Bakterier er encellede organismer, men de lever ikke alene. De er en del av bakteriesamfunn som består av ulike stammer og arter. For å overleve i et slikt samfunn, har de enkelte bakteriestammene utviklet systemer som gjør at de kan kommunisere med hverandre.

Men hva skjer når nabostammen begynner med avlytting?

Lever tett på hverandre

Pneumokokker (Streptococcus pneumoniae) er bakterier som kan forårsake både lunge- og hjernehinnebetennelser. De lever som regel harmløst øverst i svelget hos mennesker. Her holder de til sammen med ulike beslekta pneumokokkstammer, men også fjernere slektninger som Haemophilus influenzae, Staphylococcus aureus (gule stafylokokker) and Moraxella catarrhalis.

For å overleve i et slikt samfunn, har de enkelte pneumokokkstammene utviklet systemer som gjør at de kan kommunisere med hverandre. Slik kommunikasjon er viktig for at de enkelte pneumokokkene kan koordinere aktiviteten til ulike gener. Kommunikasjonen fungerer på følgende måte: Bakteriecellene skiller ut små signalmolekyler (oftest små peptider).

Hvis det mange nok bakterier på ett sted, vil konsentrasjonen av signalet bli høyt og det vil bli gjenkjent av spesifikke reseptorproteiner på celleoverflaten hos identiske naboceller. Når signal og reseptor møtes, fører det til at produksjonen av antimikrobielle stoffer skrus på. Dette er drapsmolekyler som er skal ta knekken på nabobakteriene.

Utstrakt avlytting

I utgangspunktet har hver enkelt pneumokokkstamme sitt eget språk i form av unike signal-reseptor-par. Dette gjør at identiske pneumokokker kan kommunisere internt uten at nære og fjerne slektninger påvirker kommunikasjonen.

Men i en ny studie har vi vist at virkeligheten er mer kompleks; noen pneumokokker er i stand til å utnytte dette systemet. Det foregår utstrakt avlytting! Ved å utvikle reseptorer som kjenner igjen flere ulike signaler, kan noen av pneumokokkene lytte til andres signaler i tillegg til sitt eget.

Handler om liv eller død

Hvilke konsekvenser har en slik avlytting? For bakteriene handler det om liv eller død. De som tjuvlytter vil være i stand til å beskytte seg mot koordinerte angrep fra naboceller ved å slå på gener som koder for såkalte immunitetsproteiner.

Dette er proteiner som gir immunitet mot drapsmolekylene fra nabocellene. I neste omgang vil dette påvirke hvilke ulike pneumokokkstammer som finnes i kroppen vår. Dette er viktig fordi noen pneumokokkstammer er farligere enn andre; tjuvlyttingen kan derfor avgjøre om vi får en infeksjon eller ikke.

Ny innsikt

For å komme fram til disse resultatene, brukte vi en kombinasjon av bioinformatikk og eksperimentelle analyiser. Store datasett med DNA sekvenser fra tusenvis av pneumokokker ble analysert først. Disse pneumokokkene har blitt isolert og sekvensert av andre forskningsgrupper ulike steder i verden. Den største delen av pneumokokksekvensene som ble analysert, kommer fra en flykningeleir på grensen mellom Thailand og Myanmar.

Basert på denne kunnskapen, designet vi ulike pneumokokkstammer for å teste ut ulike kombinasjoner av signalmolekyler og reseptorer. I mange, men ikke alle, tilfellene stemte resultatene fra eksperimentene overens med de bioinformatiske analysene. Mens dataanalysen kunne forutsi det meste av kommunikasjonen, ble noe av tjuvlyttingen kun avslørt av eksperimentene. Dette viser viktigheten av å kombinere bioinformatikk med eksperimentelle analyser for å få ny biologisk innsikt.