I en infektion finns tiotusentals peptider som kan avslöja vilka bakterier som är inblandade – och även signalera hur allvarlig infektionen är. Men att få grepp om peptiderna har varit en utmaning. Nu har ett forskarlag vid Lunds universitet utvecklat en ny analysmetod som kan leda till snabbare diagnos och behandling.
Peptider är små fragment av protein som framför allt finns på hud och i slemhinnor. Här fungerar vissa peptider som en skyddande barriär mot infektioner genom att bekämpa bakterier, virus och andra smittämnen. Andra peptider deltar i styrningen av inflammationer.
Om vi får ett sår eller vid kirurgi kan balansen rubbas. Mikroorganismer som bakterier kan då tränga in i kroppen och orsaka akut infektion, som i värsta fall kan leda till sepsis.
För att upptäcka infektioner gör läkare en bedömning och skickar sedan odlingsprov för analys.
– Normalt tar det ett par dagar att få svar på vilka bakterier som såret innehåller och det ger inte alltid en tydlig bild om hur pass allvarlig infektionen är, säger Artur Schmidtchen, överläkare på hudkliniken vid Skånes universitetssjukhus och professor vid Lunds universitet.
Komplicerat krig i kroppen
I ett infekterat sår pågår ett krig mellan immunförsvaret och angripande bakterier.
Bakterierna bryter ner proteiner till peptider för att få näring och sprida sig. Kroppen utnyttjar liknande strategier för att bekämpa bakterierna och reglera inflammationen. Det här samspelet är mycket komplext och förloppet påverkas av vilka bakterier som förekommer, men också hur svår infektionen är.
Forskarlaget ville därför förstå hur proteiners nedbrytningsmönster ser ut. Detta för att snabbare kunna identifiera vilka bakterier som är inblandade – och om det finns risk för sepsis som tidigare kallades blodförgiftning.
– För att undersöka hur många och vilka typer av peptider som finns i ett sår, ”kramade” vi ur peptider från sårkompresser och analyserade sedan dessa med masspektrometri. På så sätt kunde vi identifiera upp till 45 000 olika peptider från ett och samma infekterade sår, säger Johan Malmström, professor i masspektrometri vid Lunds universitet.
Algoritm förenklade analys
Ett problem var dock svårigheten att greppa den stora mängden information som kom fram vid sammanställningen. Men med hjälp av en egenutvecklad algoritm och maskininlärning kunde peptiderna sorteras, grupperas och data analyseras bättre.
Efter att ha identifierat unika peptidmönster – och förändringar i dessa mönster baserat på olika slags bakterier – vet forskarna hur allvarlig infektionen är.
– Vi har kartlagt hur proteiners nedbrytningsmönster varierar under olika slags sårinfektioner och därmed fått bättre insikt i hur de skiljer sig åt, genom att systematiskt analysera peptidklustren. Detta gör att vi enkelt kan identifiera undergrupper som kan vägleda behandlingar, säger Erik Hartman, doktorand inom infektionsmedicin och som utvecklat algoritmen.
Snabbare diagnos och behandling
Biomarkörerna kan leda till tidigare och mer exakta diagnoser av infektioner. Det innebär att rätt behandling snabbt kan sättas in. Med masspektrometri och maskininlärning tar processen bara några minuter.
– Det coola är att algoritmen inte är begränsad till sårinfektioner, utan är generell och kan användas på många olika sjukdomar där nedbrytning av proteiner spelar en betydande roll. Peptider blir på så sätt en ny källa till information, som i nästa steg kan hjälpa till att skräddarsy behandling, samt bidra till att hitta nya läkemedelskandidater, säger Erik Hartman.
Forskarnas nästa steg är att genomföra större studier för att bekräfta resultaten och även förfina metoden.
Vetenskaplig studie:
Peptide clustering enhances large-scale analyses and reveals proteolytic signatures in mass spectrometry data,
Nature Communications.
Mer om peptider och masspektrometri
Peptider är korta sekvenser av aminosyror – det vill säga fragment av protein. De är mångsidiga och kan ha olika funktioner och egenskaper beroende på deras struktur. De spelar en avgörande roll i många biologiska processer, från immunsystemets försvar till hormonreglering och nervsignalering.
Masspektrometri är en analytisk metod som används för att identifiera och kvantifiera ämnen i ett prov, som proteiner eller kemiska föreningar. Tekniken separerar molekyler baserat på deras massa-till-laddning-förhållande. Det gör att man kan identifiera tusentals molekyler i till exempel sårvätska och blodplasma.
