– I utgangspunktet handler avhandlingen om antibiotikaresistens, som er et veldig stort forskningsfelt. Jeg har sett på hvordan lave konsentrasjoner av antibiotika påvirker samfunn av bakterier i munnhulen, sier Navdeep.
– En biofilm består av et samfunn av bakterier, komponenter fra spyttet og matrester, f. eks. når vi ikke pusser tennene, så har vi det hvite belegget som blir liggende på tennene med bakterier som trives i et spesifikt miljø over lengre tid, forklarer Navdeep.
– Vi har sett at lave konsentrasjoner av antibiotika kan være med på å øke biofilmdannelsen. Konsentrasjonene målt av antibiotika i saliva eller gingivalvæske i munnhulen, har i tidligere studier vist seg å være svært lave. I denne doktorgradsavhandlingen har vi utført studier hvor vi har brukt en modell i laboratoriet, under en kontrollert tilværelse. Siden det er veldig mange faktorer som påvirker biofilmdannelsen i munnen, har vi ved å bruke denne modellen hatt en forenklet og kontrollert tilværelse, men likevel så har bakteriene tilnærmet det samme miljøet, som de utvikler seg og formerer seg i, som i munnhulen.
– I den første artikkelen brukte vi lave konsentrasjoner av en betalaktam antibiotika som heter ampicillin. Saliva fra forskjellige individer ble brukt til å formere oral biofilm. Vi studerte inter- og intraindividuell forandring i både det orale mikrobiomet og resistomet. Munnhulen er det stedet som inneholder høyest antall antibiotikaresistente gener. Overraskende funn i denne studien var at korttidseksponering av oral biofilm med lave konsentrasjoner av ampicillin, selv om det fremmet endringer i de mikrobielle profilene, ikke var med på å øke resistente gener i biofilmen. Noe som gir oss innsikt i at både faktorer som konsentrasjonen av antibiotika og eksponeringstiden har en påvirkning på resistensutviklingen i bakteriene.
Antibiotikaresistens er et globalt problem
– Antibiotikaresistens kan vi kanskje kalle en stille pandemi, sier Navdeep. Vi i Norge legger ikke så mye merke til det, men globalt sett er det et stort problem.
– Så man bør ikke bare tenke at antibiotika er den eneste muligheten for å behandle infeksjoner dersom resistensproblematikken fortsetter, det er også mulig å tenke i andre baner for å bruke andre midler slik at man kan få bukt med problemet. Man leser stadig om at det har kommet nye bakterier som er resistente mot antibiotika, som man oppdager på sykehus, slik at man ser at det er et problem. Det er mange som jobber med å bekjempe antibiotikaresistens, men det er mye som skal til for å endre det. Det involverer forbruket vårt av antibiotika og det gjelder ikke bare i tannlegeverden, det gjelder også i landbruk, miljø og på andre felt der vi også må bekjempe utviklingen av resistente bakterier.
– Det er et one health problem, så man må se alt i sammenheng, understreker Navdeep.
HAMLET – et behandlingsalternativ
– Jeg har også vært heldig å få jobbe med en forskningsgruppe ved Universitetet i Lund, forteller Navdeep. De jobber med et stoff som heter HAMLET, som finnes i morsmelk. Det er sammensatt av et protein og fettstoffer. Stoffet viste seg å ha anticancer-effekt, det virket mot kreft i første omgang. Men så har forskere også testet ut den antibakterielle effekten av stoffet. Noen bakterier, f. eks. Stafylococcus aureus, som er multiresistente bakterier mot ulike antibiotika. Det viser seg at disse bakteriene resensitiviseres ved bruk av HAMLET, slik at antibiotika igjen kan påvirke disse, også.
– I studien min brukte jeg HAMLET som et behandlingsalternativ med antibiotika, da så jeg at HAMLET i seg selv skapte en forandring i bakteriesamfunnet slik at det ble mer av de probiotiske eller gode bakteriene som vokste. Biofilmmodellen var satt opp under en kontrollert tilværelse i laboratoriet, i de to første artiklene. I det tredje forsøket undersøkte vi en in vivo studiemodell, og da så vi på hvordan antibiotika amoxicillin og HAMLET påvirket immunsystemet når vi kombinerte de to behandlingsalternativene.
– Da så vi at det kun var amoxicillin, og ikke HAMLET som hadde effekt på immunsystemet. Antibiotikabehandling førte til nedsatt regulering av enkelte faktorer i immunsystemet som er viktige for bekjempelsen av infeksjon i kroppen. Disse resultatene peker på nødvendigheten av å være kritisk til overforbruk eller misbruk av antibiotika da det ikke kun påvirker resistensproblematikken, men også kan svekke kroppens immunsystem i bekjempelsen av infeksjoner.
