Tag Archives: immun

Hva immunforsvaret ditt driver med mens du holder pusten

Ingrid EftedalBlogger: Ingrid Eftedal, Forsker og prosjektleder
Barofysiologi-gruppa, Institutt for sirkulasjon og bildediagnostikk

 

 

Hvite blodceller er viktige komponenter av immunforsvaret vårt. De beskytter kroppen fra angrep av mikroorganismer; uten de hvite blodcellene er det nesten umulig å holde seg frisk i en verden full av smitte. Men hva driver disse cellene med når vi ikke er syke? De er der da også. Og de er aktive, hele tida.

Len deg tilbake, pust inn. Og hold pusten. Enklere blir det ikke; nå skjer det vel ikke stort som er verdt å forske på? Jo, det gjør det faktisk.

Evolusjonen har formet oss for miljøet vi lever i. Dette miljøet er aldri helt stabilt, og immunforsvaret bidrar til at kroppen reagerer raskt nok på miljøendringer til å holde helsa i balanse. Noen av de vanligste miljøendringene vi opplever går i faste sykluser, nært knyttet til jordas rotasjon rundt sola og seg selv. Årstidene, for eksempel. I en elegant studie publisert i Nature i 2015 påviste engelske og tyske forskere variasjoner i immunforsvaret som følger årstidene perfekt. Faktisk ligger kroppen litt i forkant: naturen har over tid utstyrt oss med et biologisk minne som stiller immunforsvaret riktig inn litt før neste årstid kommer. Noe lignende kan vi se i løpet av døgnet; aktiviteten til enkelte hvite blodceller svinger i en finstilt 24-timers rytme.

Immunforsvaret fungerer altså syklisk.

Hva skjer hvis vi går til en ennå raskere syklus; pusterytmen?

Som regel puster vi uten å tenke over det. Cellene våre behøver oksygen for å produsere energi, og når lungene er fylt med luft er det sirkulasjonssystemet – hjertet, blodårene og blodet – som sørger for at oksygenet når fram til alle deler av kroppen. Alle kan holde pusten en stund, men noen er mye flinkere enn andre. Fridykkere dykker mens de holder pusten; de aller beste av dem kan holde pusten i over ti minutter.

Fridykkerkonkurranse. Deltaker med hodet under vann.

Fridykker Goran Colak under konkurransegrenen statisk apnea, der deltakerne holder pusten under oppsyn av tidtaker og støttepersonell. Blodprøver fra dykkere ble brukt til å undersøke hvordan immunforsvarets hvite blodceller reagerer når oksygeninnhold i blodet går ned. Bildet er gjengitt med tillatelse fra Goran Colak, 11 ganger verdensmester i fridykking.

For å undersøke hvordan immunforsvaret reagerer på pusterytmen har vi studert noen av verdens beste atleter i fridykkedisiplinen apnea. Studien var enkelt utformet: vi tok blodprøver før atletene stakk hodet under vann, og nye prøver hhv én og tre timer etter at de holdt pusten så lenge de klarte mens de lå stille i vannet eller svømte nær overflaten. Blodprøvene ble fraktet til kjernefasiliteten for genomikk ved NTNU, der vi vi målte det totale uttrykket av gener i atletenes hvite blodceller. Resultatene var slående. Vi fant fem tusen ulike gener som reagerte på noe så enkelt som å holde pusten lenge. Det er neste en fjerdedel av alle gener vi mennesker har i cellene våre! Disse målingene brukte vi til å beregne hvilke typer hvite blodceller som reagerte på dykkene, og hvilke biologiske prosesser inne i cellene som var involvert.

Graf som viser hvite blodceller hos fridykkere i konkurransegrenen apnea.

Figuren viser et utvalg hvite blodceller fra fridykkere i konkurransegrenen apnea. De blå boksene er mengder før dykk, mens de røde og grønne boksene viser de samme cellene hhv én og tre timer etterpå. Hovedfunnene var en kraftig økning i nøytrofile granulocytter én time etter fridykking, mens to lymfocytter; CD8-positive celler og NK-celler, gikk ned. Beregningene av cellemengder ble gjort ved hjelp av matematisk dekonvolvering av genuttrykksdata.

Det viktigste funnet vi gjorde var en markert øking av celletypen nøytrofile granulocytter. Nøytrofile granulocytter reagerer raskt når kroppen oppfatter et angrep; de dreper gjerne inntrengende celler ved rett og slett å spise dem opp. Men de har også en annen egenskap som viser seg når oksygennivået synker. Nøytrofile granulocytter er nemlig evolusjonsmessig gamle celler; de oppsto i en tidsepoke da oksygennivået i atmosfæren var lavere enn det er i dag. Deres moderne etterkommere trives fremdeles best i miljøer med lite oksygen. Celletyper som bruker mer oksygen – som lymfocytter – hadde lav aktivitet etter at dykkerne holdt pusten. Det vi fant er trolig spor av evolusjonen som er preget inn i immunforsvaret, og som kommer til syne når kroppens oksygentilgang varierer. Denne studien ble publisert tidsskriftet Physiological Genomics i november 2016, og er beskrevet av American Physiological Society som en viktig vitenskapelig oppdagelse.

Denne studien ble gjort på friske atleter.

Kan det være nyttig kunnskap også for syke?

Friske trenger normalt ikke å bekymre seg for å få nok oksygen, men for enkelte ganske vanlige sykdommer som kols eller søvnapné er tilgangen på oksygen redusert – kronisk eller i perioder. Disse sykdommene kan gi vedvarende betennelsestilstander og økt risiko for infeksjoner; begge deler tegn på et endret immunforsvar. Hvis vi kan bruke resultater fra friske til å skille effektene av redusert oksygen ut fra det øvrige sykdomsbilde, kan det kanskje i tur bidra i forebygging og behandling?

