Over 112, 5 millioner donationer af blod indsamles hvert år rundt om i verden - men de fleste af disse bidrag er ubrugelige for nogle af de mest nødlidende patienter.
Relateret indhold
- En robot kan en dag tegne dit blod
- Den første nogensinde blodbank åbnede 80 år siden i dag
Blodoverførsler skal matche blodtypen af en donor til modtagerens Ellers kan modtagerens immunsystem angribe det fremmede blod og forårsage alvorlig sygdom. I dag rapporterer videnskabsmænd på det 256. nationale møde og udstilling af American Chemical Society lovende nye skridt i retning af hacking af dette system ved hjælp af bakterielle enzymer, der stammer fra tarmmikrobiomet, til at omdanne restriktive blodtyper til mere universelt blod.
Der er fire hovedtyper af blod: AB-, A-, B- og O-blod, der er kendetegnet ved sukkerarter, som røde blodlegemer bærer på deres overflade, kaldet antigener.
AB er den egoistiske hoarder i gruppen, der bærer både A-antigen og B-antigen. Med al sin bling kan AB-blod kun overføres til andre med AB-blodtypen - men mennesker, der har AB-blod, er universelle modtagere. A- og B-blodtyper har kun et af de to antigener, henholdsvis, og personer med disse blodtyper kan kun modtage blod, der ikke sporter det andet sukker.
O blod er på den anden side den nøgne martyr, der mangler sukkerarter, der pynter dets brødre. Dets forholdsvis karrige tilstand gør det til en venlig tilstedeværelse i næsten alle immunmiljøer, og O-type blod - den samlede universelle donor - er i konstant efterspørgsel.
For at imødekomme det uforholdsmæssige behov for universalblod er banker og donationscentre konstant på udkig efter disse ønskelige donorer. Men selvom omkring 40 procent af befolkningen er type O, ser bestandene altid ud til at komme til kort, delvis fordi lagret blod har en relativt kort holdbarhed. I de senere år er forskere begyndt at eksperimentere med at generere type O i laboratoriet - enten ved at syntetisere røde blodlegemer fra bunden eller ved at snyde den stødende sukker ud af AB-, A- og B-blod.
Sidste år gjorde en gruppe forskere ledet af Jan Frayne enorme fremskridt med den tidligere strategi og inficerede en linje med røde blodlegemer med kræftformede gener for at provokere dem til at genopfylde sig selv ad infinitum . Imidlertid er denne teknik langt fra at komme ind i klinikken - de syntetiske celler er endnu ikke blevet fulgt med henblik på sikkerhed, og omkostningerne ved at udfylde kun en blodpose med disse analoger forbliver astronomiske.
På den anden side har konvertering af blodtyper været et igangværende arbejde i årtier. Denne strategi er især tiltalende, fordi den både kunne skabe mere universelt blod, mens man forhindrer sværere at bruge donationer i at gå til spilde.
I 1982 tog en gruppe forskere de første lovende trin i kunstig konvertering af blodtyper. Ved hjælp af et enzym isoleret fra ikke-ristede grønne kaffebønner knipte de B-antigener ud af røde blodlegemer og skabte effektivt type O-blod, der kunne overføres til humane patienter. Men kaffeenzymet havde sine ulemper. For det første var det finartet, hvilket krævede et meget specifikt sæt betingelser for at fungere - hvilket betød at sætte blodet gennem ringetonen, før det kunne bruges. Selv når den eksperimentelle opsætning var lige så, var enzymet træg og ineffektivt, og forskerne måtte bruge kløfter af det for at se en effekt.
Stadigvis opdagede opdagelsen af kaffe-enzymet til resten af verden, at blodomdannelse var mulig - og endnu vigtigere, at de nødvendige redskaber, der sandsynligvis allerede eksisterede i naturen.
I begyndelsen af 2000'erne begyndte en anerkendelse af den enorme mangfoldighed af enzymer i bakterieriget at dukke op, og forskere begyndte at henvende sig til mikrober for deres sukkeropskæringsbehov. I 2007 rapporterede forskerne opdagelsen af to bakterielle enzymer, der i kombination var i stand til at hacking både A- og B-sukker fra blodlegemer. Enzymet, der afskærede B-antigener fra blodet, var tusind gange mere effektivt end kaffe-enzymet fra 35 år tidligere. Men enzymet, der målrettede mod et antigen, producerede lidt mere nøgterne resultater, hvilket krævede en for høj dosis enzym til at være praktisk.
