De fleste bakterieartene i verden produserer stoffer som brukes til ? drepe eller kontrollere veksten av andre bakterier.
Ett eksempel er melkesyrebakterier. Tarmen er full av dem. Selv om vi er l?rt opp til at melkesyrebakterier er snille og vil oss vel, er de ikke alltid like greie med hverandre.
Brorparten av dem bekjemper og g?r l?s p? hverandre med noen molekyler som kalles bakteriosiner.
Bakteriosiner er bakteriedrepende peptider. Bakteriene bruker peptider til ? kommunisere med hverandre og til ? p?virke og kontrollere omgivelsene. Peptider er sm? proteiner, koblet sammen i kombinasjon av flere aminosyrer. Genene bestemmer hvordan aminosyrene skal settes sammen. Vanlige proteiner best?r 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 sl?r ut en viss gruppe bakterier.
– Vi forsker n? p? hvordan melkesyrebakteriene bruker bakteriosiner til ? ta livet av sine n?rmeste 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 p? Institutt for biovitenskap ved Universitetet i Oslo.
Mange av bakteriosinene fungerer i sv?rt sm? konsentrasjoner. Selv noen f? molekyler er nok til ? drepe en bakteriecelle.
Forskerne har unders?kt hvordan bakteriene kan unng? ? d? 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 ? vite hvordan peptider i lave konsentrasjoner dreper f?lsomme bakterier og hvordan bakteriene som lager dem, unng?r ? d? 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 v?r, men hvis vi f?r bedre kjennskap til de molekyl?re mekanismene ved hva som skjer n?r bakteriosinene fester seg, kan det bli mulig ? spesiallage stoffer som angriper spesifikke proteiner og molekyler, men det er fortsatt meget lang vei ? g?, p?peker Tom Kristensen.
Minimale endringer i genomet
Han er spesielt interessert i ? finne ut hva som skjer genetisk n?r melkesyrebakteriene blir angrepet av bakteriosiner. En del av dem muterer og blir resistente. Det ? mutere betyr at sm? deler av arvestoffet endrer seg.
For ? skape de mutante bakteriene dyrker han de sensitive bakteriene i n?rheten av bakteriosinene. De sensitive bakteriene d?r. Bare de bakteriene som klarer ? mutere og bli resistente, overlever.
For ? finne endringene i arvestoffet, sekvenserer Tom Kristensen genomet til bakteriene. Dette kunne ikke v?rt gjort for mange ?r siden. Genteknologien utvikler seg raskt. Da det humane genomet, alts? hele arvematerialet v?rt, ble kartlagt for femten ?r siden, hadde tusenvis av forskere arbeidet med det i sju ?r. I dag kan en liten maskin gj?re hele jobben p? noen dager.
– Genomsekvenseringen blir stadig billigere. Om ti ?r 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, best?r av flere millioner basepar satt sammen i en bestemt kombinasjon av de fire grunnleggende byggeklossene i arvematerialet v?rt. Gensekvenseringsmaskinene avleser bare noen hundre basepar om gangen. For ? sette sammen alle bitene trengs det store beregninger.
Genberegningene gir forskeren klare svar p? hvor i genomet mutasjonene skjer.
N?r 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 ? bli resistente.
Endringen i genomet f?rer til at en spesiell reseptor p? utsiden av bakterien, der bakteriosinene kan feste seg, endrer form. Da har ikke bakteriosinene lenger noen knagg ? henge seg fast p?. Forskerne har likevel lang vei ? g? for ? forst? hva som skjer n?r en bakterie blir resistent.
– Bakteriene d?r ikke ene og alene fordi bakteriosinene fester seg til overflaten. N?r bakteriosinene danner porer inn i bakterien, oppst?r det lekkasjer. Da klarer ikke bakterien ? leve. Hva som skjer fra bakteriosinene binder seg p? overflaten og til det dannes en pore slik at bakterien d?r, vet vi fortsatt lite om. N?r vi vet hvilke reseptorer bakteriosinene binder seg til, kan vi unders?ke mer om hva som skjer p? molekyl?rt og atom?rt niv?.
Snakker sammen
Selv om melkesyrebakteriene bruker peptider til ? bekjempe hverandre med, mener Tom Kristensen at dette bare er bakterienes spesielle m?te ? kommunisere p?.
– Hvis vi skulle se p? dette som en kamp mellom bakterier, er det utrolig dumt ? lage stoffer som bakteriene lett blir resistente mot. De resistente bakteriene kan i mange tilfeller fint leve uten den spesielle reseptoren. De m? bare gi avkall p? den egenskapen som reseptoren gir dem, slik som evnen til ? ta opp spesielle n?ringsstoffer. Jeg ser derfor p? bakteriosinene som en form for kommunikasjon mellom bakterier.
Tenk deg at en bakteriekoloni har etablert seg i et omr?de der de har spesialisert seg p? visse n?ringsstoffer. Hvis andre typer bakterier dukker opp, f?r de beskjed om at de kan v?re der, s?fremt de gir avkall p? det proteinet som fanger opp de samme n?ringsstoffene. Du kan tolke signalene som ?Hold deg unna maten min! Du kan leve her, men du m? ikke spise det samme som oss?. Eller for ? si det p? en annen m?te: ?Du m? forandre deg, slik at vi kan leve sammen uten ? ?delegge for hverandre?.
– I de tilfellene der bakteriosinene angriper de reseptorene som bakteriene trenger for ? leve, bryter kommunikasjonsanalogien sammen. Da er det kamp p? liv og d?d, poengterer Tom Kristensen.