JUBILEUMS E S S Ä E R
Karolinska Institutet - Mitt alma mater
Ola Sköld Essäist
Karolinska Institutet - Mitt alma mater Mitt första besök på Karolinska Institutet ägde rum den 4 september 1952 och mitt ärende var att delta i uppropet till medicinsk nybörjarkurs på Institutionen för Anatomi. Jag gick till fots över Solnabron, höstsolen lyste på de vackert gulmålade stålcisternerna (sedan länge rivna), vid brons västra fäste och jag vet, att jag tänkte, att jag nu hade en plats i rulltrappan, och höll jag mig bara kvar på mitt trappsteg skulle både karriär och försörjning vara säkrad. Att det senare också blev så, är till dels ett tecken på att min generation, är den mest gynnade svenska generationen i vår tid. Våra årsklasser i början av 1930-talet var ganska små och vi fick alla som nyutbildade vara med om och delta i den väldiga ekonomiska expansionen i Sverige på 1950- och 1960-talet. Läkarutbildningen började med kursen i anatomi I den medicinska utbildningen då på Karolinska Institutet ägnades hela den första höstterminen åt anatomi, också vårterminen därpå, men då delad med histologi. Läroboken var Rauber-Kopsch, ”Lehrbuch und Atlas der Anatomie des Men-
schen”, sjuttonde upplagan från 1947, i tre delar om vardera 650 sidor. Varje del kostade 56 kronor och sjuttio öre i Nordiska Bokhandeln, som hade en stor medicinsk
avdelning. Den långa utantilläxan var påfrestande. Det som höll mig uppe var en tjuvtitt i fysiologiläroboken, där jag råkade få se hemoglobinets syremättnadskurva. Ett förlopp, en biologisk funktion! Jag minns den vackra försommardagen då jag stod på Anatomens trappa med ett ”godkänd” i min tentamensbok och lovade mig själv att aldrig mer sätta min fot i den byggnaden. Av nostalgi bröt jag löftet härom året, men kom bara till vestibulen, där en ABAB-vakt stoppade mig. Under andra året bjöds kemi - och jag blev doktorand Andra årets medicinska kemi intresserade mig så, att jag nappade på erbjudandet att få bli amanuens och doktorand. Min handledare var Peter Reichard, som var väletablerad docent i den biokemiska världen. Professor Einar Hammarsten var institutionschef. Jag sysslade med ribonukleinsyrans biosyntes, och utöver att skriva och medverka i publikationer och till slut få doktorsgrad, fick jag benhårt lära mig att ha ryggrad i forskning.
Ola Sköld som föredragshållare i Internationaler Kongress für Biochemie i Wien
Jag och mina generationskamrater hade den stora fördelen, att det då gick att kombinera doktorandarbete med de medicinska studiernas olika kurser, och dessutom ha en hygglig bärgning genom avlönade amanuens- och assistentjobb.
med, att man akut måste lära sig en hel del formler för att förstå förlopp och prin-
ciper, nödvändiga för att i framtiden alls kunna följa medicinsk utveckling. Med sådan förståelse kunde sedan formeldetaljer få sjunka undan.
