Farlig søskenkjærlighet blant bakterier

«Nyttebakterier» er det siste våpenet i kampen mot skadedyr. Naturlige dyre og plantevernmidler, såkalte biopestisider, brukes i stedet for kjemiske sprøytemidler som DDT og annen styggedom, og alt er bra. Trodde vi. Bruken av biopestisider må revurderes etter at forskere ved Universitetet i Oslo har påvist et svært nært slektskap til giftige forurensningsbakterier.

En artikkel i «Norsk Hageblad» hevder at du får fine grønnsaker av å bruke Bacillius thuringiensis, biopestisidet som har vist seg å være en forurensnings-bakterie. (Utklipp fra «Norsk Hageblad» nr. 8, 1993)

- Tidligere trodde vi at bakteriene i biopestisidet Bacillius thuringiensis og forurensningsbakteriene Bacillius cereus var to ulike bakteriearter. Dette stemmer ikke. Slektskapet mellom bakteriene er svært nært, nesten som om de var eneggede tvillinger, sier professor AnneBrit Kolstø, bestyrer ved Avdeling for mikrobiologi ved Farmasøytisk institutt.

- Det er alvorlig at en av våre mest brukte nyttebakterier har vist seg også å være en forurensningsbakterie. Som sin forurensende «bror» produserer også biopestisidet giftstoffer. Selv «uskyldige nyttebakterier» i landbruket kan forrykke fine balanser i økosystemet og tilføre jordsmonnet giftproduserende bakterier, sier hun.

Resultatet kan bli infeksjoner og sykdom. Personer med nedsatt immunforsvar er særlig utsatt, men alvorlige infeksjoner kan også være resultatet dersom vi får forurensningsbakterier inn i kroppen, eksempelvis via sår. Langtidseffektene er fortsatt usikre. Men ifølge Kolstø kan fortsatt ukritisk bruk av biopestisider slå tilbake på oss selv.

Gode søsken

Overføring av arvestoff fra en bakterie til en annen.

Overføring av arvestoff fra en bakterie til en annen. Et lite DNAmolekyl kan overføres, samtidig som en ny kopi lages i givercellen. Figuren viser hvordan gener kan spres.

Mens en såkalt forurensningsbakterie er uønsket fordi den kan produsere giftstoffer, blir et pestisid plassert i miljøet for å oppnå en effekt, vanligvis bekjempelse av skadedyr. Men hvordan har det seg at forskere ikke har kunnet se at de to «bakteriefetterne» faktisk er «tvillingbrødre»?

- Forskjellen mellom biopestisidet og forurensningsbakterien er at førstnevnte danner krystallformer av proteiner inne i cellene, ellers er de identiske, sier Kolstø. - Nå har laboratorieforsøk vist at genene for krystallene kan vandre mellom disse bakteriene.

Som gode søsken deler bakteriene ekstra genmateriale mellom seg. I naturen vil en slik overføring være umulig å oppdage fordi bakteriene bare skifter utseende fra én «art» til en annen. Forskerne har derfor tidligere ikke greid å avdekke det nære slektsforholdet.

- Bakterier vi tidligere trodde var to arter, er i virkeligheten én og samme art, sier professoren.

Bakteriehierarkier

- Bakterier er dypt egoistiske, og deres høyeste ønske er å formere seg. Noen bakterier er sykdomsfremkallende fordi de skiller ut giftstoffer, for eksempel enzymer som bryter ned bindevev eller som angriper deler av celleveggene og viktige deler av cellenes maskineri. De kan også lage giftstoffer mot hverandre og utkjempe innbyrdes kriger hvor bare den sterkeste overlever. Dette kan skape bakteriehierarkier med de mest effektive drapsbakteriene på toppen, sier Kolstø.

Samtidig som bakterier kan være skadelige og dødbringende, er de nødvendige for alt liv på jorden. Omvandling og nedbrytning av kjemiske stoffer til energi og næringsstoffer kan skje på grunn av bakteriene, enten som en del av bakteriens forsvarssystem eller fordi bakterien selv trenger næring.

Er vekstforholdene dårlige, kan noen bakteriearter gå over i et hvilestadium som kalles sporer. Sporene er motstandsdyktige mot ytre påvirkninger som varme, lys og desinfeksjonsmidler og kan overleve lange sultperioder. Når sporen kommer over i gunstige miljøer, spirer den og kan danne nye bakteriekolonier. Under ideelle vekstvilkår kan antallet bakterier fordobles i løpet av 20 minutter.

Effektivt pestisid

Motstandsdyktige skadedyr og uønskede miljøeffekter av kjemiske midler har ført til en enorm økning i bruken av insektgifter basert på biopestisider. Biopestisidene har en rekke fordeler framfor tradisjonelle kjemiske dyre og plantevernmidler, og sannsynligvis vil forbruket også stige kraftig i årene som kommer. Bakterier som inneholder både sporer og krystaller, er ekstra giftige. Krystallene lager «kanaler» i skadedyrenes tarmceller og åpner veien for sporene, som finner gode vekstvilkår for nye bakteriekolonier. Det oppstår infeksjoner, og skadedyret dør som regel etter kort tid.