Lave konsentrasjoner av antibiotika kan påvirke utviklingen av resistens
Hva er konklusjonen av funnene dine kort oppsummert?
– Vi fant ut at antibiotika i lave konsentrasjoner også kan påvirke resistensmønsteret i bakteriene, dvs. utviklingen av resistente gener. Du kan få økt enkelte resistente gener i forhold til hvilken antibiotika du bruker. I tillegg så kan eksponering av lave konsentrasjoner av antibiotika over lengre tid, bidra til å øke biofilmdannelsen. I munnhulen er konsentrasjonen av antibiotika lav i forhold til det vi har i blodet. Når vi tar antibiotika mot f. eks. ørebetennelse, så vil vi få antibiotika i munnhulen, også. Eksponering av lave antibiotikakonsentrasjoner over lengre tid kan føre til økt biofilmdannelse.
– Det andre vi så med HAMLET var at det økte forekomsten av probiotiske bakterier i bakteriesamfunnet. Det hadde en god effekt.
– Vi må se videre på mekanismer bak disse resultatene, men dette var resultatene fra biofilmmodellen og bioinformatikkanalysene. Ofte er det veldig mange faktorer som påvirker, men her hadde vi et bakteriesamfunn i en mer kontrollert tilværelse.
Nye midler til å bekjempe antibiotikaresistens
– Derfor bør man også tenke i andre baner, ikke bruke kun antibiotika som behandling, men man bør også prøve andre metoder for å bekjempe infeksjoner. HAMLET har vist at det resensitiviserer bakterier som ikke har vært sensitive for antibiotika før, noe som er relevant for problematikken rundt multiresistente bakterier. Og man har sett at de resistente bakteriene ikke utvikler seg, slik at resistensutvikling ikke er et problem i denne sammenhengen.
– I enkelte patogene bakterier, dvs. sykdomsfremkallende bakterier som er i munn- og halsområdet, f. eks. Streptococcus pneumoniae, så har stoffet HAMLET en god effekt. Men man må gjøre videre undersøkelser rundt dette.
– I tidligere studier har man brukt laboratoriemodeller med en singel bakteriestamme og studert HAMLETs funksjon. I studiene vi har gjennomført i denne doktorgradsavhandlingen har vi derimot studert effekten av HAMLET på et bakteriesamfunn, noe som enkle bakteriestudiemodeller ikke kan svare på. Våre resultater viser at effekten av HAMLET førte til en økning i probiotiske bakterier, noe som er særlig interessant da det kan indikere en positiv modulering av mikrobiota.
Bioinformatikk til analyse av resultatene
Hvilke metoder brukte du?
– Den første metoden vi brukte er en ex vivo modell, der vi brukte spyttprøver fra ulike donorer. Det er en modell vi kan bruke på mange pasienter, f. eks. på perio- og kariespasienter. Vi kan også bruke modellen for andre typer bakterietilværelser som f. eks. alveolitt, osteomyelitt og liknende tilstander.
– I den første studien tok vi spyttprøver fra tre forskjellige donorer for å fremheve forskjellene mellom ulike individers bakterieflora i respons på forskjellige behandlinger. I den andre studien brukte vi spyttprøver fra åtte forskjellige donorer, som vi kombinerte til en samlet prøve. Dette ble gjort for å inkludere et bredere spekter av bakteriearter og øke det biologiske mangfoldet. Vi brukte disse prøvene til å dyrke biofilmen i laboratoriet. Deretter så vi på bakteriesamfunn og hvordan resistente gener endret seg under antibiotika/ HAMLET behandling.
– Den andre metoden er in vivo, det er en metode der vi studerte dyremodeller. Vi tok prøver fra lunger og fra milten for å se på hvordan immunsystemet blir påvirket av både antibiotika og HAMLET.
– Vi brukte bioinformatikk for å få oversikt over både resistente gener og for å sammenligne hvilke bakterier som har økt, og hvilke som har blitt borte, i forhold til de ulike behandlingene. Noen av de enklere analysene utførte jeg selv, mens for de mer avanserte analysene måtte jeg få støtte, da noen analyser faller inn i mer spesialiserte områder av bioinformatikken, forteller Navdeep.
Sett med tannlegens blikk
– Jeg har brukt tannlegekompetansen min i prosjektet, forteller hun.
