Snakkesalige bakterier

Du har sikkert hørt om sosiale insekter slik som maur, honningbier og humler, som lever i samfunn og samarbeider på ulike vis. Men visste du at bakterier er minst like sosiale? De siste 30 årene har forskerne funnet ut at bakterier både kan snakke sammen og samarbeide med hverandre. Snakkingen bruker de for å finne bra steder å bo, bygge byer, lage lys og for å angripe oss.

Når bakterier skal snakke sammen, lager de spesielle kommunikasjonssignaler. De bruker disse til å fortelle hverandre om nærmiljøet, tilgangen på mat og andre viktige ting! På denne måten kan bakteriene fortelle de andre i gjengen hva som er den lureste strategien akkurat nå. Ved hjelp av kommunikasjonssignalene styrer de blant annet hvor de skal slå seg ned, hvordan de skal bevege for å flytte seg til et annet sted, hvordan de skal bygge opp små bakteriebyer og hvordan de skal produsere lys.

Den som oppdaget at bakterier snakker sammen var Bonnie Bassler, en av mine favorittmikrobiologer. Hun er professor ved Princeton University og fant ut at marine bakterier snakker sammen for å lage lys i samspill med dyr i havet. Hun har laget et TED-foredrag om bakteriesnakking som kan anbefales: youtu.be/TVfmUfr8VPA

Quorum sensing

Måten bakteriene kommuniserer med hverandre på kaller vi for quorum sensing. Ordet quorum er latin, og viser til det minimum av medlemmer som må være til stede i en forsamling for å være beslutningsdyktige. Quorum sensing betyr at kommunikasjonssignalene som bakteriene bruker, trigger en respons ut fra en terskel-verdi for hvor mange bakterier som er til stede. Det må være mange nok bakterier som kan svare på snakkingen for at det skal lønne seg. Tenk for eksempel på bakterier som finner ut at i et bestemt miljø kan det være lurt å lyse. Men hvis de bare er fem stykker, eller ti eller hundre bakterier, hvor mye lys tror du det blir da? Bakterienes respons på snakkingen er at de skrur på eller av spesielle gener som henger sammen med det som andre bakterier forteller dem om.

Prosessen med å slå på eller av spesielle gener koster en god del, og i mange tilfeller må det også kjemiske reaksjoner til. Hvis bakteriene er altfor få, har de kastet bort viktig energi uten at det får en ønsket effekt. Bakteriene holder styr på at mange nok er til stede i nærmiljøet ved å kontrollere konsentrasjonen av kommunikasjonssignaler. Når konsentrasjonen når terskelverdien, vet de at de mange nok. På den måten kan bakteriene spare på kreftene og bare skru på genene når det vil ha en effekt.

En enkel fremstilling av hvordan bakterier kommuniserer. Bakterier produserer signalmolekyler som akkumuleres i nærmiljøet. Når konsentrasjonen av disse signalmolekylene har nådd en terskelverdi, binder signalmolekylene seg til reseptorer på eller inne i bakteriene. Denne bindingen leder til at bestemte gener slås av eller på. En enkel fremstilling av hvordan bakterier kommuniserer. Bakterier produserer signalmolekyler som akkumuleres i nærmiljøet. Når konsentrasjonen av disse signalmolekylene har nådd en terskelverdi, binder signalmolekylene seg til reseptorer på eller inne i bakteriene. Denne bindingen leder til at bestemte gener slås av eller på. Ill.: Jessica Lönn-Stensrud

Bakteriebyer

Bakteriene kan bruke snakkingen sin til å bygge opp bakteriebyer på de mest forskjellige overflater: på tenner, på huden vår, på innsatte kunstige kneledd, i vasken, inne i is og på steiner.

John William (Bill) Costertons «How bacteria stick» (Hvordan bakterier fester seg) fra 1978 var den første rapporten om at bakterier lever sammen og samarbeider. Costerton var en ivrig fjellvandrer og på en tur i Bugaboo Provincial Park mistet han balansen og skled ned i en isete fjellbekk på grunn av et slimete belegg på steinene. Ifølge datidens vitenskapelige studier mente man at det omtrent ikke fantes bakterier i fjellbekker. Costerton syns dette virket rart og ville derfor undersøke nærmere. Sammen med sin kollega Gill Geesey gjorde han undersøkelser både i den fjellbekken han skled ned i og i andre fjellbekker. Alle undersøkelser viste at slimet var en samling av bakterier som levde på steinenes overflater. Dette bakterieslimet kalte de biofilm, en tynn hinne av levende
organismer. Biofilmen kan sammenlignes med en by som er laget av bakterier der de samarbeider og fordeler oppgaver seg imellom.

