Bakterier - gode kommunikatører

Rikdom og berømmelse - da satser du på fotballkarriere. Har du lyst til å finne ut hvordan ting henger sammen, blir du forsker. Det er ikke sikkert du scorer selv, men da kan andre føre kunnskapsarven videre.

Publisert

Det ligger ofte mange årsverk bak et lite forskningsresultat. Professor Leiv Sigve Håvarstein ved Universitetet for miljø og biovitenskap (UMB) er smertelig klar over det. Og som når et fotballag angriper; det er mange som bidrar til den endelige scoringen.

Bakterier

Hva vet journalisten om bakterier? Kompetansen kunne vel ha toppet seg litt mer, for innen humanistiske fag skjeles det ikke så mye til mikrobiologien. Men bladfyken storkoser seg under Håvarsteins raske sveip innom bakteriologien.

Horisontal genoverføring

La oss begynne forsiktig. Jeg blir fortalt at forskjellen mellom mennesker og bakterier - jeg må bare innrømme at jeg hadde aldri kommet på tanken på å sammenligne oss - er genflyten. Den er jeg med på. Bakterier har DNA og arveegenskaper, mennesket har også det, massevis. Det er bare det at mennesket er statisk, genetisk sett.

Bakteriene derimot, trenger ikke nøye seg med de genene de er utstyrt med fra naturens side, de utveksler gener seg i mellom, gjerne på tvers av artsgrenser. Altså horisontal genoverføring. Og det så raskt at du knapt rekker å si “forkjølelse” før bakteriene har endret egenskaper.

Dreper mange

De er små, men bakteriene kan likevel være effektive angrepsspillere. Eller forsvarsspillere. Mange bakterier hjelper til med å holde oss friske, for eksempel arter som hører naturlig hjemme på slimhinnene eller i fordøyelseskanalen. De dekker fullstendig de ulike kroppsoverflatene, og kan på den måten hindre at sykdomsfremkallende bakterier slipper til.

La oss gå tilbake til de bakteriologiske “angrepsspillerne”. En kjent sykdomsfremkallende bakterie heter Streptococcus pneumoniae (uttalelsen bedres ved forkjølelse og tett nese). Den dreper årlig 1,5 millioner mennesker verden over. Barn og unge er spesielt utsatt, ikke minst i den fattige delen av verden.

Bakterien fører oftest til lungebetennelse, men også bihule- og ørebetennelse. Og i verste fall hjernehinnebetennelse.

S. pneumoniae har en spesielt effektiv mekanisme for horisontal genoverføring som kalles naturlig genetisk transformasjon. Denne egenskapen gjør at pneumokokker (som de også kalles) kan ta opp nakent DNA fra omgivelsene, og sette dette inn i eget genom ved hjelp av en prosess som kalles homolog rekombinasjon.

Immunforsvaret

Streptococcus pneumoniae er smart, og forkler seg. Det er nesten som om fotballspilleren hadde tatt på seg motstandernes drakt. Pneumokokkenne kapsler seg inn i et sukkerlag, en polysakkaridkapsel. Immunforsvaret får dermed store problemer med å oppdage dem.

Totalt er det funnet mer enn nitti ulike kapseltyper blant pneumokokker. Det er bakteriens gener som bestemmer hvilken sukkerkapsel den skal kle seg opp i. Hvis vi går litt tilbake og husker at bakteriene kunne skifte DNA raskere enn vi får sagt hostekule, så begynner et scenario å tre frem.

Immunforsvaret kjenner altså igjen en gammel kjenning, en bakterie som har vært innom før, levnes ikke store muligheter. Derimot er det fri flyt og hurra meg rundt for sleipingene som skifter sukkerkapsel, eller drakt om du vil, ved hjelp av horisontal genoverføring. Dette er årsaken til at det er så vanskelig å lage en god vaksine mot Streptococcus pneumoniae.

Hvordan foregår genoverføringen?

Drillo er kjent for sine spillanalyser. Hvem hadde ballen, hvor, når og hvor mange ganger? Det var ikke ett fenomen fotballprofessoren ikke finkikket på. Hvorfor? Jo, fordi man må forstå spillets regler og kjenne dets indre liv for å kunne sette inn kreftene der det trengs.

Like så, med bakterienes liv og levned . Helt nøyaktig, hvordan skjer egentlig utvekslingen av gener ved såkalt naturlig genetisk transformasjon?

- Skjønner vi hvordan, kan vi også påvirke, sier professor Håvarstein.

