Den kunstige, forenklede cellen (blå, til venstre) kommuniserer begge veier med den selvlysende bakterien <i>Vibrio fischeri</i> ved hjelp av feromoner. I framtida kan kunstige celler brukes til å ødelegge den naturlige kommunikasjonen mellom farlige bakterier. Dette kan brukes til å lage nye former for antibiotika. (Figur: Hentet fra studien i ACS Central Science Two-Way Chemical Communication between Artificial and Natural Cells, R. Lentini m.fl., bearbeidet av forskning.no)
Den kunstige, forenklede cellen (blå, til venstre) kommuniserer begge veier med den selvlysende bakterien Vibrio fischeri ved hjelp av feromoner. I framtida kan kunstige celler brukes til å ødelegge den naturlige kommunikasjonen mellom farlige bakterier. Dette kan brukes til å lage nye former for antibiotika. (Figur: Hentet fra studien i ACS Central Science Two-Way Chemical Communication between Artificial and Natural Cells, R. Lentini m.fl., bearbeidet av forskning.no)

Kunstige celler kan bli vår nye antibiotika

Men er de kunstige cellene levende?

Publisert

Forskere fra Italia og USA har laget kunstige celler som både kan høre hva bakterier sier og snakke til dem.

Hva? Kan bakterier snakke? Ja, på et vis. I alle fall hvis du godtar at de snakker med kjemiske stoffer – feromoner.

De kunstige cellene kan blande seg inn i denne kjemiske praten. Og det kan trenges.

Skummel biofilm

Noen bakterier er nemlig skikkelig stygge i kjeften – i alle fall for oss mennesker. De sier til hverandre: La oss lage biofilm! Hva er så stygt med det?

Biofilmer er tynne hinner av slim. Med biofilm kan bakteriene klistre seg sammen og feste seg forskjellige steder i kroppen. På den måten kan de gjøre oss syke.

Ett skummelt eksempel er bakterien Psudomonas aeruginosa. Den klistrer seg fast i sår og lunger på svært syke pasienter og er ikke lett å knekke med antibiotika.

Biofilm dannet av gule stafylokokker, vanlig ved sykehusinfeksjoner, på et innlagt kateter. (Foto: (Mikroskopi: United States Department of Health and Human Services.))
Biofilm dannet av gule stafylokokker, vanlig ved sykehusinfeksjoner, på et innlagt kateter. (Foto: (Mikroskopi: United States Department of Health and Human Services.))

Forstyrret styggpraten – tok hevn

Kanskje den kan knekkes på annet vis? Hva om bakteriene ikke fikk sagt til hverandre – la oss lage biofilm? Kan forskerne hindre dem i å snakke sammen med feromoner?

De er ikke helt der ennå, men en ny studie i tidsskriftet ACS Central Science viser at de underveis – trolig. Det er nemlig skjær i sjøen – eller rettere sagt søl i cellene.

Riktignok klarte forskerne å lage kunstige celler som forstyrret styggpraten om biofilm fra P. aeruginosa.  Men P. aeruginosa  slo tilbake. Den ødela celleveggen til den kunstige cellen.

Ny type antibiotika

Likevel klarte forskerne å få de kunstige cellene til å snakke med andre typer bakterier. De både sendte og mottok beskjeder med feromoner.

I framtida kan slike kunstige celler blande seg i bakteriepraten – til glede for legene. De trenger noe nytt, nå som bakteriene blir motstandsdyktige mot antibiotika.

Irep Gözen. (Foto: Universitetet i Oslo)
Irep Gözen. (Foto: Universitetet i Oslo)

– Idéen om å lage en «telefonlinje» mellom kunstige celler og bakterier med kjemiske signaler er av stor verdi, skriver Irep Gözen i en e-post til forskning.no.

Hun leder Gözen-gruppen ved Norsk senter for molekylærmedisin på Universitetet i Oslo. Der eksperimenterer forskerne også med slike kunstige celler.

– Gruppen til professor Bonnie Bassler fra Princeton University forsøker for eksempel å utvikle en ny generasjon antibiotika, fortsetter hun.

De lager stoffer som – enkelt sagt – forstyrrer «telefonforbindelsen» mellom farlige bakterier, sånn at de ikke kan gjøre oss syke.