Försättsblad till min avhandling
Allt färre medicinare blir prekliniska doktorander Av dagens unga medicinstuderande tycks allt färre välja att bli doktorand vid någon preklinisk institution. Medicinare utgör en liten och minskande minoritet av Karolinska Institutets stora doktorandgrupp idag. De avlönade amanuens- och assistenttjänsterna då, omfattade en hel del undervisningsarbete i form av handledning på kurslaboratoriet och även föreläsningar, allt på lång sikt mycket uppfostrande. Det var en utmaning, att försöka riktigt klart framställa biokemiska förlopp för studenter som inte alltid var så intresserade. ”Jag som ska bli societetsgynekolog, varför ska jag lära mig alla dessa formler”. Jag måste då försvara undervisningen
”Lemonadhojen” fascinerade eller tråkade ut studenterna Ett exempel, jag ofta fick försvara, var idén om cellens energiförsörjning via citronsyrecykeln (”lemonadhojen”), vars cykliska förlopp fascinerade en del, men tråkade ut andra. Ett annat vanligt argument var, att det vi undervisade, i alla fall snart skulle vara överspelat av den vetenskapliga utvecklingen. Överspelat är inte riktigt rätt ord, det rätta och mer sant beskrivande ordet är utvecklat, och utan att någon gång ha tillägnat sig grundläggande idéer och principer, vore det också omöjligt att följa den vetenskapliga medicinska utvecklingen, som alla yrkesskickliga doktorer måste göra. Genuin förståelse som grund för medicinsk läkargärning Min far som var invärtesmedicinare och hans generationskamrater brukade säga, att skillnaden mellan läkaren och kvack- Lewis Thomas, 80-talet
salvaren var medicine kandidatexamen, och med det menade de, att den naturvetenskapligt grundade utbildningen var avgörande för den goda och effektiva läkargärningen. Den idén har utvecklats av Lewis Thomas i boken ”The youngest Science, Notes of a Medicine-Watcher” från år 1983. Han skriver där, utifrån sina medicinska erfarenheter från många amerikanska universitet och från sin utsiktspunkt som president för Memorial Sloan-Kettering Cancer Center i New York, om den genuina förståelsen som grund för medicinsk läkargärning. Lewis Thomas beskriver medicinens tre tekniknivåer Han skriver om medicinens tre tekniknivåer, och urskiljer den högsta som han kal�lar den högtekniska, och den omfattar inte sådant som hjärt- lungmaskiner, konstgjorda hjärtan, transplantationer och förfinad elektronisk övervakningsutrustning vid hjärtinfarkt. Allt sådant menar Thomas vara vad han kallar medicinsk halvvägsteknik, eftersom den exakta kännedomen
om sjukdomsmekanismerna saknas och därmed den medicinska förmågan, att förebygga eller hindra det patofysiologiska förloppet vid till exempel svår hjärtsjukdom. Den högtekniska medicinska nivån motsvarar i stället en medicinsk verksamhet grundad på fullständig kunskap och förståelse, och som är så effektiv, och därmed relativt sett så billig, att vi tar den för given och inte ens uppmärksammar den särskilt mycket när väl dess principer etablerats.
Perniciös anemi, t ex - defekt upptag av B12- behandlas numera effektivt Ett gammalt och därmed nu tydligt exempel på detta är perniciös anemi, vars exakta patofysiologi i form av defekt upptag av vitamin B12 klarlades för åtskilliga decennier sedan, och som nu behandlas så effektivt och billigt, att sjukdomen numera just inte uppmärksammas, och inte heller tar upp några sjukhussängar. Ingen skulle heller idag komma på idén, att behandla perniciös anemi med naturläkemedel eller akupunktur. Bakteriella infektioner är ett annat område, där medicinsk högteknik nu är tillgänglig. Senmanifestationer av lues förekommer inte längre och infektion med pyogena streptokocker är idag inte särskilt hotande, allt beroende på, att exakt kunskap finns tillgänglig om de infekterande bakterierna, och att deras cellväggssyntes låter sig hämmas av penicillin, som då alltid häver infektionen. Spännande tid att forska i medicinsk kemi under 1959/60- skiftet Att syssla med forskning inom ämnet medicinsk kemi som doktorand och ung docent omkring decennieskiftet 1959/1960 var mycket spännande. Det var då, experimentella resultat äntligen kunde visa hur den genetiska informationen är beskaffad och hur den medieras, för att till slut uttryckas i bestämda aminosyresekvenser i fenotypiska proteiner. Ung outsider upptäcker genetiska kodens Rosette-sten Nyckelexperimentet som kom att bli den genetiska kodens Rosette-sten, utfördes av en ung outsider, Marshall Nirenberg, vid The National Institute of Health i Bethesda, nära Washington i U.S.A. Outsider, därför, att han inte tillhörde någon av de etablerade och internationellt kända forskargrupperna. Han sysslade med att försöka få provrörssystem för proteinsyntes att fungera. Han visste ganska väl
genom mångas arbete, vilka komponenter ett sådant system måste innehålla, och det var känt att ribonukleinsyra (RNA) på något sätt styrde peptidsyntesen, och han prö- Marshall Nirenberg, Nobelvade sitt system pristagare i 1968 med från celler extraherad ribonukleinsyra. Som negativ kontroll, som han räknade med inte alls skulle påverka peptidsyntesen, valde han en helt syntetisk RNA, polyuridylsyra, hos vilken endast en (uracil, U) av de fyra kvävebaserna hos RNA upprepar sig i en monoton följd.