Antibiotikaresistens

Det går ikke langt tid mellom hver gang mediene slår opp farene rundt antibiotikaresistens, dødelige sykehusbakterier og andre beslektede emner.

Håvarstein forteller at utviklingen av antibiotikaresistens, i hvert fall mot enkelte antibiotika, er en langsom prosess. Derimot kan den eksplodere, når resistens først er oppnådd. Det som da skjer, er at resistensgener hurtig spres til andre bakterier ved hjelp av horisontal genoverføring.

I Norge har flere hatt uheldige møter med stafylokokker på sykehus. Det brukes mye antibiotika, og det er derfor en tendens til at antibiotikaresistente sykehusbakterier utkonkurrerer andre, mer sårbare bakterier og blir dominerende i miljøet.

- Vi er engstelige for at sykehus på denne måten blir en arena for utveksling av antibiotikaresistens og sykdomsgener mellom ulike bakteriearter, forteller Håvarstein.

Her i landet har vi hittil, grunnet restriktiv bruk av antibiotika både innen human og veterinærmedisin, en forholdsvis lav forekomst av antibiotikaresistens. Men det trenger ikke være nok; svenskene har fått bryne seg på antibiotikaresistens på tross av restriktiv bruk.

Der mener man aggressive og antibiotikaresistente bakterier er blitt importert, enten med turister eller med ikke-etniske svensker på besøk i hjemlandet.

Bakterienes akilleshæl

Normalfloraen, eller de såkalte “snille” bakteriene, utvikler ofte antibiotikaresistens først, ofte etter at pasienten har vært utsatt for antibiotikabehandling gjentatte ganger. Dette er ikke noe stort problem i seg selv. Problemene oppstår først når bakterier fra normalfloraen overfører sine resistensgener til patogene bakterier de kommer i nærkontakt med.

- Vi begynner å forstå hva som skjer og hvordan; men likevel er det vanskelig å stoppe prosessen, sier Håvarstein. Professoren påpeker at målet på sikt er å utvikle behandlingsregimer og medisiner som kan motvirke og helst snu den negative utviklingen vi har i mange land i dag.

-En ting er å få noe til å fungere i laboratorium, noe annet er ute i det virkelige liv. Vi må skjønne grunnprinsippene, for å kunne utvikle en vaksine for eksempel. Sier Håvarstein og fortsetter: Vi må finne akilleshælen til bakteriene, forstå hvordan de fungerer.

Peptid-feromoner og barkebiller

Mange husker kanskje vendettaen mot barkebillene for noen tiår siden. Her ble barkebillene overrumplet av et syntetisk feromon (signalstoff). En pirrende lukt narret alle “gutta” i en felle, og dermed ble barkebille-bestandene sterkt redusert.

Håvarstein er godt og vel inne på tanken om at samme prinsipp kan brukes mot bakterier. Det er ikke like enkelt å få kontroll over bakterier som biller, men middelet er nesten det samme, et feromon streptokokkene bruker til å kommunisere med.

Feromonet er et lite peptid (altså et protein) som streptokokkene skiller ut og som sprer seg ut i miljøet.

Andre streptokokker kan fange opp signalet via reseptorer på overflaten. På denne måten kan streptokokkene telle hverandre og vite hvor mange nære slektninger det finnes i samme miljø.

Dette utløser flere reaksjoner hos bakterien, blant annet horisontal genoverføring, utskillelse av giftstoffer som dreper konkurrerende bakterier og økt virulens (evne til å gi sykdom).

Et mottrekk fra menneskenes side, kunne være å forstyrre bakterienes kommunikasjon, slik at de ikke ble i stand til å samarbeide.

Bakterier og offside

Hærer av bakterier kommuniserer og kriger mot hverandre. Giftstoffer produseres over en lav sko, og brukes i angrep mot både vertsorganisme og andre bakterier. Det er her Håvarstein ser for seg et lurt trekk. Det som kunne se ut som en klassisk offsides, hvis vi skal holde oss til fotballterminologien, kan nå i stedet bli et uventet motangrep.

- Kanskje vi kan lure bakterien til å gjøre noe annet enn den hadde bestemt seg for? Dette kan være en ny vinkling som kan vise seg å fungere. Vi kan få bakteriene til å jobbe for oss og ikke mot oss. Eller som det ville sett ut på gressmatten: Istedenfor at motstanderen scorer mot oss, kunne vi lure den til å skyte over sidelinjen. Spillerne fikk fortsatt spille ball, men harmløst for oss.

Forskerne vet at bakterier kommuniserer med feromoner, og de jobber med å forstå hvordan.

