
skal forhindre parasitten i at<br />
trænge ind i en levercelle.<br />
2 Anti-blodstadie-vaccine, som<br />
designes til at mildne sygdomsforløbet<br />
ved malaria og<br />
nedsætte dødeligheden blandt<br />
børn.<br />
3 Transmission-blokerendevaccine,<br />
som skal forhindre<br />
parasitten i at udvikle sig inde<br />
i myggen.<br />
For at anti-sporozoit-vaccinen<br />
og den transmissions-bloke-<br />
7
8<br />
Fotos: CMP<br />
A k t u e l N a t u r v i d e n s k a b | 1 | 2 0 0 2<br />
rende-vaccine skal virke efter<br />
hensigten, kræver det, at vaccinen<br />
er 100% effektiv. Får<br />
blot én parasit mulighed for at<br />
trænge ind i en levercelle eller<br />
ind i en myg, ja så udvikler den<br />
sig til næste livsstadie, som vaccinen<br />
ikke har nogen effekt på.<br />
Hvis man tænker på, at der<br />
ved hvert stik fra en malariamyg<br />
injiceres over 100 sporozoitter,<br />
som kun befi nder sig i blodbanen<br />
i kort tid før de når leveren,<br />
så skal en given vaccine være<br />
utrolig effektiv. Disse vaccine-<br />
kandidater vil sandsynligvis ikke<br />
være effektive i Afrika, hvor<br />
befolkningen bliver udsat for<br />
malaria dagligt. Der bruges<br />
dog stadig mange penge på at<br />
udvikle en sådan vaccine, primært<br />
af den amerikanske fl åde.<br />
Det, der er mest realistisk,<br />
og som vil have størst effekt i<br />
Afrika i øjeblikket, er at fremstille<br />
en vaccine, der hæmmer<br />
parasittens vækst og mildner<br />
sygdomsforløbet. Det er således<br />
også den type vaccine, som vi<br />
søger at udvikle på CMP.<br />
Copyright<br />
<strong>Malaria</strong>parasitten binder<br />
til blodårer<br />
<strong>Malaria</strong>parasitten har udviklet<br />
en yderst velfungerende strategi<br />
for at overleve inde i en menneskekrop;<br />
den gemmer sig inde<br />
i de røde blodlegemer. Udover,<br />
at der her er føde for parasitten,<br />
ligger den også gemt for kroppens<br />
immunforsvar. Andre celler<br />
i kroppen kan fremvise fremmede<br />
proteiner på deres overfl<br />
ade, så immunforsvaret får<br />
besked om, at cellen er infi ceret,<br />
og den vil efterfølgende blive<br />
Billeder optaget i et elektronmikroskop<br />
af hhv. en uinfi ceret (tv)<br />
og en infi ceret blodcelle med proteiner<br />
på overfl aden (th).<br />
Illustration: eyeoscience ©<br />
En malariaparasit angriber et<br />
rødt blodlegeme. Billedet er taget<br />
ved hjælp af et scanning elektronmikroskop.<br />
Farverne er efterfølgende<br />
lavet digitalt.<br />
destrueret, inden infektionen<br />
når at sprede sig. Røde blodlegemer<br />
har ingen cellekerne eller<br />
andre organeller, som er nødvendige<br />
for at fremvise fremmede<br />
proteiner, og en sådan<br />
infektion i røde blodlegemer vil<br />
derfor ikke bliver opdaget af<br />
kroppen. Normalt er dette ikke<br />
et problem, da røde blodlegemer<br />
har en kort levetid, og infi -<br />
cerede blodlegemer vil derfor ret<br />
hurtigt blive destrueret i milten<br />
sammen med andre røde blodlegemer.<br />
For at omgå dette problem<br />
danner parasitten nogle<br />
proteiner på overfl aden af det<br />
røde blodlegeme, som gør, at<br />
det infi cerede røde blodlegeme<br />
kan binde til blodkapillærer (se<br />
fi gur).<br />
