Foto: Panther Media

DNA fra flytoiletter kan bane vejen for global sygdomsovervågning

fredag 04 dec 15

Kontakt

Thomas Nordahl Petersen
Lektor
DTU Systembiologi
45 25 24 22

Kontakt

Frank Møller Aarestrup
Professor, forskningsgruppeleder
DTU Fødevareinstituttet
35 88 62 81

Læs også

Analyser af prøver fra flytoiletter viser, at det er muligt at iværksætte en global overvågning af sygdomsudbrud, som kan være med til at dæmme op for fremtidige epidemier.

Over 23 millioner udenrigspassagerer vil inden året er omme have passeret gennem Københavns Lufthavn. Globalt regner man med at komme op på næsten 1,5 milliard internationale rejsende i 2016. For vi rejser mere og mere, og kontakten mellem lande og verdensdele bliver tættere og tættere.

Men ingen rejser alene. Alle har vi millioner og atter millioner af blinde passagerer med os, når vi går ombord på flyet. De bor i vores tarme. Langt de fleste er harmløse – og mange endda gavnlige. Men en gang i mellem medbringer passagerer bakterier eller virus, som kan gøre andre mennesker syge. De kan også medbringe bakterier eller virus, som har udviklet resistens over for antibiotika. Derfor ser vi også oftere udbrud af smitsomme sygdomme og resistente bakterier og virus, og at de spreder sig hurtigere end nogensinde før.

Det var baggrunden for at forskere fra DTU i sommeren 2013 tog ud til Københavns Lufthavn for at tage prøver fra flytoiletter. I samarbejde med SAS tog forskerne prøver fra 18 langdistancefly, som kom til København fra Bangkok, Beijing, Islamabad, Newark, Kangerlussuaq, Tokyo, Toronto og Washington, D.C. Derefter rensede de DNA fra prøverne og sekventerede det. Ved hjælp af et nyudviklet program kunne forskerne så ’mappe’ DNA-sekvenserne op mod databaser, der indeholdt alle kendte DNA-sekvenser. De kunne for eksempel vise, at passagerer på fly fra USA havde spist rigtig meget kød, både kvæg og svin, men især kylling – og at passagerer på fly fra Islamabad ikke havde spist svinekød. Og med hensyn til de bakterier og resistensgener, forskerne egentlig var ude efter, var der også klare regionale forskelle: Der var flere resistensgener hos passagerer fra Sydasien end fra Nordamerika. Bakterien Salmonella enterica, der giver diarré, var der igen flest af på fly fra Sydasien. Nordamerika havde til gengæld flest Clostridium difficile, som er en vanskelig bakterie; man får den ofte på hospitalet efter en antibiotikakur, hvor den kan give en potentielt dødelig tyktarmsbetændelse.

Toiletaffald fra internationale fly har vist sig at være et oplagt forskningsmateriale, når man vil kortlægge f.eks. antibiotikaresistente bakterier.
 
Grafik Gert K. Nielsen 

Global monitorering fra time til time

"Opgaven er at finde ud af, præcis hvilken organisme DNA'et kommer fra."
Thomas Nordal Petersen, lektor, DTU Systembiologi

Arkitekten bag forsøget er Frank Aarestrup fra DTU Fødevareinstituttet. Han har gennem mange år arbejdet på at skabe et globalt overvågningssystem for smitsomme sygdomme. Forsøget i Københavns Lufthavn var et led i dette arbejde. For kan det lade sig gøre at påvise eksempelvis sygdomsbakterier i kloakslam fra flytoiletterne, kan det danne baggrund for et system, som effektivt kan påvise epidemier, inden de når at løbe løbsk:

”I dag er der et meget stærkt fokus på at diagnosticere syge mennesker, men vi vil meget gerne vide noget, inden folk bliver syge, så vi tidligt kan fange sygdommen. En anden udfordring er, at folk i nogle dele af verden ikke er glade for at gå til sundhedsvæsenet. Kun omkring 18 procent af ebolatilfældene kom til læge, og det er med til, at epidemier kan køre i lang tid, inden man får sat ind,” siger han og fortsætter:

”I dag registrerer man, at noget for eksempel rører sig i Vestafrika, og så sætter man laboratorier op dernede. Med medvind ned ad bakke tager det adskillige måneder. Og så er det for sent. I en lufthavn har vi mulighed for at øge monitorering af en region fra time til time. Det lyder som enormt mange fly, og det er det også, men det er ikke uoverskueligt. Det er en meget lille investering i forhold til at skulle opbygge laboratorier langt væk fra ekspertisen,” siger Frank Aarestrup.