– Siden jeg er tannlege så blir oppgaven mer spesifikt innrettet mot det. Som kliniker og spesialistkandidat i oral kirurgi og oral medisin ser jeg i hvilke sammenhenger man kan bruke metodene jeg har lært til å studere andre situasjoner, også. F.eks. kan det anvendes for å undersøke pasienter med ulike infeksjonstilstander i munnhulen.
– Enkelte pasienter behandles med antibiotika over lengre tid. Hvordan påvirker lang tids eksponering av antibiotika munnhulens normalflora? Det er mye man kan undersøke videre og prosjektet har stor overføringsverdi, sier hun.
– Man kan også se på hvordan antibiotikabehandling påvirker de resistente genene i munnhulen, forklarer Navdeep, og det gjør det ekstra spennende. Kanskje kan man sortere disse pasientene og se på hvordan både det orale mikrobiomet og resistomet forandrer seg. Dette prosjektet gir mange muligheter for framtiden ved å kombinere basalfagforskning med klinisk forskning.
– Andre problemstillinger kan være å studere hvordan antibiotikabehandling påvirker immunsystemet vårt. La oss si, f. eks. pasienter som bruker antibiotika over lang tid, grunnet enkelte infeksjonstilstander f. eks. i flere måneder, og hvordan påvirker det immunsystemet å ta antibiotika over en så lang periode? Man kan også ta prøver før og etter behandling og se om det påvirker utvikling av resistente gener og om det har oppstått resistensproblematikk.
– I modellen vår brukte vi antibiotika over kort tid, i 24 timer, 48 timer og o.l. Er det mulig å få kortere intervaller – er det mulig å bruke antibiotika over kortere tid og med samme resultat? Eller er det også slik at det kan påvirke resistensutviklingen? Det å bruke antibiotika over færre dager, kortere tid, mindre doser, kan det hjelpe mot antibiotikaresistens?
– Jeg synes arbeidet har vært veldig interessant og særlig det at jeg fikk muligheten til å jobbe med forskningsgruppen i Lund. Det å ha et internasjonalt samarbeid har vært veldig lærerikt, og så har jeg vunnet noen priser, og har derfor fått muligheten til å presentere prosjektet mitt for andre. Som forsker blir man mer bevisst og stolt over det man jobber med når man reiser til ulike konferanser og forteller om sitt eget prosjekt.
Hvilke priser har du fått?
– Nordic Hatton Award og IADR John Gray fellowship – sistnevnte var et reisestipend og gjorde at jeg fikk muligheten til å reise til Lund, og være der i tre måneder. En ting er å lese om forskningsresultatene til en forskningsgruppe, men det er noe helt annet å få jobbe med dem, det er ekstra spesielt, for da ser man ting fra et annet perspektiv.
– I tillegg har det vært utrolig givende å jobbe med mitt tverrfaglige team i Norge, som har et stort internasjonalt nettverk med samarbeidspartnere ikke bare i Sverige, men også i USA, India, Brasil og Canada. Forskning kan riktignok gjøres alene, men gjennom dette arbeidet har jeg lært at forskning med tverrfaglige team er spesielt fascinerende. Jeg er svært takknemlig for støtten og bidragene fra min hovedveileder Professor Petersen, medveiledere Dr Shekhar og Dr Junges, bioinformatiker Dr Dhariwal og samarbeidspartnere, som har gitt uvurderlig innsikt og hjelp på veien, avslutter Navdeep.
Referanser
- Brar NK, Dhariwal A, Åmdal HA, Junges R, Salvadori G, Baker JL, Edlund A, Petersen FC. Exploring ex vivo biofilm dynamics: consequences of low ampicillin concentrations on the human oral microbiome. NPJ Biofilms Microbiomes. 2024 Apr 2;10(1):37. doi: 10.1038/s41522-024-00507-7. PMID: 38565843; PMCID: PMC10987642.
- Brar, Navdeep Kaur; Dhariwal, Achal; Shekhar, Sudhanshu; Junges, Roger; Hakansson, Anders P. & Petersen, Fernanda Cristina (2024). HAMLET, a human milk protein-lipid complex, modulates amoxicillin induced changes in an ex vivo biofilm model of the oral microbiome. Frontiers in Microbiology. ISSN 1664-302X. 15. doi: 10.3389/fmicb.2024.1406190.
- Shekhar, Sudhanshu; Brar, Navdeep Kaur; Håkansson, Anders P. & Petersen, Fernanda Cristina (2023). Treatment of Mouse Infants with Amoxicillin, but Not the Human Milk-Derived Antimicrobial HAMLET, Impairs Lung Th17 Responses. Antibiotics. ISSN 2079-6382. 12(2). doi: 10.3390/antibiotics12020423.