«Så bredt som mulig - så raskt som mulig»

Tekst og foto: GRETE HANSEN

Nevrologiske infeksjoner er ofte alvorlige og i verste fall dødelige. Derfor haster det med å finne svar når spinalvæskeprøven ankommer laboratoriet. Men selv om pasienten har tydelige symptomer, er det slett ikke sikkert at laboratoriet klarer å påvise mikroorganismer.

- I opp mot 50 prosent av tilfellene finner man ingen diagnose ved hjelp av spinalvæskeprøven, selv om symptomene er overbevisende, forteller Kira Waagner Birkeland, bioingeniør og stipendiat ved Medisinsk mikrobiologi på Sykehuset Innlandet Lillehammer. Der er hun i gang med prosjektet «Utvikling av rask diagnostikk av nevrologiske infeksjoner og målrettet behandling, ved bruk av sekvenseringsteknologi».

For å få til det vil hun ekstrahere og detektere alt DNA og RNA i prøven samtidig – «real time». Så bredt som mulig – og så raskt som mulig.

Et sjeldent virus

Birkeland tar utgangspunkt i en tenkt pasienthistorie når hun forklarer bakgrunnen for prosjektet:

En kvinne som nylig er kommet hjem fra ferie i Asia blir syk med høy feber og sterk hodepine. Etter få dager får hun nevrologiske symptomer som desorientering og hallusinasjoner. Hun blir innlagt på sykehus og det blir tatt blodprøver, men de gir ingen svar. Dyrking av spinalvæske gir ikke vekst, og serologi og PCR er også negative. Til tross for behandling med bredspektret antibiotika, blir hun raskt verre og hun faller i koma. Etter et par dager bestemmer legene seg for å sende spinalvæske til metagenomisk sekvensering (mNGS). Svaret som kommer i retur er at mNGS har påvist RNA fra Nipah-virus, et virus som overføres via fruktflaggermus og som kan gi alvorlig encefalitt hos mennesker. Det finnes ingen spesifikk behandling mot viruset, men nå blir den støttende behandlingen intensivert og etter en tids sykeleie friskner hun til.

- Dette er et godt eksempel fordi det er et virus vi i dag ikke klarer å påvise her på Lillehammer. Vi ville muligens sendt det videre til Oslo universitetssykehus eller Folkehelseinstituttet, men så vidt jeg vet har heller ikke de en test som kan påvise Nipah-virus, forklarer Birkeland.

Løsningen ville sannsynligvis vært å sende prøven til et utenlandsk laboratorium. Det ville forlenget svartiden mye.

- Nå tror jeg ikke Nipah-virus er påvist i Norge ennå, men siden folk reiser oftere og lengre er det ikke unaturlig om slike tilfeller oppstår. Det finnes riktignok ingen medikamenter som virker på akkurat dette viruset, men behandling med bredspektret antibiotika ville kunne avsluttes og legene ville heller kunne konsentrere seg om den støttende behandlingen, påpeker hun.

I grenselandet mellom forskning og klinikk

Sjeldne virus som Nipah er ikke hverdagskost på Lillehammer sykehus - det er heller ikke meningitt og encefalitt, de vanligste nevrologiske infeksjonene - men de er atskillig mer vanlige. Når spinalvæsken ankommer med mistanke om en nevrologisk infeksjon, skal den dyrkes, farges og mikroskoperes - og det gjøres PCR eller serologiske undersøkelser, avhengig av hva legen mistenker. Laben på Lillehammer har multiplex-paneler som kan påvise de vanligste årsakene til nevrologiske infeksjoner, både virus, bakterier og sopp.

- De vanligste patogenene vil vi kunne fange opp med de metodene som brukes i dag, men det er mange tilfeller der vi ikke finner årsaken. Det kan være mange ulike årsaker til det, for eksempel at det er snakk om uvanlige mikroorganismer - eller at det er brukt antibiotika i forkant av spinalpunksjonen og at det derfor ikke blir vekst ved dyrkning, forteller Birkeland.

Så da Medisinsk mikrobiologi på Lillehammer besluttet å øke forskningsaktiviteten, var det akkurat dette prosjektet som ble beskrevet. En stipendiatstilling ble lyst ut, og Birkeland fikk den.

- Siden prosjektet ligger i grenselandet mellom forskning og klinikk, og er tett knyttet til diagnostikken, passer det meg utrolig bra. Det er akkurat slike prosjekter jeg ønsker å jobbe med, forteller hun.

Èn dag som lærer

Birkeland ble utdannet bioingeniør i Bergen i 2011 og tok en master i biomedisin ved OsloMet i 2014. Etter det jobbet hun med utredning av arvelig kreft på Oslo universitetssykehus (OUS) i fem år. Hun likte seg godt ved Avdeling for medisinsk genetikk på Ullevål, men i 2019, da hun ventet sitt andre barn, bar det likevel hjemover – til Lillehammer.

- I mars 2020, etter endt svangerskapspermisjon, begynte jeg som lærer ved en ungdomsskole på Lillehammer. Jeg rakk å undervise én eneste time før skolene ble koronastengt, forteller hun.

