Kampen om overflaten

Vår intelligens og tekniske utvikling har fått oss langt. Vi kjører bil, flyr til månen og har utviklet superraske datamaskiner. Vi mennesker ser derfor på jorda som vår verden. Er det virkelig slik? Mange forskere mener isteden at vi lever i bakterienes verden. Bakterienes korte generasjonstid gjør det lett for bakteriene å tilpasse seg omgivelsene.

<em>Staphylococcus epidermidis</em> klarer alltid å finne seg et sted på en overflate der den kan slå seg ned og gjemme seg vekk. Staphylococcus epidermidis klarer alltid å finne seg et sted på en overflate der den kan slå seg ned og gjemme seg vekk. Foto: Hanna Tiainen, Odontologisk fakultet, UiO

Jordas hersker

Jorda ble til for omtrent 4,6 milliarder år siden. De aller første innbyggerne, bakteriene, dukket opp for omtrent 3,7 milliarder (3 700 000 000) år siden. Vi har funnet spor av bakterier i form av fossiler som er mer enn 3,5 milliarder år gamle. Klimaet som rådet da var helt ufyselig for oss å leve i, og menneskeslekten (Homo) dukket derfor først opp på jorda for omtrent 2,5 millioner år siden. Det moderne mennesket slik vi kjenner det har ikke vært på jorda mer enn omtrent 200 000 år. Bakteriene var altså her på jorda lenge før oss. For å skjønne det bedre, kan vi komprimere tida som det har vært liv på jorda til ett døgn, det vil si 24 timer. Menneskeslekten dukker altså opp omtrent ett minutt før midnatt, mens det moderne mennesket bare har vært til stede de siste sekundene av bakterienes døgn (les mer i Inn i den dype tiden).

Nå finner vi bakteriene overalt på jorda. De er i lufta vi puster, langt nede på bunnen av havet, i isen i Arktis, i vulkaner og på hele kroppen vår. Selv om du ikke kan se dem med det blotte øye, så er de der. For eksempel kan du finne mer enn en milliard bakterier i en teskje med matjord, og du har kanskje like mange bakterieceller som du har egne celler i kroppen. De klarer å bosette seg på stort sett alle overflater på jorden. Hvordan kan så små vesener bli så allestedsnærværende?

En blir til mange

Bakterienes vinnertrekk er at de er utrolig tilpasningsdyktige og formerer seg veldig raskt. Bakteriene formerer seg ved å dele seg i to. Hvor lang tid det tar mellom hver deling, det vil si generasjonstida, varierer fra bakterieart til bakterieart. Clostridium perfringens og Escherichia coli (E. coli) er for eksempel to bakterier som formerer seg veldig raskt. I de riktige omgivelsene kan disse bakteriene dele seg hvert 10. til 15. minutt. Det betyr at i løpet av ett døgn har de kommet opp i omtrent 100 generasjoner. For oss vil det ta omtrent 2000 år å nå 100 generasjoner.

Siden bakteriene klarer å bli så mange på så kort tid, er det ikke så rart at de aller fleste bakterier klarer å tilpasse seg nye overflater. Så lenge én av dem klarer å leve i et nytt miljø, vil denne i løpet av bare noen timer ha delt seg mange ganger. Et ofte brukt eksempel går ut på å la en enslig E. coli-bakterie vokse helt ukontrollert i 36 timer. Da vil vi ha nok bakterier til å dekke hele jordas overflate. Lar vi dem vokse ukontrollert i 48 timer, vil vi ha så mange E. coli-bakterier at de veier like mye som 4000 jordkloder. Heldigvis vokser ikke bakteriene helt ukontrollert. Formeringen er kompleks og påvirkes av mange faktorer. For eksempel er den avhengig av hvilken bakterieart det er, miljøet rundt, som for eksempel temperatur og pH, tilgang på næringsstoffer og konkurranse mellom ulike bakterier.

En klynge av <em>E. coli</em>-bakterier. Foto: Agricultural Research Service En klynge av E. coli-bakterier. Foto: Agricultural Research Service

Den raske formeringen er en smart overlevelsesstrategi for bakteriene. Når de kommer til et nytt miljø der de kan bosette seg, vil de raskt klare å dekke store deler av en overflate. Det kan også skje spontane og hyppige endringer i arvestoffet, mutasjoner, som gjør at noen bakterier kan klare seg enda bedre i et nytt miljø. Mutasjonene gjør at bakterier er veldig tilpasningsdyktige og kan klare å bosette seg i de aller fleste miljøer.

