En svensk version av artikeln hittas längre ned.

They are developing a quick test for antibiotic resistance

Within five minutes a new technique can answer whether a specific bacterium is sensitive to certain antibiotics or not. The method has been developed by researchers from Karolinska Institutet located at SciLifeLab. The aim now is to further develop the technique so that it can be used in a hospital setting.

Antibiotic resistance is a big problem that continues to grow around the world. Adding to the problem is the use of broad spectrum antibiotics that are often chosen when there is not enough time to identify which bacterium that is causing an infection, and which antibiotics it is sensitive to. Therefore, it is important to develop quick and effective diagnostic methods.

The new method from SciLifeLab – called 5PSeq – is based on genetic sequencing. The researchers have used sequencing to map the different types of messenger RNA (mRNA) and intermediates from mRNA degradation that are present in bacteria: the “degradome”.

– We have found that by investigating how mRNA is recycled, we can obtain information regarding the ability of cells to produce proteins and thus grow. Thus, we can detect very fast if the bacteria will stop growing after we expose them to the antibiotic, says Vicent Pelechano, senior researcher at the MTC Department at KI as well as SciLifeLab, whoc has lead the study.

 By investigating how mRNA is recycled, we can obtain information regarding the ability of cells to produce proteins and thus grow.

In addition to assessing the technique, the work also resulted in an atlas of the degradome from the 96 types of bacteria that are included in the study – under normal circumstances and under stress, like when they are exposed to antibiotics.

The study has been published in the journal Nature Microbiology: Atlas of mRNA translation and decay for bacteria | Nature Microbiology

In principle, the method can be used in all bacteria, but Vicent Pelechano points out that it currently works better in so called Gram positive bacteria, such as Staphylococcus aureus or Clostridium difficile. Therefore, the primary focus right now will be on them, but the plan in the future is to expand the technology to other bacteria and fungi.

A spin-off company – 3N Bio – will work to bring a version of the method to the market, for use in a hospital setting.

– In our published article we use a high technology solution based on sequencing. This may work in an academic setting or to analyze diseases where you have more time, such as cancer, but with infection you typically have to start treatment faster. Therefore, we are working on a simplified approach based on PCR, that will use the same principle – analysis of the degradome. The idea is that we could take a complex sample such as feces, blood or urine, expose it to the antibiotics of interest and within four hours provide information to the medical doctor regarding which antibiotic will be best suited to use.

Vetenskapsrådet, VR, has provided the project with money to be used to reach proof-of-concept for a diagnostic test.

– Our current timeline is to try to bring a product to the market in 2025.

Development of the test will be done through 3N Bio, which is now a part of the portfolio of the incubator Karolinska Institutet Innovations.

– From the academic side we are planning to further explore the biology of this process and explore other applications of the core technology.

Could your method also be used in the development of new antibiotics?

– In principle our method is useful to investigate any “perturbation” on complex microbial samples. Thus, we think it will be useful to screen effects of new antibiotic molecules, but also other compounds like food supplements, probiotics or human-drugs. We decided to focus first on antimicrobial resistance, as it is an urgent problem that affects us all.

Text: Erika Lindbom Sierakowiak

Svensk version

Intervju: De utvecklar snabbtest för resistens

Inom fem minuter kan en ny teknik svara på om en specifik bakterie är mottaglig för behandling med olika typer av antibiotika eller inte. Metoden har utvecklats av forskare från Karolinska Institutet (KI) som är verksamma vid SciLifeLab. Målet nu är att ytterligare utveckla tekniken så att den kan användas i en sjukhusmiljö.

Antibiotikaresistens är ett stort problem som fortsätter att växa runt om i världen. En bidragande faktor till problemet är bredspektrumantibiotika som ofta används när det inte finns tillräckligt med tid för att identifiera vilken bakterie som orsakar en infektion och vilka antibiotika den är känslig mot. Därför är det viktigt att utveckla nya, snabba och effektiva diagnostiska metoder som kan användas inom vården.

Den nya tekniken från SciLifeLab, kallad 5PSeq, är baserad på genetisk sekvensering. Forskarna har använt sekvensering för att kartlägga olika typer av budbärar-RNA (mRNA) och intermediärer från nedbrytning av mRNA som finns i bakterier – det så kallade degradomet.

– Vi har upptäckt att genom att undersöka hur mRNA återvinns kan vi få information om cellernas förmåga att producera proteiner och därmed växa. På så sätt kan vi snabbt upptäcka om bakterierna slutar växa efter att vi har utsatt dem för antibiotika, säger Vicent Pelechano, senior forskare vid Institutionen för mikrobiologi, tumör- och cellbiologi (MTC) vid KI, som har lett studien.

Genom att undersöka hur mRNA återvinns kan vi få information om cellernas förmåga att producera proteiner och därmed växa

Utöver att tekniken utvärderades resulterade arbetet också i en atlas över degradomen från de 96 typer av bakterier som ingick i studien och hur dessa ser ut under normala omständigheter samt under stress, som när bakterierna utsätts för antibiotika.

Studien har publicerats i tidskriften Nature Microbiology: Atlas of mRNA translation and decay for bacteria | Nature Microbiology

I princip kan degradommetoden användas på alla bakterier, men Vicent Pelechano påpekar att den för närvarande fungerar bättre på så kallade grampositiva bakterier, som Staphylococcus aureus eller Clostridium difficile. Därför kommer fokus inledningsvis att ligga på dem, men planen för framtiden är att utvidga tekniken till andra bakterier och även svampar.

Ett spin-off-bolag – 3N Bio – kommer att arbeta för att ta en version av metoden till marknaden för användning i en sjukhusmiljö.

– I vår publicerade studie använder vi en högteknologisk lösning baserad på sekvensering. Det kan fungera i en akademisk miljö eller för att diagnosticera och analysera sjukdomar där man har mer tid, som cancer, men vid infektion måste man vanligtvis starta behandlingen snabbare. Därför arbetar vi med ett förenklat tillvägagångssätt baserat på PCR, som kommer att använda samma princip – analys av degradomet. Tanken är att vi kan ta ett komplext prov – som avföring, blod eller urin – och utsätta bakterierna i det för olika typer av antibiotika. Inom fyra timmar kan den behandlande läkaren få information om vilket antibiotikum som är mest lämpligt att använda.

Vetenskapsrådet, VR, har gett bidrag för att nå proof-of-concept med ett diagnostiskt test.

– Vår nuvarande tidplan är att försöka få ut en produkt på marknaden år 2025.

Utvecklingen av testet kommer att göras genom 3N Bio, som nu är ett portföljbolag i inkubatorn Karolinska Institutet Innovations.

– På den akademiska sidan planerar vi att ytterligare utforska biologin i metoden och undersöka andra tillämpningar av kärntekniken.

Kan er metod också användas i utvecklingen av nya antibiotika?

– I princip är vår metod användbar för att undersöka alla ”störningar” i komplexa mikrobiella prov. Därför tror vi att den kan vara användbar för att screena effekterna av nya antibiotikamolekyler, men också andra föreningar som kosttillskott, probiotika eller läkemedel för människor. Vi beslutade oss dock för att först fokusera på antimikrobiell resistens, eftersom det är ett brådskande problem som påverkar oss alla.

Text: Erika Lindbom Sierakowiak