Dette gjør Bacillius thuringiensis til et særlig effektivt pestisid - det mest brukte biopestisidet i verden. Tonnevis av middelet brukes årlig i Canada, USA, Asia, Afrika og deler av Europa. Bakterien brukes blant annet mot sommerfugllarver, biller, mygg og tsetsefluer i tropene.

- Så vidt jeg vet, finnes det ikke krav om godkjenning for bruk av biopestisider i Norge. Dette må skje i overensstemmelse med regelverk for kjemiske bekjempelsesmidler. Pilotforsøk har imidlertid vist at effekten på norske larver, biller og andre insekter er liten, og bruken er begrenset, forteller professoren.

- Temperaturen er nok en viktig faktor. Bakteriene vokser langsommere ved lave temperaturer, noe som kan forklare hvorfor preparatene er lite effektive her hjemme. Det er lite trolig at dyrene har utviklet immunitet. Til det har bruken vært for liten og for kortvarig, sier hun.

På verdensbasis omsettes det Bacillius thuringiensispreparater for nesten én milliard norske kroner årlig. I dag utgjør dette likevel under én prosent av det totale markedet for bekjempelsesmidler.

- Biopestisider er et interessant salgsprodukt. De er enkle å produsere, og det satses stort på å framskaffe de «beste» preparatene. Nesten all forskning på Bacillius thuringiensis foregår bak lukkede dører i kommersielle selskaper. Her forskes det intensivt for å finne bakteriestammer som er enda mer giftige og stammer som kan ramme nye grupper av skadedyr. Genene for biopestisidene er satt inn i andre bakteriearter, og pestisidgener er spleiset inn i planter. De uheldige forbindelsene som vi har påvist mellom biopestisidet og forurensningsbakterien Bacillius cereus, passer dårlig sammen med dagens kommersialiserte og ukritiske bruk av biopestisidet, sier bakterieforskeren.

Slektsgransking

Bakterier representerer et enestående mangfold. Bare av bakterien Bacillius thuringiensis, som produserer krystaller, finnes det hundrevis av stammer, og om lag 70 prosent av disse produserer diaréfremkallende giftstoffer. Noen bakterier produserer flere slike giftstoffer.

- For å unngå uheldige effekter og bruk av feil typer biopestisider, er det viktig å kartlegge hvilke stammer som produserer hvilke giftstoffer. Vi undersøker derfor bakteriegiftene og forsøker å avdekke ukjente «familieforbindelser» og livssykluser i mikrobeverdenen, sier Kolstø.

Professoren er også opptatt av bakterieforskningens rolle innen moderne miljøforskning.

- Miljøforskning er mer enn vann og luftanalyser. Forståelse av mikrobiologiske prosesser, inkludert overføring av genmateriale mellom bakterier, er avgjørende for å forstå «observerbare» miljøeffekter, sier hun.

For første gang skal forskere fra hele verden som arbeider med disse bakteriene, møtes til et internasjonalt seminar. Møtet finner sted i Oslo i mai 1997. Hvem vet, kanskje vil nye slektsbånd komme til å avdekkes her? Uansett vil møtet gi viktige signaler for bruk av dagens og morgendagens biopestisider.

Fakta

Biopestisider: Biologiske dyre og plantevernmidler brukt mot skadelige organismer.

Forurensningsbakterier: Giftproduserende bakterier, uønsket i miljøet de befinner seg i.

Pestisider: Kjemiske dyre og plantevernmidler brukt mot skadelige organismer.

Kolstøgruppen er en forskningsgruppe i Bioteknologisenteret ved Universitetet i Oslo. Ett av flere forskningsprosjekter ved senteret omhandler studier av arvestoffet og slektskapsforhold hos encellede bakterier av Bacilliusarten. Disse bakteriene ser ut til å ha et komplisert organisert arvestoff, hvor deler av dette er organisert i egne enheter, i såkalte plasmider. Arvestoffet kan overføres fra én bakteriecelle til en annen.

Forskningsvirksomheten finansieres av midler fra universitetet, Norges forskningsråd og Direktoratet for naturforvaltning. Elleve personer er for tiden knyttet til prosjektet, og det samarbeides aktivt med forskere i flere europeiske land og i USA.

Bakterier: Mikroskopiske, encellede organismer. Bakterier finnes overalt i naturen, i jord og vann, på dyrs og menneskers hud og i deres fordøyelseskanal. Det finnes mangfoldige arter, hvorav mange er ukjente. Bakterier deles inn i arter, slekter, familier og ordener.

Bakterier har en fast cellevegg som bevarer cellens form. Innenfor celleveggen er cellemembranen som omgir cellesubstansen, cytoplasmaet. Her finnes arvestoffet: et oppnøstet kromosom, som er en lang, vanligvis ringformet, dobbeltspiral (DNA) hvor arveanleggene er lagret. Bakterier kan motta arvestoff fra andre celler av samme art ved å ta opp i seg DNA fra andre bakterier.

Emneord: Matematikk og naturvitenskap, Basale biofag, Generell mikrobiologi Av Morten Bremer Mærli
Publisert 1. feb. 2012 12:18
Legg til kommentar

Logg inn for å kommentere

Ikke UiO- eller Feide-bruker?
Opprett en WebID-bruker for å kommentere