– Og pust ut.

Leave a Comment

Filed under Betennelse og immunsystemet, Blod, Forskning

Atsjo! Tid for luftveisinfeksjoner

Blogger: Ingvild Bjellmo JohnsenBjellmo

Norges forskningsråd har nylig delt ut midler til fri prosjektstøtte til medisin, helse og biologi (FRIMEDBIO). Dette er midler som det er stor konkurranse om nasjonalt, og det er derfor kun de aller beste nasjonale prosjektene som får støtte. Det medisinske fakultet, NTNU fikk støtte til hele tre unge forskertalenter, tre forskerprosjekter og to post doc stipend. Du vil få lese om alle disse prosjektene på bloggen fremover. Først ut er Ingvild Bjellmo Johnsen som fikk støtte til FRIPRO støtte som ungt forskertalent til prosjektet «Molecular interfaces between childhood respiratory virus infection and development of asthma».

Det er den tiden av året. Vinteren har kommet, det er kaldt og surt. Mange av oss går rundt og snufser, eller har små barn med tett bryst og hoste. Vi har akutte luftveisinfeksjoner.

Baby's scratching his nose - foto: istockphoto.com

I et globalt perspektiv er akutte luftveisinfeksjoner (ARIs) en stor byrde. Hvert år dør rundt 2 millioner barn under 5 år av ARIs (WHO). Lungebetennelse og bronkiolitt anses som hovedårsakene til disse dødsfallene, og i utviklingsland er behandlingsmulighetene utilstrekkelige eller fraværende. I Norge får heldigvis de aller fleste med alvorlig infeksjon i luftveiene rask og god behandling, men luftveissykdom kan skyldes mange ulike mikrober og manglende diagnostikk gjør det ofte vanskelig å avsløre synderen. Dette bidrar til overforbruk av antibiotika og økende resistens.

Detaljert kunnskap om samspillet mellom vertsceller og mikrober i luftveiene er helt nødvendig for å kunne kartlegge nye mål for behandling og diagnostikk.

I forskningsgruppen CAIR (Childhood Airway Infection Research) er vi spesielt interessert i et “nytt” virus som ble isolert for første gang i 2001 fra pasienter med nedre luftveisinfeksjoner. Med oppdagelsen av humant metapneumovirus (hMPV) fulgte forklaring på mange tidligere udiagnostiserte tilfeller av ARIs. hMPV gir som oftest en mild øvre luftveisinfeksjon, men hos små barn kan det spre seg til nedre luftveier og føre til alvorlig sykdom. hMPV er blant de vanligst forekommende virusene hos barn innlagt med luftveiskomplikasjoner. Hvorfor gir akkurat dette viruset i noen tilfeller alvorlig sykdom?

human metapneumovirus

Humant metapneumovirus sprer seg fra en infisert celle. EM-foto: Are Dalen.

Kroppens immunceller er utstyrt med spesifikke reseptorer som oppdager virus og andre mikrober ved infeksjon. Disse setter i gang betennelsesresponser gjennom målrettet signalisering. Feil styrke på responsen kan gi kronisk betennelse, det er derfor svært viktig at disse prosessene reguleres nøye. Autofagi er cellens renovasjonssystem som bryter ned ødelagte organeller, proteinaggregater og mikrober. Defekter i autofagi er assosiert med mange ulike sykdommer, inkludert Alzheimers der man ser en opphopning av proteinaggregater. Nyere forskning tyder på at autofagi også kan være viktig for regulering av inflammasjon, for eksempel ved å fjerne immunkomplekser og dermed skru av responsen og hindre uønskede effekter.

konfokal

Autofagi komponenter (rødt) omslutter immunkomponenter (grønt) under virus infeksjon. Bildet er tatt i konfokal mikroskop. Foto: Ingvild Bjellmo Johnsen

Astma er en kronisk betennelsestilstand i luftveiene, og den vanligste årsaken til sykehusinnleggelser blant barn i Norge. På verdensbasis lider 235 millioner mennesker av denne sykdommen. Enkelte studier tyder på at alvorlig luftveisinfeksjon tidlig i livet kan knyttes til utvikling av astma, men forklaringen bak er ukjent. Ved bronkiolitt forårsaket av RSV, en nær slektning av hMPV, vet man at ubalanse i betennelsesresponsen påvirker sykdomsforløpet. Ubalansert eller overdreven inflammasjon kan også fremme utvikling av astma. Men hvorfor og hvordan forstyrrer noen virusinfeksjoner denne balansen?

Vi studerer samspillet mellom luftveisvirus og vertsceller i detalj. Man vet at mange virus kan trikse med vertsmekanismer og på den måten gjemme seg for immunforsvaret. Kan hMPV infeksjon forstyrre autofagi i cellene og bidra til ubalanse i inflammasjonsresponsen? Vil ubalansert inflammasjon danne et miljø i luftveiene hos små barn som gjør dem spesielt utsatt for utvikling av astma?

Vi håper å avdekke mulige sammenhenger mellom alvorlig hMPV infeksjon tidlig i livet og utvikling av astma senere.

Vi håper å avdekke mulige sammenhenger mellom alvorlig hMPV infeksjon tidlig i livet og utvikling av astma senere. Vi vil fokusere på karakteristikker ved immunresponsen som er typisk for hMPV infeksjon, og forsøke å kartlegge nye mekanismer og potensielle komponenter som kan knytte hMPV infeksjon til luftveissykdom. Denne typen kunnskap er nødvendig for utvikling av diagnostikk og behandling, og kan kanskje lede til strategier for forebygging av astmautvikling?

 

Leave a Comment

Filed under Barn og unge, Betennelse og immunsystemet, Forskning, Infeksjoner, Luftveier, NTNUmedicine