Slike nye former for antibiotika kan i framtida tilføres kroppen på en kontrollert måte med de snakkende kunstige cellene, ifølge Gözen.

Kunstig arvestoff

Kunstige celler høres både spennende og skummelt ut. Kan vi bygge celler fra bunnen av med livets legoklosser – DNA og andre molekyler – kunstige celler som lever og yngler?

Nei, vi er ikke der ennå. Riktignok klarte pioneren Craig Venter i 2010 å lage en bakteriecelle med kunstig arvestoff. Men resten av cellen var ikke kunstig. Det var hentet fra en vanlig, naturlig bakterie.

Seinere har andre forskere kommet lenger. De har også laget andre deler av cellen kunstig, men det er fortsatt mye i en celle vi ikke forstår. Det er også forskerne bak studien helt klare på.

– Vår mangelfulle forståelse av grunnleggende biokjemiske prosesser begrenser hva som kan bygges, skriver de i studien.

Gözen bekrefter at der er langt fram før vi kan bygge kunstige celler fra bunnen av.

– Likevel, hvis noen av delene kan etterlignes, for eksempel ved å bruke cellelignende modeller som i denne studien, kommer vi nærmere mot å skjønne kompleksiteten i en levende celle, skriver hun.

Spesialisert pratmaker

Så hvor langt har forskerne kommet? Hva klarer de å bygge? Cellen de har laget, er ikke liv. Den kan ikke formere seg. Den er et slags minimum av hva som trenges for å gjøre den jobben forskerne vil ha den til å gjøre ­– sende og motta kjemiske beskjeder.

Men det er slett ikke verst – bare det. Dette er første gang en slik kunstig celle kan prate toveis med vanlige bakterier, ifølge studien.

– Funnene i denne studien tar tidligere forsøk et skritt videre, bekrefter Gözen, selv om andre forskere også har fått til lignende kommunikasjon.

Selvlysende rov og romantikk

Toveis kommunikasjon – sende og motta – klarte forskerne bare med en bestemt type bakterie, Vibrio fischeri.

Blekkspruten Euprymna scolopes suger til seg bakterien Vibrio fischeri fra havet rundt Hawaii. Bakteriene kommuniserer med kjemiske stoffer, og når de oppdager at de har blitt mange nok, begynner de den energikrevende prosessen å lyse. Til gjengjeld får de mat av blekkspruten. (Foto: Jamie Foster)
Blekkspruten Euprymna scolopes suger til seg bakterien Vibrio fischeri fra havet rundt Hawaii. Bakteriene kommuniserer med kjemiske stoffer, og når de oppdager at de har blitt mange nok, begynner de den energikrevende prosessen å lyse. Til gjengjeld får de mat av blekkspruten. (Foto: Jamie Foster)

Vibrio fischeri er en nyttig liten tass. Forskerne er ikke de eneste som har tatt den i bruk. Det har blekkspruter og fisk også.

De lokker til seg V. fischeri, som driver rundt på bøljan blå der det er varmt nok, gjerne i tropene. Inne i sjødyret får V.fischeri mat. Flere og flere samler seg. Og så begynner de å snakke sammen – med feromoner.

– Nå er vi mange nok. Nå kan vi begynne å lyse, sier de til hverandre. Og så gjør de det.

V. fischeri er nemlig selvlysende, til glede for vertsdyret sitt. Fisken eller blekkspruten bruker lyset for å lokke til seg paringspartnere eller noen å spise – eller for å skremme vekk fiender.

Kvitterer med lyssignal

De kunstige cellene kan også lyse. Forskerne laget dem slik. Hvis de lyser opp, er det et tegn på at de har fått en beskjed fra V. fischeri.

De kunstige cellene kan ikke bare høre på V. fischeri. De kan også snakke til bakterien. Mottatt beskjed ble igjen kvittert med et lyssignal.

Vet ikke hva liv er

Forskerne ville også noe mer med dette eksperimentet. De ville ikke bare få cellene til å snakke med bakterier. De ville også se hvor langt de var kommet i å skape liv.

Men – hva er egentlig liv? Det vet vi ennå ikke helt sikkert, mener forskerne. Vi vet ikke alt om hva som skjer inne i en levende celle.

