Bryter ned kjemikalier og antibiotika raskere med lys

Bakterieresistens utgjør en stor trussel mot menneskeheten, konkluderer FN i en rapport. Bakterier utvikler resistens fordi vi mennesker medisinerer oss selv, dyr og fisk med antibiotika. Medisinene havner i naturen; i elver og havet, i jordsmonnet, i insekter og planter – og vandrer i hele næringskjeden.

Ingen metode mot resistens

Antibiotika representerer trolig det største enkelte framskrittet i medisinen på 1900-tallet. Dødeligheten av infeksjonssykdommer sank drastisk etter at antibiotika ble tilgjengelig, men bruken har vært ukritisk. Nå biter «mirakelkuren» oss i halen. Undersøkelser viser at faretruende store mengder antibiotika finnes i naturen og i næringskjedene i dag, og slik utvikler bakterier resistens mot medisinen. Det er dødelig.

– I dag finnes den ingen kjent metode på hvordan man kan bekjempe at dette faktisk skjer, og det er heller ikke utviklet nye typer antibiotika siden midten på 1980-tallet, sier forsker Magne Olav Sydnes, professor i kjemi og biovitenskap.

Multiresistente bakterier er i ferd med å vinne kappløpet.

Mengden antibiotika på avveie i naturen er et problem som overvåkes internasjonalt av forskere.

Målinger som er gjort i elver verden over, viser at konsentrasjonen av antibiotika mange steder er langt over det som regnes som farenivå. En studie fra universitetet i York viser at over halvparten av verdens elver har konsentrasjon over farenivået i dag, og enkelte elver i Asia har så mye som 300 ganger over anbefalt nivå. Asia har de største utslippene av antibiotika til elvene, men for høye konsentrasjoner rapporteres også fra europeiske elver, også norske.

– Dette er alarmerende, og i dag har vi absolutt ingen metoder i bruk som fjerner antibiotika fra naturen. Vi kan selvsagt gjøre en rekke tiltak for å forhindre utslipp, men problemet er farefullt stort allerede i dag, og vi har ikke noe botemiddel sier Sydnes.

Bremser utviklingen med lys

Professor Sydnes og hans team utvikler nå en metode der lyseksponering skal redusere levetiden av kjemikalier i marint miljø med hjelpe av en fotosensitiv gruppe. Den fotosensitiv gruppe er bygget inn i store, biologiske aktive molekyler; som for eksempel antibiotika. Under effekt av lys, reagerer gruppen med vann og deles i to. Det gjør at det aktive virkestoffet blir deaktivert. Deaktiveringen finner først sted etter at molekylet er skilt ut av kroppen og blir eksponert for lys.

– Vi fjerner den ikke, men målet er at antibiotika med innbygget fotosensitiv gruppe brytes fortere ned i naturen. Slik kan vi bremse utviklingen av bakterier som utvikler resistens og multiresistens mot antibiotika, sier Sydnes.

– Arbeidet så langt viser at den fotosensitive gruppen fungerer godt og molekylene brytes ned til to hovedkomponenter når det bestråles med lys (se Figur). Neste fase som vi er inne i nå, er å lage molekyler med tilstrekkelig aktivitet som har den fotosensitive gruppen innebygd i molekylet. Vi har tro på at vi om ikke lenge skal ha klart et molekyl som har antibiotisk virkning og som lar seg bryte ned under lys til to hovedkomponenter som ikke er aktive, sier Sydnes.

Starter med kjemikalier for behandling av lakselus

Selv om prosjektet hovedsakelig fokuserer på utvikling av lys-nedbrytbare antibiotika, kan teknologien utviklet på UiS implementeres i en rekke andre type kjemikalier som har helt andre bruksområder, som for eksempel akvakultur.

Oppdrettsbransjen har vært en storforbruker av kjemikalier; blant annet for å bekjempe lakselus. Bransjen er nå klar over skadevirkningene dette har på havmiljøet og andre organismer som krabbe og reke, og har de siste årene jobbet iherdig for å finne alternative behandlinger.