Og mens noen institusjoner ble stengt på grunn av pandemien, åpnet det seg nye muligheter hos andre. Ved Medisinsk mikrobiologi på Lillehammer ble det behov for flere bioingeniører som kunne jobbe med molekylærbiologi. Laboratoriet, som er Sykehuset Innlandets eneste mikrobiologiske avdeling, kunne i 2021 åpne en splitter ny molekylærlab.

- Da det ble bestemt at laben skulle begynne å sekvensere SARS-CoV-2, fikk jeg være med på å etablere metoden. Vi valgte en sekvenseringsteknologi fra Oxford Nanopore Technologies (ONT) – den samme teknologien vi benytter nå i spinalvæskeprosjektet, forteller Birkeland.

ONT-teknologien

Det var avgjørende å bruke en metode som både kunne påvise DNA og RNA - alt i en prøve (se rammetekst). En av utfordringene med spinalvæske er at prøvemengden ofte er sparsom og at det er lite bakterier eller virus i prøven. Det er rett og slett vanskelig å detektere.

- Med ONT-teknologien syntetiseres det ingen kopier underveis i sekvenseringen – det er sekvensene i prøven som leses av – der og da. Lange sekvenser kan fortløpende behandles bioinformatisk og det kan gi raske svar – så raskt som etter 20 minutter. Med dyrkning kan det ta opp mot 72 timer før resultatet er klart, og selv om PCR kan være rask, er ulempen at man må vite hva man leter etter, forklarer Birkeland.

På laben har hun to typer ONT-apparater til rådighet: GridION og MinION. De gjør i prinsippet samme jobb, men mens GridION kan kjøre flere prosjekter parallelt - eller samme prøve på flere flowceller (for å øke mengden data fra den enkelte prøven), er MinION et lite, transportabelt apparat som er rimeligere i innkjøp og som derfor er oppnåelig for mange flere laboratorier.

Neppe unikt

Studien er tredelt: Først skal selve metoden etableres og det skal utvikles laboratorieprotokoll for både DNA- og RNA-patogener. Så skal det gjøres en retrospektiv studie der frosne spinalvæskeprøver med kjent analyseresultat (fra både Lillehammer og samarbeidspartner Ahus) sammenliknes med svar fra den nye metoden. Siste trinn er en prospektiv studie der spinalvæske fra innkomne pasienter skal undersøkes med både ONT og dagens metoder.

Per i dag er hun i gang med del to av prosjektet, og hun har støtt på et og annet problem. For eksempel: Hvordan bli kvitt humant DNA og RNA i prøven?

- Ved infeksjon vil det være mye humant DNA og RNA i spinalvæsken som jeg må kvitte meg med. Det er imidlertid ikke så enkelt å lysere det humane og samtidig bevare det bakterielle og virale.

Birkeland er ikke alene om å lete etter nye og raskere metoder for å detektere spinalvæske. OUS, for eksempel, gjør det - men ikke med ONT - og der har de stort sett konsentrert seg om virus. I England brukes ONT i et liknende forskningsprosjekt, men på luftveisprøver,

- Forskningen vår er neppe unik, men jeg håper den kan bidra mye til å få metagenomikk inn i klinisk mikrobiologi, sier hun.

Ensom forsker – med drømmejobb

Kira Waagner Birkeland startet i stipendiatstillingen i 2022 – og hittil har ting tatt mer tid enn hun kunne forutse. For det er mye som skal på plass. Ikke bare en helt ny analyseprotokoll - det har også vært en anselig mengde papirarbeid for å få diverse godkjenninger.

- Det har til tider vært ensomt. Det sitter riktignok en del andre forskere her i «forskningsgangen» på sykehuset, men ingen innen mitt fagområde. Når jeg skal diskutere noe faglig i prosjektet, er det veilederen min på Ahus jeg kontakter (Hege Vangstein Aamot, bioingeniør og forsker ved Avdeling for klinisk molekylærbiologi på Ahus er Birkelands veileder. Red.anm.).

Innkjøringsproblemer og litt ensomhet til tross: Birkeland er strålende fornøyd med jobben sin. Planen er å fortsette med forskning og utvikling innen diagnostikken – på Lillehammer.

- Drømmen er en egen FOU-seksjon her på Medisinsk mikrobiologi. Da kunne vi ha skapt et større forskningsmiljø og jeg ville fått flere å forske sammen med.

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

FAKTA

Metagenomikk

Metode for å studere alt genetisk materiale i en prøve, inkludert både DNA og RNA. Materialet kan komme fra både verten (for eksempel en pasient) og eventuelle mikrober. Innen klinisk mikrobiologi kan metagenomikk brukes til å identifisere mikrober som forårsaker infeksjon hos pasienten.

ONT-teknologi

Sekvenseringsteknologi fra Oxford Nanopore Technology. Fungerer slik at DNA- og/eller RNA-molekyler leses av ved å trekke dem gjennom små porer (nanoporer) i en membran. Når molekylene passerer, endres den elektriske strømmen, og disse endringene brukes til å identifisere de ulike nukleotidene i sekvensen. Teknologien muliggjør sekvensering i sanntid, noe som kan korte ned på analysetiden og vil kunne gi en raskere svartid, noe som er viktig i klinisk mikrobiologi.