Foto: Shutterstock

Ultraviolet lys kan blive fremtidens antibiotika

fredag 16 sep 16

Kontakt

Paul Michael Petersen
Professor, Sektionsleder
DTU Fotonik
46 77 45 12
Den del af sollyset, der ligger i det ultraviolette område, spiller en stor rolle for vores liv på Jorden. Med nye LED-lyskilder og mere viden om strålernes virkning er vi på vej til at kunne udnytte uv-lyset til at påvirke menneskers sundhed.

Det har været kendt længe, at ultraviolet lys med en kort bølgelængde, de såkaldte uv-C-stråler, kan slå bakterier ihjel. Men nu har forskere fra DTU og KU vist, at de naturligt forekommende uv-B-stråler har en endnu bedre antibiotisk effekt, og det lover godt, vurderer DTU’s samarbejdspartnere fra Odontologisk Institut og Costerton Biofilm Center på Københavns Universitet.

Ultraviolet lys ligger i det ikkesynlige område med bølgelængder fra 400 til 100 nanometer. Uv-A-strålerne har den længste bølgelængde, og de trænger også længst ind i huden, hvor de er med til at gøre os brune – eller evt. solskoldede. Uv-B-strålerne kan med deres kortere bølgelængde gøre større skade. De stoppes til en vis grad af ozonlaget, men den del, der når igennem til Jordens overflade, er til gengæld forudsætningen for, at vi kan danne det vigtige D-vitamin, der kædes sammen med stadig flere livsvigtige funktioner.

Uv-C-strålerne har den korteste bølgelængde og er derfor farligst. De kan skade cellernes DNA, og de bliver da også holdt tilbage af ozonlaget, så de ikke når Jorden. Men de kan genskabes ved hjælp af LED-lysdioder og bruges i dag til rensning af vand eller sterilisering af kirurgiske instrumenter.

Start med de værste

Professor Paul Michael Petersen fra DTU Fotonik er optaget af, hvordan lyset kan bruges i en sundhedsmæssig sammenhæng, og han påbegyndte for to år siden et systematisk forsøg, som skulle klarlægge, præcis hvilke bølgelængder der mest effektivt er i stand til at bekæmpe bakterier.

I snart 100 år har man brugt antibiotika, men efterhånden overlever stadig flere bakterier disse behandlinger, enten på grund af resistens, eller fordi de slutter sig sammen i såkaldte biofilm og organiserer sig, så de bliver i stand til at modstå ydre påvirkninger.

Biofilm bestående af mange forskellige bakterier kan også dannes i en betændt tandrod, som tandlægen normalt behandler med en mekanisk rensning og forskellige skyllevæsker. Det er en omfattende proces, der ikke altid lykkes; i nogle tilfælde bliver bakterierne ikke elimineret fuldstændigt, og andre gange blomstrer infektionen op igen efter en periode. Særligt bakterien Enterococcus faecalis har vist sig at være svær at behandle; den findes som oftest i rodkanalen, når rodbehandlingen er mislykkedes. Tandlæger er derfor meget interesserede i alternative behandlinger, som er mere virkningsfulde.

En anden sejlivet bakterie, som ofte findes på hospitalerne, er Pseudomonas aeruginosa, så det blev den og E. faecalis, Paul Michael Petersen valgte at starte med i dialog med forskere fra Københavns Universitet.

Forskere fra DTU, Costerton Biofilm Center og Tandlægeskolen (dvs. Odontologisk Institut ved Københavns Universitet), satte således en række forsøg op, hvor biofilm med enten P. aeruginosa eller E. faecalis i forskellige udviklingsstadier blev belyst med dioder i forskellige bølgelængder.

Overraskende resultat

"Når vi blander DTU’s teknologiske kompetencer med KU’s kliniske og mikrobiologiske ekspertise, kan vi nå rigtig langt. "
Merete Markvart, Adjunkt, Odontologisk Institut, Københavns Universitet

”I udgangspunktet ville vi teste forskellige uv-C-dioder, fordi disse stråler er kendt for at være bedst til at desinficere. Men vi inkluderede også nogle uv-B-dioder, som vi bruger til at øge D-vitaminniveauet hos høns og grise. Og så viste det sig, at uv-B faktisk virkede bedst. Det kom helt bag på os, og vi måtte gentage forsøgene mange gange for at være sikre på, at det stemte,” fortæller ph.d.-studerende Aikaterini Argyraki, DTU Fotonik.

Forskerne var ikke i tvivl om, at de overraskende resultater skulle forfølges, for selvom uv-B-lys også kan have en skadelig virkning på cellerne, er det stadig ikke så farligt som uv-C, der vil ødelægge cellernes DNA, hvis de kommer i kontakt med det.

De første forsøg blev lavet på biofilm, som forskerne skabte i laboratoriet, men nu søger de om tilladelse til at gå videre med biofilm fra patienter, der skal have lavet en rodbehandling.

”Vi forestiller os at sætte en kegle ned i roden, som i løbet af tre uger indlejres i den bakterielle biofilm. Patienten vil ikke mærke noget, men når vi tager keglen ud, vil vi have en naturlig biofilm af forskellige bakterier at arbejde med, i modsætning til den monokultur, vi har kunnet skabe i laboratoriet,” siger Merete Markvart, der er adjunkt på Odontologisk Institut, Københavns Universitet.

Hvis det viser sig, at uv-B-strålerne virker lige så godt på de biofilm, som kommer fra patienternes rodkanaler, vil næste skridt være at finde metoder til at guide uv-lyset fra dioderne ind i rodkanalen, måske ved hjælp af optiske fibre.

”Det vil sandsynligvis stadig være en supplerende behandling, der ikke kan stå alene, og der går i hvert fald et par år, før vi når så langt. Men vi ser store muligheder i uv-B-lyset, ikke kun i forbindelse med tandrødder, men også ved kroniske sår, ved infektioner i lungevæv eller omkring implantater. Alt sammen steder, hvor man ofte støder ind i problemer med resistente bakterier,” siger Merete Markvart og glæder sig over det frugtbare tværfaglige samarbejde, som ligger bag de spændende resultater.

”Når vi blander DTU’s teknologiske kompetencer med KU’s kliniske og mikrobiologiske ekspertise, kan vi nå rigtig langt.”

Biofilm

Billede: Københavns UniversitetI laboratoriet har forskerne fået bakterien P. aeruginosa til at gro som en biofilm på et filterpapir. Bakteriestammen er lavet, så den udtrykker det fluorescerende protein GFP (grønt), og farvet med propidium iodide (rødt), der kun farver døde celler. Derefter er biofilmene behandlet med enten uv-B- eller uv-C-lys. Øverst til højre kan man se en klar rødfarvning af biofilmen, hvilket altså betyder, at uv-B-behandlingen har dræbt en større del af bakterierne i biofilmen end ved uv-C-behandlingen (i midten til højre), hvor man kun kan ane den røde farve.