– Bransjen har redusert kjemikaliebruken sin betraktelig de siste årene, men ennå finnes det ingen perfekt lakselus-strategi. Noen av de nye kjemikaliefrie metodene viser seg å være kontroversielle. Både bruk av leppefisk, mekanisk luserensing, ferskvann- og varmtvannsbehandling har vist seg å gjøre stor skade og gi høy dødelighet på fisken. Det utsetter fisken for mye stress og er rett og slett dårlig fiskevelferd, sier Sydnes.

En annen utfordring i kampen mot lakselus er at lusen er svært tilpasningsdyktig fordi den har kort generasjonstid (Tre til fem generasjoner i året). En mutasjon resulterer i at individ blir resistent til en lakselusbehandling og at resistens kan spre seg raskt. Det ble illustrert ved funnet i 2018 av gjennomsiktige og blank lakselus som rensefisk ikke klarer å se.

– Selv om bruk av kjemikalier vil reduseres i fremtiden, vil medisinering fortsatt være en del av portfolio av avlusingsmetoder. Det er her vi mener vi kan gjøre en forskjell; ved å bistå nedbrytingen av kjemikalier som brukes i oppdrettsnæringen i dag. Vi kaller det «Post behandling fotokjemisk nedbrytbare lusemidler», sier Sydnes.

Setter lys på problemet

Sydnes' idé er å utvikle og teste et lusemiddel basert på den foto-sensitiv gruppe som reduserer halveringstiden i naturen. Den forhindrer altså ikke utslipp av kjemikalier til naturen, eller fjerner problemet som eksisterer i dag, men metoden reduserer nedbrytingstiden og reduserer således miljøpåvirkningen.

Gjennom Validé, har han for først gang fått bevilget midler fra Forskningsrådet for å videreutvikle og teste teknologien. FORNY milepælprosjektet startet høsten 2019.

«I prosjektet, vil den første anvendelse av disse kjemikaliene bli vurdert for behandling av lakselus», står det i søknaden til Forskningsrådet om FORNY-midler. I dette prosjektet, er det etablert et samarbeid med «Sea Lice research center» i Bergen for å teste de fotosensitive lusemidlene utviklet på UiS. Men virker dette i oppdrettsnæringen, så virker det nok også på andre bruksområder.

Innovasjonsgraden i prosjektet vurderes til å være rimelig høy.

– For første gang tester vi denne nye klassen av lyssensitive medisiner utviklet ved Universitetet i Stavanger og bruke dem i lakselusbehandling. Målet er å generere nye kjemiske forbindelser som er like aktive som dem som brukes i dag. Til dags dato har en slik nyskapende strategi aldri blitt brukt før, noe som gjør dette til en unik løsning som i første omgang vil forbedre miljøprofilen for lusebehandling med kjemikalier, men som også i framtiden kan brukes til å utvikle nye farmasøytiske forbindelser som antibiotika, står det i søknaden.

– Prosjektet i seg selv, og metoden generelt, har et enormt potensial, sier Johann Mastin, som er forretningsutvikler i Validé. Han har vært i tett dialog med teamet og forskeren de siste 10 månedene med tanke på patent og å kommersialisere metoden.

– God timing

Til dags dato skjer all utvikling på laboratorium på UiS, men team Sydnes-Mastin har presentert løsningen for Skretting AS, som er en av verdens største fiskefôrprodusenter.

Akkurat nå kan timingen se ut til å være bra.

-For seks måneder siden så det dårlig ut for ideer om å bruke kjemikaler i behandling av lakselus. Industrien vil jo aller helst slutte med medisin og kjemikalier. Men ferske forskningsnyheter viser at de alternative behandlingsmetodene som er utviklet et svært dårlig for fiskehelsen. Flere av dem vil trolig bli avviklet. Det gjør at bransjen igjen står med færre alternativ til medisiner. Det finnes ikke én løsning. Lus er noe dritt å bli kvitt, men vi kan tilby mer miljøvennlige kjemikalier enn dem de har i dag, sier Sydnes.

Tekst og foto: Hilde Garlid, Validé

Les også: Slik vil de bruke sola til å stoppe antibiotikaresistens (nrk.no)

Mer om forskning på UiS innenfor kjemi, miljø og biologiske vitenskaper