Flere forskerhold har siden forsøgt at udnytte mikrobernes magt til at ”usødne” blod. Men for nogle få år siden besluttede Peter Rahfeld og Stephen Withers, biokemikere ved University of British Columbia, at vende sig til en endnu uudnyttet ressource: tarmen mikrobiota - det voldsomme samfund af flittige mikrober, der lever i den menneskelige tarme.
Som det viser sig, er "tarmmikrober professionelle til at nedbryde sukker, " ifølge Katharine Ng, der studerer tarmmikrobiomet ved Stanford University, men ikke deltog i dette arbejde. Sukkerrørede proteiner linjer tarmens væg - og nogle af disse detaljerede sukkerarter ligner de samme A- og B-antigener, der findes på blodlegemer. Derudover høster mange tarmmikrober disse sukkerarter ved at plukke dem ud af tarmforingen.
”Jeg var begejstret, da jeg fandt ud af dette - [det betød, at vi muligvis kunne] bruge mikrober til at finde nye [værktøjer], ” siger Rahfeld. ”De er alle allerede i vores tarm, bare venter på at få adgang. Der er så meget potentiale. ”
Indtil videre har det meste af jakten på nye blodkonverteringsmaskiner involveret omhyggelig test af kendte bakterieenzymer en efter en. Mange medlemmer af tarmen mikrobiota kan nu dyrkes i laboratoriemiljøer - men ikke alle. For at fange det fulde potentiale af bakterieenzymer i tarmen valgte Rahfeld og Withers en teknik kaldet metagenomik.
Med metagenomik kan forskere samle et samfund af mikrober - som dem, der er i en fækal prøve - og blot studere DNA inden for en masse . Selv hvis bakterierne ikke overlever langt uden for den menneskelige krop, er deres DNA langt hårdere og kan stadig give forskerne en fornemmelse af, hvilke enzymer hver mikrobe er i stand til at rive ud. ”[Metagenomics] en måde at få et øjebliksbillede af alt DNA [i den menneskelige tarme] på et tidspunkt, ” forklarer Rahfeld.
Efter at have isoleret bakterielle genomer fra menneskelig fæces, brød Rahfeld og hans kolleger DNA'et i små bidder og satte dem i E. coli, en almindelig stamme af bakterier, der let kan manipuleres til at udtrykke fremmede gener, såsom dem, der koder for enzymer. Forskerne testede omkring 20.000 forskellige fragmenter af genetisk materiale mod enkle sukkerproxy, der efterligner A- og B-antigener; kandidater, der bestod denne første screeningrunde, blev derefter udsat for mere komplicerede analoger, der bedre lignede menneskeligt blod.
Til sidst sad teamet med 11 mulige enzymer, der var aktive mod A-antigen og en mod B-antigen - inklusive et ekstraordinært lovende enzym, der var 30 gange mere effektivt mod A-antigen end det, der blev opdaget i 2007. Opmuntrende, det nye enzym var en lav vedligeholdelsesarbejder, i stand til at udføre ved forskellige temperaturer og saltkoncentrationer - hvilket betyder, at blodlegemer kunne omdannes uden at gå på kompromis med tilsætningsstoffer.
Når forskerne næste testede deres kraftfulde nye enzym mod ægte blod af type A, var resultaterne de samme - og kun en minutsmængde af proteinet var nødvendigt for at tørre blodet rent af de fornærmende sukkerarter. Derudover var forskerne begejstrede over at finde ud af, at de kunne kombinere deres nye enzym, der er aktivt mod blod af type A, med tidligere opdagede enzymer, der smækker B-antigener væk. Ved at konsolidere årtiers arbejde havde teamet nu værktøjer til effektivt at konvertere AB-, A- og B-blod til universelt accepteret O.
