Akutte lungebetændelser danner også biofilm

I lungerne hos patienter med cystisk fibrose danner bakterier en kronisk betændelsestilstand, fordi de organiserer sig i en biofilm, der er svær for både immunforsvaret og antibiotika at trænge ind i.

Vi kan se, at forskellen mellem de to typer af lungebetændelser er bakteriernes vækst, og det kan forklare, hvorfor det er lettere at behandle en akut lungebetændelse, end en kronisk lungebetændelse

Mette Kolpen, ph.d., Afdeling for Klinisk Mikrobiologi, Rigshospitalet

Hidtil har det været antagelsen, at netop biofilmen karakteriserer den kroniske lungeinfektion, mens akutte lungebetændelser er kendetegnet ved enkeltcellede bakterier.

Nu viser et nyt dansk studie, at bakterierne også ved akutte lungeinfektioner organiserer sig i biofilm.

Det nye forskningsresultat peger på, at noget andet adskiller akutte lungebetændelser fra kroniske lungebetændelser, når det kommer til mulighederne for at behandle den ene type lungebetændelse med antibiotika, men ikke den anden.

Forskningsresultatet peger også i retning af nogle mulige nye behandlingsprincipper, der kan gøre de kroniske lungeinfektioner mere modtagelige over for antibiotikabehandlinger.

»Vores forskning gør op med paradigmet, at man kan kende forskel på kroniske og akutte lungebetændelser ud fra biofilmdannelsen og bakteriernes biomasse. I stedet kan vi se, at forskellen mellem de to typer af lungebetændelser er bakteriernes vækst, og det kan forklare, hvorfor det er lettere at behandle en akut lungebetændelse, end en kronisk lungebetændelse,« fortæller en af forskerne bag det nye studie, ph.d. Mette Kolpen fra Afdeling for Klinisk Mikrobiologi på Rigshospitalet.

Forskningsresultatet er offentliggjort i Thorax. Forskningen er udført i et samarbejde mellem forskere fra Costerton Biofilm Center på Københavns Universitet, Rigshospitalet og Hillerød Hospital.

40 år med huller i forskernes viden

Allerede for 40 år siden opdagede danske forskere, at bakterierne i lungerne hos patienter med cystisk fibrose klumper sig sammen i en biofilm.

Fakta

Hvert år bliver der i Danmark indlagt 15.000 personer med en akut lungebetændelse. En stor del af indlæggelserne skyldes bakterieinfektioner, som effektivt kan slås ned med antibiotika. Antibiotika er derimod ikke særligt effektivt til at behandle kroniske lungebetændelser, som for eksempel ofte rammer mennesker med cystisk fibrose. 550 danskere lever med cystisk fibrose.

Bakterierne udskiller en masse proteiner og andre stoffer, der danner et beskyttende slimlag, som bakterierne kan forankre sig i. Specielt dybt inde i slimlaget er bakterierne beskyttet mod både immunforsvaret og antibiotika.

Derudover sker der det i biofilmen, at immunforsvarets celler forbrænder en masse ilt i forsøget på at angribe bakterierne, og det gør biofilmen så iltfattig, at bakterierne stopper med at vokse.

Når bakterierne stopper med at vokse, bliver de også meget sværere at slå ned med antibiotika, der ofte angriber blandt andet bakteriernes vækst.

»I 40 år har vi haft denne forståelse af, hvad en kronisk lungeinfektion er, men i vores søgning i den videnskabelige litteratur har vi ikke kunnet finde de samme undersøgelser af akutte lungeinfektioner. Her har det bare været antagelsen, at de akutte lungeinfektioner består af enkelte bakterieceller, der ikke på samme måde som ved kroniske infektioner klumper sig sammen i biofilm,« forklarer studiets hovedforfatter professor Thomas Bjarnsholt.

Undersøgte lungeslim fra kroniske og akutte lungeinfektioner

I studiet har forskerne studeret lungeslim fra 14 patienter med cystisk fibrose og sammenlignet med lungeslim fra 29 patienter med akut samfundserhvervet lungeinfektion.

Forskerne farvede bakterierne i prøverne og undersøgte dem under et mikroskop, uden at de vidste, hvilke prøver der hørte til hvilke patienter.

Resultatet af undersøgelsen viste højst overraskende, at bakterierne ved de akutte lungeinfektioner både dannede biofilm og samtidig var karakteriseret ved både at have stor biomasse og høj vækst.

Bakterierne fra lungerne hos patienter med cystisk fibrose dannede ligeledes biofilm, men væksten var meget lavere, og det samme gjaldt biomassen.

»Det er helt nyt. Dannelsen af biofilm og biomassen er ikke det, som adskiller kroniske lungeinfektioner fra akutte lungeinfektioner, men i stedet væksten,« siger Mette Kolpen.

Kan blive nyt mål mod kroniske lungeinfektioner

Fundet er interessant, fordi det peger på, hvorfor det kan være lettere at behandle patienter med en akut lungeinfektion frem for en kronisk lungeinfektion.

Vi skal væk fra ‘one size fits all’-tankegangen, hvor vi blindt behandler med antibiotika uden at vide, hvordan det rammer bakteriemiljøet i de her patienter.

Thomas Bjarnsholt, professor, Costerton Biofilm Center, KU

Når infektionen er akut, vokser bakterierne stadig, selvom de er i en biofilm, og netop væksten kan rammes med antibiotika.

Antibiotika skal også i mange tilfælde ind gennem kanaler i bakteriernes cellevægge, og de kanaler er ofte åbne, når bakterierne vokser, men lukkede, når de er i dvale i en biofilm hos en patient med en kronisk lungeinfektion.

»Vi skal væk fra ‘one size fits all’-tankegangen, hvor vi blindt behandler med antibiotika uden at vide, hvordan det rammer bakteriemiljøet i de her patienter. Det er særligt vigtigt i de situationer, hvor der ikke har været tilstrækkelig effekt ved den almindelige behandling, eller hvor der ses forværring i patientens tilstand. Her kan korrekt valg og dosering af antibiotika være en løsning,« siger Thomas Bjarnsholt.

Afprøver nyt behandlingsprincip

Forskerne fra Rigshospitalet tænker allerede i måder at udnytte den nye viden til at angribe bakterierne i kroniske lungeinfektioner på.

Én af disse muligheder er at øge bakteriernes vækst, så de igen bliver følsomme over for antibiotika.

Forskerne har på forskellige måder lavet laboratorieforsøg, hvor de har øget iltmætningen omkring bakterierne og set, hvordan det kan genaktivere bakteriernes vækst i biofilmen og samtidig gøre dem modtagelige over for antibiotika.

Mette Kolpen fortæller, at man i forbindelse med eksempelvis behandling af kødædende bakterier behandler patienter i et trykkammer med ekstra ilt. Samme behandlingstilgang kan være en potentiel mulighed til patienter med cystisk fibrose.

»Vi er meget tidligt i forskningen, men vi har i vores forsøg i laboratoriet set, at vi med ilt under tryk kan dræbe en stor del af de bakterier, som førhen var meget svære at slå ihjel. Vi vil dog gerne kunne behandle patienterne uden at skulle give dem ilt under tryk, fordi det kan være meget ubehageligt. Vi har nogle indtil videre upublicerede data, der tyder på, at det godt kan lade sig gøre,« siger Mette Kolpen.

Læs også:

Nedslående konklusion: Biofilm gemmer på antibiotikaresistens i lang tid

Ny og simpel teknologi gør det lettere at studere biofilm