Vaccine med<br />
protein-cocktail<br />
Det er disse parasitproducerede<br />
proteiner på overfl aden af det<br />
røde blodlegeme, som gør parasitten<br />
i stand til at binde til<br />
kapillærerne, som vi på CMP
arbejder på at identifi cere og<br />
karakterisere.<br />
Man ved, at der fi ndes en lang<br />
række proteiner, der gør parasitten<br />
i stand til at binde til kapillærerne.<br />
Hver gang et menneske<br />
bliver udsat for et af disse proteiner,<br />
dannes der i kroppen antistoffer<br />
<strong>mod</strong> det. Antistofferne<br />
binder til proteinet på overfl aden<br />
af det røde blodlegeme, og<br />
forhindrer det i at binde til<br />
kapillærerne samtidig med, at<br />
det »mærker« blodlegemet, så<br />
kroppens immunforsvar kan se,<br />
at det er infi ceret. I tilfælde af en<br />
ny infektion med en ny parasit,<br />
kan det protein, som blev brugt<br />
ved sidste infektion, ikke bruges<br />
mere, og parasitten må derfor<br />
bruge et af de andre – som der<br />
så også dannes antistoffer <strong>mod</strong>.<br />
På et tidspunkt har malariaparasitterne<br />
ikke fl ere mulige<br />
proteiner at tage af, og det<br />
pågældende mennesker er blevet<br />
immun over for malaria.<br />
Denne viden kan man<br />
ud nytte i vaccinesammenhæng,<br />
og målet er at kunne vaccinere<br />
børn med en cocktail af disse<br />
proteiner, som kroppen så kan<br />
danne antistoffer <strong>mod</strong>. Man<br />
forestiller sig, at barnet derefter<br />
vil reagere over for parasitten<br />
som en voksen, der har været<br />
eksponeret mange gange. Man<br />
kan derved ikke helt undgå<br />
infektioner, men de vil forhåbentlig<br />
ikke længere være dødelige<br />
for barnet. Med en sådan<br />
vaccine vil vi altså kunne hjælpe<br />
barnet til at overleve de første<br />
kritiske år, mens det langsomt<br />
opbygger immunitet <strong>mod</strong> hele<br />
repertoiret af parasittens protein<br />
varianter.<br />
Et våbenkapløb<br />
Den proteinfamilie, som parasitterne<br />
producerer, og som sørger<br />
for bindingen til kapillærerne,<br />
blev identifi ceret i 1995,<br />
og den familie af gener, som<br />
koder for disse proteiner blev<br />
kaldt var.<br />
Siden har sekventeringen af<br />
hele parasittens genom vist, at<br />
der fi ndes omkring 50 var-gener<br />
i hvert parasitgenom, og at parasitten<br />
kan skifte mellem hvilke,<br />
der bliver aktiveret. Ikke nok<br />
med, at der fi ndes 50 forskellige<br />
var-gener i hver parasit, det har<br />
også vist sig, at var-generne er<br />
forskellige parasitterne imellem.<br />
Ved hele tiden at ændre på det<br />
protein, der dannes på overfl<br />
aden af det røde blodlegeme,<br />
prøver parasitten at undgå<br />
værtens immunforsvar. Dette<br />
våbenkapløb mellem værtsorganismens<br />
immunforsvar og parasittens<br />
proteiner er en af grundene<br />
til, at immunitet over for<br />
malaria udvikles så langsomt.<br />
Først i den voksne alder har personen<br />
været udsat for et tilstrækkeligt<br />
antal proteinvarianter til<br />
at kunne <strong>mod</strong>stå den alvorlige<br />
malaria.<br />
En overraskelse i generne<br />
I det ikke-immune barn kan<br />
enhver proteinvariant i princippet<br />
manifestere sig, og man må<br />
