Avslører bakterienes krig mot hverandre

Bakteriene bruker kjemiske våpen mot hverandre. For ikke å dø i kampen sørger bakteriene for å lage motgift til seg selv.

GENSJEKK: Professor Tom Kristensen bruker genomsekvensering for å avsløre hemmeligheten til melkesyrebakterier. Når disse bakteriene kriger mot hverandre, viser det seg at det bare skjer noen små endringer i genomet til de bakteriene som blir resistente. Foto: Yngve Vogt

De fleste bakterieartene i verden produserer stoffer som brukes til å drepe eller kontrollere veksten av andre bakterier.

Ett eksempel er melkesyrebakterier. Tarmen er full av dem. Selv om vi er lært opp til at melkesyrebakterier er snille og vil oss vel, er de ikke alltid like greie med hverandre.

Brorparten av dem bekjemper og går løs på hverandre med noen molekyler som kalles bakteriosiner.

Bakteriosiner er bakteriedrepende peptider. Bakteriene bruker peptider til å kommunisere med hverandre og til å påvirke og kontrollere omgivelsene. Peptider er små proteiner, koblet sammen i kombinasjon av flere aminosyrer. Genene bestemmer hvordan aminosyrene skal settes sammen. Vanlige proteiner består i snitt av en rekke med 300 aminosyrer. Peptidene er som oftest bare 20 til 60 aminosyrer lange.

Bakteriosinene til melkesyrebakterier er smalspektrete. Det betyr at de bare slår ut en viss gruppe bakterier.

– Vi forsker nå på hvordan melkesyrebakteriene bruker bakteriosiner til å ta livet av sine nærmeste slektninger. Hvis man skulle ha sammenlignet dette med pattedyr, betyr det at vi mennesker ville ha tatt livet av andre primater, forteller professor emeritus Tom Kristensen på Institutt for biovitenskap ved Universitetet i Oslo.

KOMMUNIKASJONSTRIKS: Bakteriene har den forunderlige egenskapen at de kan bruke dødelige signalmolekyler for å kommunisere med hverandre. Illustrasjon: Adrian Roholdt.

Mange av bakteriosinene fungerer i svært små konsentrasjoner. Selv noen få molekyler er nok til å drepe en bakteriecelle.

Forskerne har undersøkt hvordan bakteriene kan unngå å dø av de bakteriosinene de selv produserer. Disse bakteriene lager samtidig et immunitetsprotein. Da er de beskyttet. Bakteriene lager med andre ord egne proteiner som skal motvirke effekten av bakteriosinene deres.

– For oss er det viktig å vite hvordan peptider i lave konsentrasjoner dreper følsomme  bakterier og hvordan bakteriene som lager dem, unngår å dø av de samme peptidene. Vi kan kanskje forestille oss at disse peptidene kan bli et alternativ til klassisk antibiotika.

Peptidene fra melkesyrebakteriene er spesielt interessante, fordi de allerede er godkjent som tilsetning i matvarer.

– Vi tenker ikke legemidler i forskningen vår, men hvis vi får bedre kjennskap til de molekylære mekanismene ved hva som skjer når bakteriosinene fester seg, kan det bli mulig å spesiallage stoffer som angriper spesifikke proteiner og molekyler, men det er fortsatt meget lang vei å gå, påpeker Tom Kristensen.

Minimale endringer i genomet

Han er spesielt interessert i å finne ut hva som skjer genetisk når melkesyrebakteriene blir angrepet av bakteriosiner. En del av dem muterer og blir resistente. Det å mutere betyr at små deler av arvestoffet endrer seg.

For å skape de mutante bakteriene dyrker han de sensitive bakteriene i nærheten av bakteriosinene. De sensitive bakteriene dør. Bare de bakteriene som klarer å mutere og bli resistente, overlever.

For å finne endringene i arvestoffet, sekvenserer Tom Kristensen genomet til bakteriene. Dette kunne ikke vært gjort for mange år siden. Genteknologien utvikler seg raskt. Da det humane genomet, altså hele arvematerialet vårt, ble kartlagt for femten år siden, hadde tusenvis av forskere arbeidet med det i sju år. I dag kan en liten maskin gjøre hele jobben på noen dager.

– Genomsekvenseringen blir stadig billigere.  Om ti år kan hvem som helst sekvensere nesten hva som helst uten tilgang til laboratorier med spesialutstyr.

Gensekvenseringen krever dog enorme regneressurser. Selv bakteriegenomet, som er tusen ganger mindre enn det humane genomet, består av flere millioner basepar satt sammen i en bestemt kombinasjon av de fire grunnleggende byggeklossene i arvematerialet vårt. Gensekvenseringsmaskinene avleser bare noen hundre basepar om gangen. For å sette sammen alle bitene trengs det store beregninger.

Genberegningene gir forskeren klare svar på hvor i genomet mutasjonene skjer.

Når bakteriene endrer seg fra den sensitive til den resistente varianten, skjer det bare en liten endring i noen basepar i den mange millioner lange DNA-sekvensen til bakterien.

– Det betyr at det er ganske lett for disse bakteriene å bli resistente.

Endringen i genomet fører til at en spesiell reseptor på utsiden av bakterien, der bakteriosinene kan feste seg, endrer form. Da har ikke bakteriosinene lenger noen knagg å henge seg fast på. Forskerne har likevel lang vei å gå for å forstå hva som skjer når en bakterie blir resistent.

– Bakteriene dør ikke ene og alene fordi bakteriosinene fester seg til overflaten. Når bakteriosinene danner porer inn i bakterien, oppstår det lekkasjer. Da klarer ikke bakterien å leve. Hva som skjer fra bakteriosinene binder seg på overflaten og til det dannes en pore slik at bakterien dør, vet vi fortsatt lite om. Når vi vet hvilke reseptorer bakteriosinene binder seg til, kan vi undersøke mer om hva som skjer på molekylært og atomært nivå.

Snakker sammen

Selv om melkesyrebakteriene bruker peptider til å bekjempe hverandre med, mener Tom Kristensen at dette bare er bakterienes spesielle måte å kommunisere på.

– Hvis vi skulle se på dette som en kamp mellom bakterier, er det utrolig dumt å lage stoffer som bakteriene lett blir resistente mot. De resistente bakteriene kan i mange tilfeller fint leve uten den spesielle reseptoren. De må bare gi avkall på den egenskapen som reseptoren gir dem, slik som evnen til å ta opp spesielle næringsstoffer. Jeg ser derfor på bakteriosinene som en form for kommunikasjon mellom bakterier.

Tenk deg at en bakteriekoloni har etablert seg i et område der de har spesialisert seg på visse næringsstoffer. Hvis andre typer bakterier dukker opp, får de beskjed om at de kan være der, såfremt de gir avkall på det proteinet som fanger opp de samme næringsstoffene. Du kan tolke signalene som «Hold deg unna maten min! Du kan leve her, men du må ikke spise det samme som oss». Eller for å si det på en annen måte: «Du må forandre deg, slik at vi kan leve sammen uten å ødelegge for hverandre».

– I de tilfellene der bakteriosinene angriper de reseptorene som bakteriene trenger for å leve, bryter kommunikasjonsanalogien sammen. Da er det kamp på liv og død, poengterer Tom Kristensen.

 

Av Yngve Vogt
Publisert 18. aug. 2016 14:00
Legg til kommentar

Logg inn for å kommentere

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