Revolusjon i forskning på bakterier

Danske forskere har satt en ny standard for forskning på bakterier.

Ny forskning skaper teknikker og matematiske modeller til databehandling som stikker ut retningen for framtidig forskning i bakterier. Bakteriene blir undersøkt med voldsom detaljgrad. (Foto: Colourbox)
Ny forskning skaper teknikker og matematiske modeller til databehandling som stikker ut retningen for framtidig forskning i bakterier. Bakteriene blir undersøkt med voldsom detaljgrad. (Foto: Colourbox)

Ordforklaring:

Malat – favorittenergikilden til Bacillus subtilis, utvinnes av planterøtter.

Promotor – DNA-sekvens som bestemmer om et gen skal uttrykkes eller ikke.

Transkript – den delen av DNA-et som blir oversatt til RNA, som forteller cellen hvilke proteiner som skal bygges.

Metabolitt – nedbrytingsprodukt, fra for eksempel sukkerstoffet glukose.

Forskningsmetode:

For å undersøke hvordan bakteriene reagerte på et endret miljø, plasserte forskerne bakteriene i malat eller glukose. Deretter skiftet de bakteriene over i en blanding av både malat og glukose. Dermed kunne de undersøke hvordan de metabolske prosessene endret seg i bakterien.

Grampositive og gramnegative bakterier:

Bakterier deles opp i grampositive og gramnegative, etter det danske legen Hans Christian Joachim Gram, først oppdaget ulikheten. De to bakterietypene skiller seg morfologisk ved blant annet å ha forskjellig oppbygning av celleveggen.

For grampositive bakterier benyttes Bacillus subtilis som modellbakterie, mens Escherichia coli benyttes for de gramnegative.

Danske forskere har, i samarbeid med kollegaer i andre land, skapt et svært detaljert bilde av det som skjer når bakterien Bacillus subtilis tilpasser seg nye omgivelser. De har skapt ett verktøy som hever standarden for forskning på bakterier.

Den oppsiktsvekkende forskningen er nettopp offentliggjort i to artikler i tidsskriftet Science.

– Det er ikke resultatet i seg selv som er interessant, men metoden vi har brukt. Vi har utviklet en verktøykasse av teknikker og matematiske modeller som både forskere og industrien kan bruke, forteller adjunkt Simon Rasmussen fra DTU Systembiologi, som sammen med kollega Hanne Østergaard Jarmer har stått for det danske bidraget til det EU-støttede BaSysBio-prosjektet.

Et helhetsbilde

Bacillus subtilis brukes tradisjonelt som modellorganisme i forskningen. Den brukes også i industrien til å produsere enzymer og er nært beslektet med miltbrannbakterien, Bacillus anthracis.

Den internasjonale forskergruppen ønsket å skape et helhetsbilde av alle prosesser inne i bakterien når den skulle tilpasse seg et nytt miljø. Derfor undersøkte de hvordan den reagerte når de flyttet den fra én energikilde og ga den et valg mellom to andre.

Bakterien setter i gang en rekke komplekse prosesser som forskerne nå har kartlagt til ned minste detalj.

– Systembiologi går ut på å se på alle involverte prosesser. Tidligere har man for eksempel sett på en liten gruppe av genene, men vi har sett på alle sammen.

– Våre nye metoder kan brukes til å se på alle former for tilpasning til et gitt miljø. Det gjelder også for eksempel tilpasning til menneskekroppens immunforsvar. Dermed kan vi i fremtiden utvikle bedre medisiner, sier Rasmussen.

Bruker halvparten av genene

En bakterie som skal tilpasse seg en ny energikilde eller et nytt miljø, tar i bruk noen bestemte gener. Når forskerne skiftet bakteriens energikilde fra glukose til malat, og omvendt, måtte uttrykket av opp mot 2000 gener bli kontrollert presist inne i bakteriecellen.

Det foregår ved at bakterien skrur opp og ned på forskjellige promotorer som styrer transkriptenes nivå (se faktaboks med ordliste til høyre).

Den internasjonale forskergruppen måtte derfor kartlegge bakteriens orkestrering av de promotorer, transkripter, metabolitter (se faktaboks) og proteiner for å skape det fulle bildet.

– Det å skulle velge mellom malat og glukose er temmelig enkelt. Men for å måle alle de involverte prosessene måtte vi utvikle helt nye teknikker og matematiske beregningsmodeller. Her fant vi blant annet ut at det å gå fra glukose til malat er noe ganske forskjellig fra å gå fra malat til glukose, forteller Rasmussen.

Simon Rasmussen og Hanne Østergaard Jarmens bidrag til forskningen har vært å designe og optimere noen genchiper for å undersøke aktiviteten av transkriptene.

Kan gi økonomisk gevinst

De nye verktøyene kan gi industrien bedre muligheter for å optimere veksten av bakterier i for eksempel enzymproduksjon. For bedrifter som lager enzymer til for eksempel vaskepulver, kan en vekstøkning på bare én prosent gi en stor økonomisk gevinst.

Også andre forskningsprosjekter er satt i gang med hjelp fra de nye verktøyene. Parallelt med BaSysBio har andre forskere brukt samme teknikker til å kartlegge den fryktede sykehusbakterien MRSA (Multiresistent Staphylococcus aureus), men også miltbrannbakterien Bacillus anthracis er under lupen. Disse bakteriene er fortsatt ikke undersøkt like grundig som Bacillus subtilis, men på sikt kan forskningen føre til effektiv behandling av de sykdommene de gir opphav til.

– Målet med forskningen var å lage et redskap som andre forskere kunne bruke til å studere bakterier. Forskning har en presisjonsgrad man ikke tidligere har sett. Parallelt med forskningen vår har vi lagt opp resultatene på en hjemmeside og gjort dem lett tilgjengelige og forståelige for andre, forteller Rasmussen.

Du kan lese mer om BaSysBio-prosjektet og de nye teknikkene på basysbio.eu.

____________________

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no

Referanser:

Global Network Reorganization During Dynamic Adaptations of Bacillus subtilis Metabolism, Science: Vol. 335 no. 6072 pp. 1099-1103 DOI: 10.1126/science.1206871

Condition-Dependent Transcriptome Reveals High-Level Regulatory Architecture in Bacillus subtilis, Science: Vol. 335 no. 6072 pp. 1103-1106 DOI: 10.1126/science.1206848

Powered by Labrador CMS