derfor for<strong>mod</strong>e, at den variant,<br />
der kan binde bedst til kapillærerne,<br />
har en fordel frem for<br />
andre, mindre bindende varianter.<br />
Ambitionerne med den vaccine,<br />
vi arbejder frem <strong>mod</strong> på<br />
CMP, er at fi nde de varianter,<br />
som binder bedst, og som dermed<br />
også er dem, der manifesterer<br />
sig først og er mest sygdomsfremkaldende<br />
for barnet.<br />
Vi har sekventeret et stort<br />
antal var-gener fra malaria-parasitten,<br />
og sammenlignet disse<br />
med sekvenser, som fi ndes i<br />
store databaser. Hidtil har man<br />
antaget, at der ikke fandtes to<br />
ens var-gener, idet parasittens<br />
strategi jo er hele tiden at ændre<br />
på det protein, der dannes på<br />
blodlegemernes overfl ade. Derfor<br />
var vores overraskelse stor,<br />
da det viste sig, at sekvensen for<br />
et af vores var-gener over store<br />
strækninger var 100% identisk<br />
med et var-gen fra en anden<br />
parasit, som en anden forskergruppe<br />
havde sekventeret. Dette<br />
tyder på, at dette gen er konserveret,<br />
hvilket vil sige, at det<br />
bevares uændret fra generation<br />
til generation.<br />
Et gen med perspektiver<br />
Det er meget interessant, at der<br />
fi ndes et var-gen, som er identisk<br />
imellem mange forskellige<br />
malariaparasitter. I et evolutionært<br />
perspektiv burde den<br />
naturlige udvælgelse jo <strong>mod</strong>virke,<br />
at var-gener forbliver kon-<br />
A k t u e l N a t u r v i d e n s k a b | 1 | 2 0 0 2<br />
P A R A S I T O L O G I<br />
Oozyst<br />
Gameter<br />
Parasittens<br />
livscyklus<br />
<strong>Malaria</strong> forårsages af en encellet parasit, Plas<strong>mod</strong>ium. Der fi ndes 120<br />
arter inden for Plas<strong>mod</strong>ium, hvoraf de fi re kan infi cere mennesket: P.<br />
falciparum, P. vivax, P. ovale og P malariae. P. falciparum er den art, der<br />
forårsager fl est malariatilfælde, og er også klinisk den farligste.<br />
<strong>Malaria</strong>parasitten overføres som såkaldte sporozoitter med spyttet<br />
fra en hunmyg af arten Anopheles. Efter ca. 30 minutter i cirkulation<br />
i blodbanen når sporozoitterne leveren, hvor de invaderer leverceller.<br />
Sporozoitten <strong>mod</strong>nes og deler sig i levercellen til op <strong>mod</strong> 30.000 nye<br />
parasitter.<br />
Efter ca. en uge sprænges levercellen, og samtlige parasitter frigøres<br />
til blodbanen som såkaldte merozoitter. Merozoitterne invaderer<br />
hurtigt et rødt blodlegeme, hvor merozoitten deler sig ukønnet til 8-24<br />
nye merozoitter. Den kønnede formering sker, når en intracellulær parasit<br />
udvikler sig til en gametocyt, i stedet for at udvikles til merozoitter.<br />
Når gametocytterne optages i en myg udvikler de sig til <strong>mod</strong>ne<br />
gameter. Befrugtningen foregår i myggens mave, og den dannede<br />
oocyst kan give ophav til op til 30.000 nye sporozoitter, som migrerer<br />
til myggens spytkirtler<br />
serverede, da der jo for hver<br />
infektion dannes specifi kke antistoffer<br />
<strong>mod</strong> hver variant.<br />
Vores teori er derfor, at der<br />
må være en fordel for malariaparasitten<br />
i ikke at variere<br />
netop dette var-gen. Denne fordel<br />
kunne måske bestå i, at genproduktet<br />