Medisinske komplikasjoner

Bakterienes tilpasningsevne og raske formering lager noen ganger problemer for oss, særlig innenfor helsevesenet. Helt siden Alexander Fleming oppdaget penicillin, og det etter hvert kom på markedet, har vi vært godt beskyttet mot farlige bakterier. All bruk av antibiotika, både riktig og gal, har gjort at bakteriene har utviklet motstandskraft, resistens, mot de aller fleste antibiotika vi har. Bakteriene blir motstandsdyktige mot antibiotikumet ved å finne en måte å unngå mekanismen som skader dem. Det kan være pumper som pumper antibiotikumet ut fra bakterien før det har en effekt, det kan være endringer i celleveggen som gjør at antibiotikumet ikke slipper inn, bakterien kan lage enzymer som ødelegger antibiotikumet eller målet for antibiotikumet kan være endret slik at det mister sin effekt.

Alexander Fleming oppdager penicillin. Alexander Fleming oppdager penicillin.

Bakteriene har motstandsmekanismene i genene sine, og bakteriene kan spre disse mellom seg. Enten kan de spres fra bakterie til bakterie på samme måte som fra foreldre til barn, eller de kan gis videre til andre bakterier i nærmiljøet. Når bakteriene er blitt motstandsdyktige, vil de raskt klare å lage en stor populasjon av resistente bakterier. Hvis vi er uheldige og den resistente bakteriepopulasjonen gir oss en infeksjon, vil det være vanskelig, i noen tilfeller umulig, å behandle infeksjonen.

Et annet område der bakterienes raske formering kan lage problemer, er ved den stadig voksende bruken av implantater. Når vi setter inn et implantat, vil det alltid være bakterier i nærheten. De er i operasjonsstuen, på pasienten og på operasjonsteamet. Etter at vi lærte mer om hvordan bakterier overføres og hvordan det går an å jobbe så sterilt som mulig, har vi redusert infeksjonsrisikoen, men det går ikke an å få det helt sterilt.

Tannimplantat. Tannimplantat. Ill.: colourbox.no

For mange bakterier vil overflaten på implantatet være et godt sted å bosette seg. Ved innsettingen konkurrerer bakteriene og kroppens egne celler om overflaten på implantatet. Hvis ikke immunforsvaret vårt klarer å kvitte seg med bakteriene, kan bakterien klare å bosette seg der. Da kan vi se konsekvensene av bakterienes raske formering i form av infeksjoner som i verste fall kan lede til store lidelser for pasienten. For å gjøre det enkelt, kan vi si at en menneskecelle trenger omtrent 24 timer for å dele seg, mens en bakterie trenger omtrent 30 minutter. På 24 timer vil vi da ha to celler, samtidig som vi kan ha 281 trillioner bakterier.

Når immunforsvaret svikter, kan det med andre ord bli litt problematisk. Heldigvis er immunforsvaret et fantastisk system. På den ene siden klarer det å forsvare oss mot farlige bakterier eller bakterier som har endt opp på feil sted. På den andre siden sørger det for at alle de bakteriene vi trenger for å overleve får være i fred, for eksempel bakteriene i tarmene.

Uansett om det er bakterienes eller vår verden, så har vi utviklet oss sammen gjennom tusenvis av år og funnet en balanse. Når vi endrer på balansen, kan det fort skje at vi lager store problemer for oss selv uten at vi er klar over det. Vår bruk av antibiotika og utviklingen av implantater er gode eksempler på det.

Aktuelle kompetansemål i læreplanen

Læreplan i naturfag

  • Etter 10. årstrinn
    • Mangfold i naturen
      • gjøre rede for celledeling og for genetisk variasjon og arv
    • Kropp og helse
      • forklare hvordan egen livsstil kan påvirke helsen, herunder slanking og spiseforstyrrelser, sammenligne informasjon fra ulike kilder, og diskutere hvordan helseskader kan forebygges
  • Etter Vg1 - studieforberedende utdanningsprogram
    • Forskerspiren
      • drøfte dagsaktuelle naturfaglige problemstillinger basert på praktiske undersøkelser eller systematisert informasjon fra ulike kilder
  • Etter Vg3 - påbygging til generell studiekompetanse
    • Forskerspiren
      • drøfte dagsaktuelle naturfaglige problemstillinger basert på praktiske undersøkelser eller systematisert informasjon fra ulike kilder

Læreplan i biologi - programfag i studiespesialiserende utdanningsprogram

  • Biologi 1
    • Cellebiologi
      • gjere greie for oppbygginga og formeiringa til bakteriar og virus, og relatere det til prosessar i natur, industri og helsefagleg samanheng

Tema