”Det fungerede smukt, ” siger Jay Kizhakkedathu, professor i kemi ved University of British Columbia Center for Blood Research, der samarbejder med Rahfeld og Withers om deres studier.
Forskerne tester nu deres enzymer i større skala. I fremtiden planlægger Withers at bruge genetiske værktøjer til at tænke sig sammen med deres nyfundne enzym for yderligere at øge dets trimningskraft. Til sidst håber holdet, at sådan blodkonverteringsteknologi kan være en grundpille på hospitaler, hvor behovet for O-type blod altid er alvorligt.
Selv med så lovende resultater er de blodkonverterende enzymer, der er opdaget hidtil, kun spidsen af isbjerget, siger Zuri Sullivan, en immunolog ved Yale University, som ikke deltog i forskningen. I betragtning af den enorme mangfoldighed, der findes i forskellige individer 'tarmmikrobiomer, kunne screening af flere donorer og andre bakteriesamfund give endnu mere spændende resultater.
”Forudsætningen her er virkelig magtfuld, ” siger Sullivan. "Der er en uudnyttet genetisk ressource i de [gener], der kodes af tarmmikrobiomet."
Naturligvis er sikkerhed fortsat den største bekymring fremover. Ændring af humane celler, selv med naturlige enzymer, er en vanskelig forretning. Indtil videre rapporterer Rahfeld og Withers, har det været temmelig trivielt at vaske enzymerne væk efter behandling - men forskerne bliver nødt til at være sikre på, at alle spor af deres enzym fjernes, før blod kan overføres til en syg patient.
Det skyldes delvis, at sukkerantigener findes på utallige celler i kroppen, forklarer Jemila Caplan Kester, en mikrobiolog ved Massachusetts Institute of Technology. Selvom enzymet i denne undersøgelse ser ud til at være temmelig præcist med hensyn til målretning af A-antigener på blodlegemer, er der altid en lille chance for, at det kan gøre en vis skade, hvis en lille mængde skulle glide gennem revnerne. Derudover kunne modtagerens immunsystem også reagere på disse bakterielle enzymer og fortolke dem som signaler om et infektiøst angreb. Kizhakkedathu mener imidlertid, at et sådant scenarie sandsynligvis ikke er sandsynligt, da vores kroppe angiveligt allerede er udsat for disse enzymer i tarmen.
”Selv med alle disse overvejelser er der flere problemer, som vi måske [ikke kan forudse] - vi ser dem, når vi faktisk tester [blodet i en rigtig krop], ” siger Kester. ”Den menneskelige krop finder ofte måder, der gør, at [vores eksperimenter] ikke fungerer.”
Derudover går videnskaben om blodtypning langt ud over bare A- og B-antigener. En anden almindelig uoverensstemmelse opstår, når Rh-antigen overvejes. Tilstedeværelsen eller fraværet af Rh er det, der gør andres blodtype henholdsvis "positiv" eller "negativ" - og kun negativt blod kan gå til både positive og negative modtagere.
Dette betyder, at det på trods af kraften i Rahfeld og Withers 'system ikke kan generere virkelig universelt blod hver gang. Og fordi Rh-antigen faktisk er et protein, ikke et sukker, skal et helt andet sæt enzymer undersøges for at skabe den mest almindeligt accepterede universelle blodtype: O-negativ.
Teamets teknik har stadig et enormt potentiale - og ikke kun for klinikken. Ifølge Ng kunne en bedre forståelse af disse bakterielle enzymer også kaste lys over det komplekse forhold mellem mennesker og de mikrober, der lever i vores kroppe. I sandhed forstår videnskabsmænd stadig ikke formålet bag disse antigeners tilstedeværelse på blodlegemer - langt mindre på foringen af vores tarme. Men bakterier har været interesseret i denne viden i årtusinder - og har udviklet sig til at drage fordel af dem, siger Ng, og at lære mere om disse mikrober kunne svare på spørgsmål, som mennesker endnu ikke har tænkt at stille.
I mellemtiden er Withers simpelthen glad for at se fremskridt i enhver retning. ”Det er altid overraskende, når ting fungerer godt, ” reflekterer han med en latter. ”Det giver dig håb om, at du har gjort et rigtigt spring fremad.”