genetiska kodens ord för aminosyran fenylalanin. Hela den genetiska koden forcerades sedan mycket snabbt, och snart avtecknade sig också en bild av hur den levande cellen hanterar den genetiska informationen. Det var en tid då varje nytt nummer av ”Journal of Molecular Biology” otåligt rycktes ur morgonens postbunt, och vars ivriga läsare spontant ordnade improviserade seminarier med storögda deltagare. Flemings upptäckt av penicillinet 1928 var först kliniskt ointressant Under 1950-talet började utvecklingen av vetenskapligt grundad medicins största triumf. Möjligheten att kontrollera bakteriella infektioner med antibiotika. Alexander Flemings upptäckt 1928, av penicillin lämnades av honom, efter en kort studie,
Likt de tre prinsarna från Serendip Experimentet kom att bli ett utomordentligt exempel på det av Horace Walpole på 1700-talet myntade begreppet serendipity, det vill säga, att finna värdefulla ting
utan att egentligen ha sökt efter dem. Den förväntat negativa kontrollen med sin abnorma RNA, polyuridylsyra, gav i stället toppaktivitet. I likhet med de tre prinsarna av Serendip visade Nirenberg ett öppet sinne och insåg snart att han hade funnit nyckeln till den genetiska koden. Provrörssystemet gav en abnorm peptidprodukt, polyfenylalanin, det vill säga en peptid bestående av aminosyran fenylalanin i en monoton räcka. Den information som kan utläsas ur ribonukleinsyra utgörs av följden av de fyra olika kvävebaserna uracil (U), cytosin(C), adenin(A) och guanin(G), som styr aminosyreföljden i proteiner, och därmed deras individualitet. Nirenbergs tolkning blev, att tripletten UUU är den
som kliniskt ointressant. Penicillinet återupptäcktes mer än tio år senare av biokemisten Ernst Chain, som av rent grundvetenskapligt intresse ville undersöka hur penicillin, som han trodde var ett enzym, påverkade bakteriers stabilitet. Hans studier visade snart att penicillin är en liten molekyl, och i samarbete med patologen Howard Florey visade han snart, att det i analogi med den då kända sulfonamiden skulle kunna användas som antibakteriellt medel. 50-talet - penicillinet uppfattades som undermedicin De som är i min ålder kan påminna sig den nimbus av undermedicin som omgav
penicillinet när det då i små och dyrbara doser började användas hos oss. De exempellösa framgångarna som följde ledde till ett intensivt sökande efter ytterligare antibiotika, som också påträffades i stort antal. Penicillinet visade sig till exempel vara medlem av en större grupp antibakteriella medel, betalaktamer. Idag är omkring 30 betalaktamer registrerade som antibakteriella medel i Sverige, varav en del är antibiotika i sann mening, det vill säga isolerade från levande organismer, till exempel jordbakterier.
Fleming tar emot Nobelpriset i medicin eller fysiologi 1945 av kung Gustav V
60-talet - ”It is time to close the book on infectious diseases” Hela denna utveckling gav också upphov till en sorts hybris rörande bakterieinfektioner som kan illustreras med ett uttalande från slutet av 1960-talet av the Surgeon General, alltså den högste medicinske representanten i U.S. Department of Health and Human Services: ”It is time to close the book on infectious diseases”.
