Bakterier skruer op og ned for deres immunforsvar

Forskere har altid troet, at bakteriers immunforsvar enten kun kunne være tændt eller slukket.

Nu viser ny forskning dog, at bakterier rent faktisk kan regulere, hvor aktivt deres immunforsvar skal være.

Den nye forskning viser også, at bakterierne regulerer deres immunforsvar i forhold til antallet af andre bakterier omkring dem.

Forskningsresultatet giver som sådan en ny indsigt i kommunikation mellem bakterier og åbner måske også for en mere effektiv måde at bekæmpe infektioner på.

Det fortæller i hvert fald en af forskerne bag det nye studie.

»Hvis vi medicinsk kan slukke for bakteriernes immunforsvar, kan det gøre det meget nemmere at bekæmpe bakterier,« forklarer postdoc Nina Molin Høyland-Kroghsbo fra Molecular Biology Research Labs ved Princeton University, USA.

Nina Molin Høyland-Kroghsbo er også ansat som international researcher ved Biologisk Institut på Københavns Universitet.

Studiet er for nylig publiceret i det videnskabelige tidsskrift PNAS.

Professor: Interessant grundvidenskabelig opdagelse

Professor Tim Tolker-Nielsen forsker i bakterier og kommunikation mellem bakterier ved Institut for Immunologi og Mikrobiologi ved Københavns Universitet. Han har ikke deltaget i det nye forskningsarbejde, men har til gengæld læst det og mener, at resultatet er meget spændende.

Ifølge ham er bakterier nødt til at have mekanismer, så de kan undgå at deres immunforsvar angriber dem selv.

Det gør immunforsvaret alligevel en gang imellem, og derfor er det ifølge professoren interessant, at det nye studie viser, at bakterierne kan regulere immunforsvaret og skrue ned for det, når der ikke er et stort behov for at være parat til forsvar.

»Selve den basale opdagelse er meget interessant,« siger Tim Tolker-Nielsen, som dog er lidt skeptisk omkring, hvorvidt opdagelsen kan bruges til bekæmpe bakterier med, men det vender vi tilbage til senere.

Sådan fungerer bakteriers immunforsvar

For at forstå det nye forskningsresultat er det nødvendigt at forstå, hvordan bakteriernes forsvarssystem fungerer, og hvad bakterierne skal forsvare sig imod.

Lad os starte med det sidste først.

Bakteriers værste fjende er de såkaldte bakteriophager, der er virus, som kun angriber bakterier.

Når bakteriophagerne angriber en bakterie, laver de hul i selve bakteriens ydre membran og skyder et stykke DNA ind i bakterien, hvilket tvinger bakterien til at lave flere kopier af bakteriophagen. Til sidst springer bakteriecellerne i luften, og hundredvis af nye bakteriophager bliver frigivet.

For at forsvares sig mod bakteriophagerne laver bakterierne nogle molekylære sakse (nukleaser), der kan genkende de forskellige stumper DNA, som bakteriophagerne kommer med. Hvis en saks genkender et stykke DNA, klipper den det i stykker og uskadeliggør det.

To problemer med immunforsvaret

Sådan fungerer en del af bakteriens immunforsvar, men der er dog to problemer med denne form for immunforsvar.

1. For det første angriber saksene nogle gange elementer inde i bakterien, og immunforsvaret kan dermed risikere at slå bakterien selv ihjel.
2. For det andet er det meget omkostningsfuldt for bakterien at lave alle disse molekylære sakse, så det er bakterien helst fri for, hvis den kan slippe afsted med det.

»Hidtil har man troet, at dette immunforsvar enten var tændt eller slukket, men som indledning til vores forsøg tænkte vi, at det ville være smart, hvis bakterierne kunne forudsige, hvornår de havde brug for immunforsvaret og kun aktiverede det i de situationer,« forklarer Nina Molin Høyland-Kroghsbo.

Studerede kommunikation mellem bakterier

I sine undersøgelser har Nina Molin Høyland-Kroghsbo studeret kommunikationen mellem bakterier.

Bakterier sender signalmolekyler ud i deres omgivelser, og på den måde kan bakterierne i eksempelvis en væske eller en biofilm mærke koncentrationen af bakterier i nærheden.

Det hedder quorum sensing, når bakterierne snakker sammen på den måde.

Ved hjælp af quorum sensing kan bakterierne blandt andet finde ud af, hvilke enzymer og proteiner de skal sende ud i omgivelserne for at lave en solid biofilm, eller om der er plads til at formere sig yderligere.