Dermed kan vi heller ikke si sikkert om vi har klart å lage en levende celle eller bare noe som etterligner en levende celle.

Ekte eller bare etterligning?

Hva kunne forskerne gjøre? Svaret fikk de hos en annen gruppe forskere som strever med samme problem – de som lager kunstig intelligens.

For hva er egentlig ekte intelligens? Hva foregår oppe i hjernen? Det vet vi enda mindre om.

Forskerne kan ikke vite om de har laget intelligens som i hjernen, eller bare noe som etterligner hjernen. Derfor foreslo matematikeren Alan Turing allerede i 1950 en test som omgikk hele problemet.

Turing-testen

Turingtesten for kunstig intelligens. (Foto: (Figur: Hugo Férée, CC A-SA 3.0 Unported))
Turingtesten for kunstig intelligens. (Foto: (Figur: Hugo Férée, CC A-SA 3.0 Unported))

Turing-testen er sånn: Sett en forsøksperson i et rom. I rommet er et annet menneske og en datamaskin med kunstig intelligens, men forsøkspersonen kan ikke se hvem som er hva.

Forsøkspersonen kan sende og motta skriftlige meldinger fra begge. Hvis det er umulig å skille mellom menneske og maskin, har den kunstige intelligensen bestått Turing-testen.

Den kunstige bakterien er ikke intelligent. Likevel fant forskerne en måte å bruke testen på. De ville omgå hele problemet med å definere liv.

De sa: Hvis den kunstige cellen oppfører seg akkurat som den levende bakterien V.fischeri, bryr vi oss ikke om den bare er en etterligning. Da har den bestått Turing-testen. Den kan regnes som levende.

Livets to trinn

For å gjøre Turing-testen på den kunstige cellen måtte de gå grundigere til verks enn bare å se etter lyssignaler. De måtte åpne cellen og se hva som skjedde der inne bak den kunstige celleveggen av fettstoffer – lipider.

Her inne fant de RNA. RNA er en slags fetter til arvestoffet DNA. Jobben til RNA er å kopiere ut biter av DNA. Dette kalles transkripsjon, altså en slags avskrift.

RNA-kopien går til cellens proteinfabrikker – ribosomene. Her skjer noe som kalles translasjon – oversettelse.

RNA oversetter på en måte oppskriften fra DNA til en form som ribosomene kan bruke. Dermed vet ribosomene hva slags proteiner de skal lage for å snakke med bakteriene.

39 prosent lik V. fischeri

Så til Turing-testen. Forskerne spurte seg: Lager den kunstige cellen samme RNA som en ekte V. fischeri ville gjort i samme situasjon?

Dette kunne forskerne måle. Hvis forskjellen mellom RNA i den kunstige cellen og i V. fischeri var null, så hadde den kunstige cella og V. fischeri framstått som like. Da hadde den kunstige cellen bestått Turing-testen fullt ut. Det klarte den ikke.

Men den kom et stykke på vei. Testen viste at den kunstige cellen oppførte seg 39 prosent likt en V. fischeri.

 (Foto: (Figur: Irep Gözen for forskning.no, bearbeidet av forskning.no))
(Foto: (Figur: Irep Gözen for forskning.no, bearbeidet av forskning.no))

Langt igjen – men på vei

Likevel blir det feil å si at den er 39 prosent levende, understreker forskerne. Den kunstige cellen hadde bare to gener som var laget kunstig. Resten av de over 100 genene som trenges for å kommunisere var hentet fra naturlige celler.

Vi er altså ennå langt fra å lage kunstige celler fra bunnen av som er levende – eller i alle fall virker levende ut fra Turing-testen.

Likevel – Turing-testen kan bli nyttig når forskerne går videre på veien mot å bygge den første helt kunstige livsform.

– Vi vil trolig ikke skjønne hva som trenges for å gjøre noe levende før vi kan bygge en levende celle fra sine enkelte deler, skriver de i studien i tidsskriftet ACS Central Science.

Referanse:

Roberta Lentini m.fl: Two-Way Chemical Communication between Artificial and Natural Cells, ACS Central Science, 25.1.2017, DOI: 10.1021/acscentsci.6b00330.