– dvs. proteinet –<br />
binder meget stærkt til kapillæren,<br />
og dermed er en sikker<br />
satsning for parasitten i et ikke-<br />
Sporozoitter<br />
Merozoitter<br />
Levercelle<br />
Gametocyt<br />
Blodlegeme<br />
immunt individ. Det ville forklare,<br />
at dette var-gen er forblevet<br />
uændret i mange forskellige<br />
parasitter.<br />
I øjeblikket arbejder vi på at<br />
identifi cere andre af disse overfl<br />
ade-proteiner, som er identiske<br />
imellem mange parasitter, men<br />
umiddelbart ser det ikke ud til,<br />
at der er fi ndes andre konserverede<br />
gener. Til trods for, at de<br />
fl este var-gener ser vidt forskel-<br />
9
10<br />
A k t u e l N a t u r v i d e n s k a b | 1 | 2 0 0 2<br />
P A R A S I T O L O G I<br />
Center for<br />
Medicinsk Parasitologi<br />
Center for Medicinsk Parasitologi (CMP) blev oprettet i 1991, hvor<br />
3 forskergrupper fra Institut for Medicinsk Mikrobiologi og Immunitet<br />
(Københavns Universitet), Institut for Folkesundhedsvidenskab (Københavns<br />
Universitet) og Klinisk Mikrobiologisk afdeling (Rigshospitalet)<br />
blev samlet. Hovedfokus var dengang på parasitterne leishmania og<br />
malaria, i dag arbejdes der primært med malaria og især specifi kt<br />
med udviklingen af en vaccine. CMP er hovedsageligt fi nansieret af<br />
Danida, men fl ere af gruppens vaccineudviklingsprojekter er støttet af<br />
EU-fonde.<br />
Forfatteren <strong>mod</strong>tog i år 2000 et af Novos såkaldte Scholarstipendier.<br />
Artiklen er en redigeret udgave af en populær artikel, udarbejdet<br />
til et minisymposium for scholarstipendiater arrangeret af Novo Nordisk<br />
og Novozymes. Forfatterens arbejde på CMP med en vaccine <strong>mod</strong><br />
malaria forsætter i form af et treårigt Ph.D projekt fi nansieret af Bill<br />
Gates <strong>Malaria</strong> Foundation.<br />
lige ud, er der små sekvenser,<br />
der går igen. Man mener, at<br />
disse sekvenser er nødvendige<br />
for proteinstruktur og funktion.<br />
Problemet med disse konserverede<br />
elementer er, at det er dele<br />
af proteinet, som er vendt indad<br />
ved proteinfoldningen, og derfor<br />
ikke tilgængelig for immunsystemet.<br />
Vi arbejder på at<br />
fi nde disse såkaldt semikonserverede<br />
sekvenser og undersøge,<br />
om antistoffer <strong>mod</strong> dem vil have<br />
nogen effekt.<br />
På vej <strong>mod</strong> en vaccine?<br />
En effektiv vaccine <strong>mod</strong> blodstadieformerne<br />
af malaria vil<br />
derfor komme til at indeholde<br />
fl ere komponenter, heriblandt<br />
de konserverede var-gener, vi<br />
har fundet, men måske også<br />
små syntetiske proteiner, som<br />
svarer til de konserverede<br />
strukturelementer i parasittens<br />
proteiner.<br />
Vi forventer, at vi i løbet<br />
af de næste få år kan komme<br />
med fl ere seriøse anbefalinger<br />
til komponenter til en antiblod<br />
stadie-vaccine.<br />
I de sidste par år har der<br />
været fl ere bud på en vaccine<br />
<strong>mod</strong> malaria, disse er nu ved<br />
at blive testet i Afrika, og om<br />
få år ved vi, om disse vacciner<br />
er effektive. Men set i lyset af<br />
parasittens fantastiske evne til<br />
at ændre sig og tilpasse sig værtens<br />