Det nye forskningsresultat viser, at bakterierne også bruger quorum sensing til at afgøre, hvor aktivt deres immunforsvar skal være.

»Vores resultater viser, at jo højere koncentrationen af bakterier er i omgivelserne, jo mere aktivt bliver bakteriernes immunforsvar,« forklarer Nina Molin Høyland-Kroghsbo.

Studerede ’stumme’ bakterier

I forskningen har Nina Molin Høyland-Kroghsbo studeret bakteriernes immunforsvar på forskellige måder.

Hun har blandt andet observeret, at immunforsvaret er fuldstændigt slukket, når bakterierne svømmer rundt i en væske alene.

Hun har også arbejdet med genmanipulerede bakterier, som ikke kan sende signalmolekyler til bakterierne i deres omgivelser. De er med andre ord stumme.

Da Nina Molin Høyland-Kroghsbo undersøgte disse stumme bakteries immunforsvar, kunne hun se, at det var slukket, selvom der var masser af bakterier i omgivelserne.

Når hun til gengæld gav bakterierne kommunikationsstofferne kunstigt, blev det slumrende immunforsvar aktiveret med det samme.

»Jo flere signalmolekyler vi tilsætter, jo mere aktivt bliver immunforsvaret. Det viser, at kommunikationen mellem cellerne er afgørende for, hvor aktivt immunforsvaret er,« fortæller Nina Molin Høyland-Kroghsbo.

Sådan vil forsker stoppe infektioner i at opstå

Ifølge Nina Molin Høyland-Kroghsbo kan den nye viden muligvis bruges til at bekæmpe infektioner i mennesker.

I hvert fald mener hun, at det er muligt at hæmme kommunikationen mellem bakterier og derved gøre det lettere for bakteriophager at slå dem ihjel. Da bakteriophager samtidig er ufarlige for mennesker, ligner det en oplagt mulighed.

Bakteriophager findes desuden i alt fra vores tarm til havvand, så de er over det hele og klar til at angribe bakterier, som har sænket paraderne.

»I vores laboratorium arbejder vi blandt andet med nogle stoffer, som kan hæmme kommunikationen mellem bakterier. Hvis bakterierne ikke kan snakke sammen, kan de ikke samarbejde om at gøre os syge, og de kan ikke aktivere deres immunforsvar,« siger Nina Molin Høyland-Kroghsbo.

»Får vi først stoppet kommunikationen mellem bakterierne, kan bakteriophagerne bare angribe løs,« fortsætter hun.

Kan bruges mod brandsår

Nina Molin Høyland-Kroghsbo forestiller sig, at man eksempelvis kan bruge denne form for angreb på bakterier ved brandsår.

Brandsår er karakteriseret ved, at det berørte område er meget modtageligt over for infektioner, men Nina Molin Høyland-Kroghsbo forestiller sig, at man kan komme de her stoffer, som hæmmer kommunikationen mellem bakterierne, i en spray, som man bruger på såret.

Sprayen vil forhindre bakterierne i at snakke sammen, hvorved et medicinsk angreb med bakteriophager har større chance for at holde bakterierne helt væk fra brandsåret.

»Vores idé er, at det kan bruges til at forebygge infektioner. I den sammenhæng er behandling af brandsår oplagt, da den bakterie, som jeg har undersøgt, ofte er skyld i, at netop brandsår bliver inficerede,« siger Nina Molin Høyland-Kroghsbo.

Forskere er uenige, om det kan bruges i behandling

Her bliver de to forskere dog lidt mere uenige, for Tim Tolker-Nielsen er lidt mere skeptisk omkring, hvorvidt den nye opdagelse kan bruges i kampen mod bakterier.

»Problemet med at bruge bakteriophager til at slå infektioner ned med er, at bakterier meget hurtigt kan udvikle resistens mod bakteriophagerne. Her er det ikke blot den del af immunforsvaret, som forskeren har undersøgt i det nye studie, som er involveret, men også andre dele af bakteriernes immunforsvar, eksempelvis restriktions-modifikations-systemet,« mener Tim Tolker-Nielsen.

»Endvidere kan mutationer i bakteriernes overfladeproteiner gøre dem bakteriophag-resistente. Derfor mener jeg, at det kan være at oversælge resultatet, hvis man tror, at opdagelsen indeholder nøglen til bakteriophag-terapi. Det tror jeg ikke. Den grundvidenskabelige opdagelse er dog meget interessant,« slutter han.