Uansett om en bakterie lever planktonisk, det vil si flyter rundt alene, eller lever i en biofilm, har den de samme genene. Forskjellen er at når bakteriene danner en biofilm skrur de på andre gener enn når de lever alene. Bakteriene har altså samme genotype, men bakteriene i biofilmen skiller seg fenotypisk fra dem som lever alene. Genotype betegner den totale mengden gener hver organisme har i cellene, mens fenotype er de genene som faktisk blir skrudd på og gir utseendet og funksjonen til organismen. Bakterier i en biofilm vil skru på gener som gir dem evne til å feste seg til en overflate og til hverandre, mens en planktonisk bakterie vil uttrykke gener som gir den evnen til å svømme og bevege seg rundt.

For at bakteriene skal begynne å lage en biofilm, må de gå fra å svømme rundt og bevege seg til å feste seg til en overflate og til hverandre. Noen bakterier bruker flageller, den lille pisken som fungerer som propell, for å bevege seg. For at de skal feste seg og danne en biofilm, må de skru av de genene som styrer bevegelsesevnen, for eksempel genene som styrer flagelldannelsen. Etter at biofilmen har vokst og modnet, vil det hovedsakelig være gener som er forbundet med spredning fra hverandre og fra overflaten som er skrudd på. Derfor vil de genene som bakteriene trenger når de lever alene og flyter rundt, bli skrudd på igjen. Genene som bakteriene trenger til å danne biofilm, vil være skrudd av frem til de finner et nytt sted å slå seg ned på. Mesteparten av de genene som bakteriene skrur av og på når de bygger opp biofilmen, er kontrollert av bakteriekommunikasjon.

Biofilm. <it>Staphylococcus epidermidis.</it> Biofilm. Staphylococcus epidermidis. Foto: Jessica Lönn-Stensrud

Døve bakterier

Bakterier kan også bygge opp byene sine i kroppen vår, for eksempel på implantater. Da blir vi utsatt for en infeksjon. Men bakteriene bruker også snakkingen til andre ting som kan skade oss. Noen bakterier, som den patogene hudbakterien Staphylococcus aureus, kan begynne å lage giftstoffer som skader oss etter at bakteriene har snakket sammen og funnet ut at de er mange nok til å gjøre ordentlig skade på oss.

Som en konsekvens av at antibiotikaresistens nå sprer seg over verden, jobber forskere på spreng med å finne nye måter å behandle bakterielle infeksjoner. En innovativ måte som det jobbes mye med er å finne quorum sensing-inhibitorer. Man prøver helt enkelt å gjøre bakteriene døve så at de ikke hører hverandre. På den måten vil de ikke være klar over at de er mange nok, og forhåpentligvis vil de da ikke skru på genene for å begynne å bygge bakteriebyer eller begynne å lage giftstoffer. Foreløpig skjer dette kun på lab-benken, men det er en spennende tanke.

 

Naturfag 2/17 Denne artikkelen er henta frå Naturfag 2/17. Utgåva har temaet språk og kommunikasjon.

Abonnement på Naturfag er gratis, og kan bestillast frå post@naturfagsenteret.no.

 

 

 

 

Aktuelle kompetansemål i læreplanen

Læreplan i naturfag

  • Etter 10. årstrinn
    • Mangfold i naturen
      • undersøke og registrere biotiske og abiotiske faktorer i et økosystem i nærområdet og forklare sammenhenger mellom faktorene
    • 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
    • Bærekraftig utvikling
      • kartlegge egne forbruksvalg og argumentere faglig og etisk for egne forbruksvalg som kan bidra til bærekraftig forbruksmønster
  • Etter Vg1 - yrkesfaglige utdanningsprogram
    • Bærekraftig utvikling
      • kartlegge egne forbruksvalg og argumentere faglig og etisk for egne forbruksvalg som kan bidra til bærekraftig forbruksmønster
  • 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
    • Funksjon og tilpassing
      • gje døme på og grunngje korleis åtferd som kjem av evolusjon, er ein del av tilpassinga til omgjevnadene