immunforsvar, ja så er der<br />
ingen vej udenom at blive ved<br />
med at forske i nye vacciner<br />
<strong>mod</strong> malaria.<br />
Om forfatteren<br />
Når vand bliver til is<br />
■ At vand bliver til is, når temperaturen<br />
bevæger sig under 0<br />
grader er en del af vores børnelærdom.<br />
Dannelsen af is ud<br />
fra vand er det mest familiære<br />
eksempel på en såkaldt førsteordens<br />
faseovergang - transformationen<br />
af stof fra et stadium<br />
til et andet. Men uanset dette,<br />
har de underliggende molekylære<br />
processer voldt hovedbrud<br />
for forskerne. Tidligere forsøg<br />
på at simulere isdannelse har<br />
måttet pålægge systemet kunstige<br />
betingelser (som f.eks., begrænset<br />
plads), eller er ikke resulteret<br />
i dannelsen af den sædvanlige<br />
hexagonale form af is, man ser<br />
ved atmosfærisk tryk. En detaljeret<br />
forståelse af fryseprocessen<br />
kompliceres af vands tendens til<br />
underafkøling, hvor vandet forbliver<br />
fl ydende selvom temperaturen<br />
kommer under 0 grader.<br />
Tærsklen til dannelsen af is er<br />
defi neret som dannelsen af en<br />
såkaldt »kritisk nukleus«, som<br />
vil vokse indtil hele systemet er<br />
omdannet til is. Dannelsen af en<br />
kritisk nukleus kan f.eks. fremprovokeres<br />
af partikler i vandet<br />
eller ved mekanisk påvirkning<br />
(hvis man f.eks. ryster beholderen<br />
med vand). Men vand kan<br />
dog også fryse uden hjælp fra<br />
sådanne eksterne hjælpemidler,<br />
og det er simuleringen af isdannelse<br />
i rent og rumligt ubegrænset<br />
vand, der er den største<br />
udfordring for forskerne.<br />
Dette er for nylig lykkes<br />
japanske forskere ved Nagoya<br />
Universitetet. De simulerede<br />
dynamikken af 512 vandmolekyler<br />
på baggrund af viden om<br />
de kræfter, der virker mellem<br />
molekylerne, for at følge udviklingen<br />
af den molekylære struk-<br />
tur over tidsrum svarende til<br />
mikrosekunder - hvilket er lang<br />
tid, idet processerne udspiller<br />
sig på nanosekund-skalaen. Forskerne<br />
fandt, at nukleation sker,<br />
når der opstår et tilstrækkeligt<br />
antal relativt langtidsholdbare<br />
hydrogenbindinger mellem nærliggende<br />
vandmolekyler i det<br />
samme område. Dette udgør<br />
en rimelig kompakt »initial<br />
nukleus«, som langsomt ændrer<br />
orm og størrelse, indtil den når<br />
et stadium, som tillader hurtig<br />
ekspansion resulterende i krystallisation<br />
af hele systemet.<br />
Forskernes bidrag til en øget<br />
forståelse af dynamikken i<br />
sådanne faseovergange kan blive<br />
vigtig for mange områder -<br />
fra design af nye materialer til<br />
bestemmelse af proteinstrukturer<br />
ved hjælp af krystallografi .<br />
CRK<br />
Ali El-Salanti er cand. scient i<br />
biologi og ph.d.-studerende ved<br />
Center for Medicinsk Parasitologi,<br />
Københavns Universitet<br />
Panum Institutet 24-2<br />
Blegdamsvej 3<br />
2200 København N<br />
Tlf.: 35327676<br />
E-mail: hecmp@biobase.dk<br />
Se mere information om<br />
udviklingen af en vaccine <strong>mod</strong><br />
malaria på følgende internetadresser:<br />
www.cmp.dk, www.who.int,<br />
www.malariavaccine.org,<br />
www.euromalvac.org<br />
Kilde Nature vol 416,<br />
28. marts 2002.