- Vi ser hva som skjer i monokulturer i laboratoriet, men vi ønsker å skjønne mer av hva som skjer i det naturlige miljøet, sier Håvarstein.

Peptider og språk

Streptokokkene kommuniserer med dem som produserer samme type peptidferomon, dvs. snakker samme eller nært beslektede språk. Det finnes imidlertid mange ulike språk, og ofte vil ulike arter og til og med ulike stammer av samme art ha forskjellige språk. Det finnes for eksempel to ulike hovedspråk blant pneumokokkene, mens det blant andre ikke-patogene streptokokker i munnhulen kanskje finnes bortimot hundre.

- Vi prøver å forstå hva som foregår, hva kommunikasjonen går ut på. Det kan kanskje føre oss videre og frem til et nytt terapiregime, sier Håvarstein, før han skynder seg å presisere at et nytt middel mot Streptococcus pneumoniae ikke er på trappene. Først når den nødvendige kunnskapen er bygget opp, kan denne omsettes i praktisk rettede tiltak.

- Penicillinet er og kommer nok i overskuelig framtid til å være den viktigste og beste måten å kurere en pneumokokkinfeksjon på, men vi kan kanskje være med å utvikle støtteterapier.

La oss så gå ti år tilbake i tid.

Viktig vitenskapelig oppdagelse

I 1994 satt professor Leiv Sigve Håvarstein alene på kontoret sitt, og der foran den firkantete dataskjermen gjør forskeren sitt livs oppdagelse. Til nå. Hva følte du da? Tilta du? Ble du ikke spenna gærn?

- Levde lenge på det, kommer det rolig fra sørvestlendingen. Dette må være én av mange grunnleggende forskjeller mellom de som velger forskningens verden og journalistikken, tenker journalisten.

Etter at han, via genetiske studier på pneumokokker, greide å isolere og karakterisere peptid-feromonet som gjør bakterien kompetent for naturlig transformasjon, sitter forskeren altså helt rolig, vel vitende om at han har gjort et viktig bidrag til denne delen av biologien.

Men han trengte kanskje roen. Han måtte nemlig vente ni måneder før han kunne bevise og synliggjøre funnet. Lange og tidkrevende prosesser i laboratoriet måtte til, men Håvarstein innrømmer han var temmelig sikker på det han hadde oppdaget var riktig, og at alt kom til å fungere slik han hadde tenkt.

I dag kan han konstatere at artikkelen hans fra den gang er en av Norges mest siterte vitenskapelig artikler.

Antagonister

Håvarstein har funnet ut at en mulig farbar veg videre, er å finne antagonister (stoff som opphever eller motvirker virkningen av et annet stoff) som blokkerer peptidferomonreseptoren til pneumokokken.

I det daglige låser folk opp og igjen dører, til det trenger vi nøkkel eller nøkkelkort. Håvarstein har tenkt seg bruken av “nøkkel” innen sitt fagområde på en annen måte. Han ønsker å finne nøkkelen og blokkere låsen.

- Med å blokkere dørlåsen, dette ment som et bilde, ønsker vi å bryte kommunikasjonen mellom bakteriene, sier professoren.

Dette kan være en løsning. Uansett fører all forskning vitenskapen og akademia fremover. Kanskje finner vi ikke det vi mente å ville finne, men kunnskap åpner mange dører. Håvarstein viser til ‘celle-celle kommunikasjon. Viten om denne har eksplodert de siste ti årene. Kunnskap smitter.

Ædda, bædda - dum selv

Det kan nesten se ut som om bakteriene kan kaldflire av oss i dag. Tidligere trodde vi at de var isolerte og usosiale organismer, kun opptatt av seg selv. Slik er det ikke; Håvarstein kan fortelle at bakterier har evnen til å orientere seg om tilstedeværelsen av andre bakterier i miljøet.

Mennesket har et sanseapparat, reseptorer som fanger opp for eksempel lyd og smak. Bakterier snakker også sammen, men i stedet for å bruke lydbølger bruker de et kjemisk språk som står nærmere vårt smaksapparat i oppbygning.

Til forskjell fra oss har bakteriene ingen hjerne som kan tolke signalene fra omverdenen, men de klarer seg allikevel svært godt med de “sansene” de har.

Og tar vi i betraktning den horisontale genflyten og en formeringsevne og omstillingsevne som nesten ikke er til å fatte, er det ikke vanskelig å forstå at bakterier er vanskelige å bekjempe. Bakteriene er rett og slett veldig tilpasningsdyktige. Streptokokkene for å minne om dem igjen, de er noen skikkelige råtasser i dette.