Der blev udtaget dna-prøver fra 18 internationale fly, som landede i Kastrup Lufthavn. Og systemet kan nemt opskaleres til at dække fly fra hele verden.

Et fly indeholder ca. 400 liter toiletaffald. Prøver blev hentet fra flyets tanke og kørt til et analyseanlæg.

Her blev DNA-prøverne sekventeret og analyseret. En proces, der i de senere år er blevet både langt billigere og hurtigere end tidligere.

Sygdomsgener og resistensgeners udbredelse vil hermed kunne overvåges globalt i noget nær real-time. 

 
Grafik Gert K. Nielsen 

Omfattende databaser

giver sikre resultater Forsøget i Københavns Lufthavn var, som det fremgår, kun starten. Det var det forsøg, der skulle vise, at det kunne lade sig gøre at påvise infektioner og resistensgener ved hjælp af DNA-sekventering. En helt central opgave var at finde en metode, så man var sikker på, at man fandt det, man ledte efter.

Thomas Nordahl Petersen fra DTU Systembiologi stod bag arbejdet med at analysere de mange DNA-sekvenser, der kom tilbage fra laboratoriet.

“Man kan sagtens tage de her prøver fra flyene, rense det op og hive en masse små stykker DNA ud af det og sekventere det. Men derefter bliver opgaven jo at gå tilbage og finde ud af, præcis hvilken organisme det DNA kommer fra,” forklarer han.

Til det formål lavede forskerne programmet MGmapper, som benytter flere forskellige bakterie-sekvensdatabaser, men også databaser over virus, plasmider, pattedyr, hvirveldyr og hvirvelløse dyr – omkring 20 sekvensdatabaser i alt.

DNA-sekventering giver millioner af korte stykker DNA, som kan stamme fra mange hundrede forskellige organismer. Opgaven er derfor at samle disse korte stykker DNA korrekt, således at man ender med lange fragmenter, der repræsentere delvise eller fulde DNA-sekvenser af de organismer, som er til stede i prøven. Nogle organismer er meget ens, når man sammenligner deres fuldlængde-DNA, og det skaber nogle udfordringer, idet man skal identificere en organisme ud fra de korte stykker DNA fra DNA-sekventeringen. Man skal derfor være varsom med at identificere en organisme ud fra disse korte stykker DNA. Optimalt har man mange og helst også specifikke stykker DNA, som understøtter hver af de organismer, man identificerer, forklarer Thomas Nordahl Petersen:

“Hvis man ved hjælp af MGmapper søger med et lille stykke DNA, kan man sagtens finde noget, der matcher. Men vi er nødt til at være endog meget kritiske med, hvilke kriterier sekvenserne skal leve op til, så vi ikke risikerer at finde falske positiver,” siger han og fortæller, at man flere gange har blæst alarm på baggrund af falske positiver.

Tidligere på året fandt amerikanske forskere for eksempel miltbrand og pest i New Yorks undergrundsbane – indtil de måtte indse, at det var det ikke alligevel. Den slags fejltagelser er der ikke plads til i et globalt sygdomsovervågningssystem. Og her er fordelen ved MGmapper, at den samler alle kendte sekvenser, så man kan være sikker på, at det vitterlig er tyfus og ikke et stykke DNA fra en harmløs organisme, man har fundet.

Forskerne føler sig altså meget sikre, når de nu fortæller, at det kan lade sig gøre at overvåge bakteriers og resistensgeners færden overalt på kloden. Og så skulle man tro, at det ligger lige for at udbrede systemet. Der er dog en række praktiske udfordringer at løse, efter at de forskningsmæssige er afklaret, erkender Frank Aarestrup:

“Det kan være, at nogle selskaber ikke vil tillade, at vi tager prøver fra deres tanke, fordi det kan have konsekvenser for hjemlandets turisme. Det kan være, at vi ikke kan blive enige om, hvem der skal betale. Endelig kan det være rigtig svært at få folk til at deles om data, sådan som man vil skulle her,” siger han og fortsætter:

“Så vi skal have fundet et sted, hvor vi kan bevise, at det har en effekt. Et sted, hvor vi er i stand til at fange en sygdom før nogen andre og redde nogle tusind menneskeliv. Det er det, der er vores opgave lige nu.”

Relaterede Videoer  

Vis flere