Sir Alexander Fleming buren i bärstol av studenterna vid universitetet i Edinburgh
Fleming varnade i New York Times 1945 för överanvändning av penicillin Detta kan kontrasteras mot en mycket framsynt kommentar av penicillinets upp-
täckare Alexander Fleming, som i en intervju i New York Times redan år 1945 varnade för att överanvändning av penicillin skulle kunna leda till utveckling av penicillinresistenta bakterier. Han hade själv i laboratorieförsök observerat att bakterier odlade i successivt ökande koncentrationer av penicillin visade resistens mot medlet i koncentrationer som motsvarade de serumkoncentrationer som då kunde uppmätas vid behandling. I dessa fall från den tiden, betingades resistensen av mutationsbetingade förändringar i bakteriers permeabilitet för penicillin. Denna resistens var dock med dagens mått låg och skulle idag inte ha någon klinisk betydelse. Fleming varnade särskilt för att penicillin för oralt bruk (1945 fanns ännu inte syrastabilt penicillin) skulle kunna leda till självmedicinering och överförbrukning med följd att penicillinresistenta patogena bakterier skulle selekteras fram och spridas från person till person med framtida terapimisslyckanden som följd. En märkligt precis, mer än sextioårig profetia, som slagit in med större kraft än vad någon på Flemings tid kunde ana. Bakterievärlden svarar med resistensutveckling Antibiotika måste ha selektiv effekt och får inte påverka våra egna celler. Denna för antibakteriella medel nödvändiga egenskap, kan i sig leda till överanvändning. Detta i kombination med de väldiga framgångarna med infektionsbehandling har
lett till kopiös distribution av antibiotika. Världen badar i en utspädd antibiotikalösning har det sagts. En toxisk chock, en drastisk miljöförändring för den mikrobiella världen, som reagerat med att framför ögonen på oss via darwinsk evolution anpassa sig och utveckla resistens. Därmed devalveras långsamt den mäktiga medicinska tillgång som antibiotika utgör. Ingen mikrobiolog kan undgå att förvånas över effektiviteten och sinnrikheten hos de genetiska mekanismer som medierar antibiotikaresistens, och kanske framför allt över de genetiska mekanismer evolutionen under selektionstrycket av vår yppiga antibiotikakonsumtion skaffat fram för att horisontellt, från bakterie till bakterie sprida resistensgener. Sådana mekanismer kan inte ha uppkommit under de sextio år antibiotika använts, utan har existerat i bakterievärlden under lång tid för miljöanpassning i allmänhet, men anpassats för resistensspridning under vårt antibiotikatryck. Många sådana exempel är idag kända och definierade. En enkel mutation kan i ett slag spoliera miljontals dollar forskningspengar Då intervjun med Alexander Fleming i New York Times gjordes 1945, var de enzymer, betalaktamaser, som skulle komma att bli det största resistenshotet mot alla betalaktamer närmast okända. De är enzymer som effektivt spjälkar och förstör betalaktamringen, som alla betalaktamer är beroende av för sin effekt. Läkemedelskemister har försökt modifiera betalaktammolekylen så, att betalaktamaser inte skulle känna igen dem. Meticillin är ett exempel på det. Men nya betalaktamaser har dykt upp hela tiden. Det har visat sig, att mot varje ny kliniskt användbar betalaktam, har efter kort tid en ny betalaktamas, som angriper den, kunnat påvisas, och det nya enzymet kan i en del fall utgöras av en tidigare känd betalaktamas, som via en punktmutation ändrat sin specificitet till att omfatta också den nya betalaktamen.
Meticillinresistenta stafylocker ytterst svårbehandlade Det nämnda meticillinet har utöver betalaktamas mött en annan resistenstyp som den hos de fruktade meticillinresistenta stafylokockerna (MRSA), som visat sig vara ytterst svårbehandlade. Här är resistensen av en helt annan art, och betingad av, att MRSA i sin arvsmassa tagit upp ett stort främmande fragment uttryckande ett protein som ersätter det i stafylokocken normala penicillinbindande proteinet. Det införda proteinet har ingen betalaktambindande förmåga och gör bakterien okänslig för alla betalaktamer. Det resistensmedierande fragmentets ursprung har kunnat bestämmas. Det härrör från kromosomen hos Staphylococcus sciuri, vars namn kommer av latin för ekorre. Också andra gnagarstafylokocker har visat sig bära detta fragment. Fenomenet visar effekten av det mäktiga selektionstryck våra ymnigt använda antibiotika utövar, och på effektiviteten hos de genetiska mekanismer bakterievärlden har till sitt förfogande, och har mobiliserat för horisontell överföring av arvsmassa till sitt försvar mot antibiotika. Det kan betraktas som en evolutionsmässig slump att gnagarbakterier har det resistensgivande protein, vars motsvarighet i våra patogener binder betalaktamer, och därmed gör att våra stafylokocker låter sig hämmas av betalaktamer. ”...to our great surprise...” En forskningsrapport som börjar ”to our great surprise..” bebådar omedelbart något nytt och intressant, och kanske banbrytande. Det är i grundforskningen, som inte är styrd mot något särskilt mål, sådana observationer görs, och det kan nog sägas, att det huvudsakligen är upptäckter av det slaget som fört den naturvetenskapligt grundade medicinen framåt. Det hävdade i varje fall läkaren, DNA-biokemisten och nobelpristagaren Arthur Kornberg i en mycket uppmärksammad artikel i The New England Journal of Medicine, publicerad för tjugo år sedan. Antibioti-
kaerans begynnelse med penicillin är ett gott exempel. Bakterierna är äldre och visare än vi Den mikrobiella världen har gång efter annan grundligt förvånat alla mikrobiologer med de genetiska och biokemiska meka-
nismer den ställt till sina invånares förfogande för skydd mot våra antibiotika. En nyupptäckt sådan mekanism gäller den för överförbar resistens mot kinoloner, som till exempel ciprofloxacin, som för övrigt är det mest använda antibakteriella medlet i världen. Överförbar resistens innebär att resistensgener kan vandra horisontellt, och ofta promiskuöst, från bakterie till bakterie. Detta till skillnad från kromosomal och mutationsbetingad resistens som när det gäller kinoloner tyvärr sedan länge är vanlig hos många patogena bakterier. Överförbar kinolonresistens hade i decennier hållits för omöjlig av tvärsäkra mikrobiologer, som också radat upp molekylära skäl för detta. En fransk mikrobiolog citerade till och med titeln för den berömda filmen av Marguerite Duras ”Une aussi longue absence” för att riktigt visa, att vi inte kommer att kunna invänta den. Likväl kunde den otvetydigt påvisas i slutet av 1990-talet. Antropomorfistiskt kan det uttryckas som att den mikrobiella världen kunde överlista all tvärsäker mänsklig mikrobiologisk kunskap. Bakterierna är äldre och visare än vi. Mekanismen för den överförbara resistensen öppnar nytt forskningsfält Mekanismen för denna överförbara resistens var mycket förvånande, och dess
klarläggande öppnade ett nytt forskningsfält. Det visade sig att resistensgenen, som således kan vandra från bakterie till bakterie uttrycker ett protein, som till sin struktur efterliknar DNA och därmed får det enzym, DNA-gyras, som kinoloner riktar sin verkan mot, att binda resistensproteinet till sig i stället för bakterie-DNA, därmed skyddas enzymet mot kinoloneffekten. Ett protein identiskt med det beskrivna resistensproteinet har alldeles nyligen återfunnits i bakteriearten Shewanella algae, som är en havsvattenlevande bakterie. Återigen visar detta på bakterievärldens märkvärdiga förmåga, att under selektionstrycket av våra antibiotika få potentiella resistensgener att vandra över långa biologiska avstånd. Det beskrivna resistensproteinet har visat sig tillhöra en större proteinfamilj, vars medlemmar också kunnat återfinnas hos bananflugor, möss och människor. Studierna av dem har öppnat ett nytt forskningsområde, som har med cellers tillväxtreglering att göra. Känslor lätt kryddade med ambivalens - genuin kärlek?!
Efter alla år är jag stolt och tacksam för det jag fått av Karolinska Institutet. Jag ångrar inte promenaden över Solnabron den där vackra höstdagen för 54 år sedan. KI ledde mig som betraktare, och i någon mån deltagare, in i den väldiga medicinska utveckling som skett under dessa decennier. Mina känslor för gamla KI är lätt kryddade med ambivalens, men det är nog den genuina kärlekens signum. Stockholm i april 2006 Ola Sköld Leg.läk., professor i mikrobiologi
Ola Sköld, Essäist Ola Sköld föddes 1933 i Stockholm. Han började läsa medicin vid Karolinska Institutet 1952 och disputerade där i medicinsk kemi 1960. Han blev 1961 leg. läkare. Under åren 1962-1963 gjorde han sin post doc-utbildning som NIH-stipendiat vid MIT i Boston. Han blev docent vid KI 1961 och professor i mikrobiologi vid Uppsala universitet 1970. Under 1970-talet respektive 80-talet var han gästprofessor vid University of California, San Diego, samt vid University of Auckland, New Zeeland. Ola Sköld gav 2006 ut fackboken Antibiotika och antibiotikaresistens, som förutom molekylära mekanismer vill förmedla att den hälsostandard som antibiotika medfört inte är beständig. Leg.läk., professor i mikrobiologi; Institutionen för medicinsk biokemi och mikrobiologi Uppsala Universitet
Eva Cederqvist, KIs informationsavdelning, Januari 2007