Muldjord og lungevæv er to meget forskellige miljøer, der udbyder meget forskellige betingelser for mikrobiologisk liv.
Alligevel trives bakterien Pseudomonas aeruginosa glimrende begge steder.
I jorden lever den et relativt anonymt liv, mens den i patienter med cystisk fibrose giver kronisk lungebetændelse.
Nu har forskere fra Danmarks Tekniske Universitet kortlagt, hvordan springet fra mulden til mennesket har formet P. aeruginosa, og hvordan bakterien fortsat udvikler sig til både livet i lungerne og til at kunne modstå lægernes forsøg på at fordrive den.
»Vores studie viser, hvordan P. aeruginosa har gennemgået genetisk tilpasning til livet i lungerne, og hvordan den tilpasning blandt andet har gjort dem mere modstandsdygtige over for antibiotika,« fortæller en af studiets forfattere, Lars Jelsbak fra DTU, Institut for Systembiologi.
Studiet er offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift PNAS.
Undersøgt 40 år gamle bakterier
I studiet har forskerne undersøgt spytprøver fra cystisk fibrose-patienter, der har været i behandling for deres sygdom på Rigshospitalet gennem de seneste 40 år.
Prøverne er blevet omhyggeligt indsamlet og frosset ned af dr.med. Helle Krogh Johansen og professor Niels Højby, der har arbejdet med infektionsbiologi i mere end 50 år.
Fra spytprøverne kunne forskerne fra DTU isolere en utroligt sejlivet bakteriestamme, der havde formået at smitte fra patient til patient gennem alle fire årtier.
Genomsekventering af bakterierne fortalte forskerne, hvilke ændringer/mutationer der var sket i bakteriestammens arvemateriale, siden den første bakterie havde smittet en cystisk fibrosepatient i starten af 1970´erne.
\ Fakta
Nogle bakterietyper som eksempelvis Pseudomonas aeruginosa besidder et komplekst arvemateriale, der gør dem i stand til at leve i flere forskellige miljøer. Det betyder, at P. aeruginosa kan ’tænde’ for nogle gener, når den skal leve i jord, og andre gener, når den skal leve i lungevævet hos patienter med cystisk fibrose. Det har taget bakterien mange millioner år at komme dertil, hvor den har generne til både at kunne leve det ene og det andet sted. P. aeruginosa er ikke alene om at kunne leve i både jord og mennesker. Mange bakterier, der lever omkring planterødder, kan lige så godt leve i mennesker, da bakterien skal besidde mange af de samme mekanismer for at kunne inficere planter og mennesker. Disse bakterier inkluderer bakterier fra familierne: Burkholderia (angriber også lungerne), Enterobacter (kan give urinvejsinfektioner), Herbaspirillum, Ochrobactrum, Pseudomonas (blandt andet i cystisk fibrose-patienter), Ralstonia, Staphylococcus (stafylokokker) og Stenotrophomonas.
Forskerne kunne også se, i hvilken rækkefølge de enkelte mutationer var opstået.
»Vores analyser viste, at der var akkumuleret flere mutationer i bakterien, og at de evolutionære ændringer stadig foregår. Det betyder, at bakterien ikke bare har tilpasset sig livet i lungerne, men at de også bliver ved med at optimere sig selv i forhold til dette miljø,« fortæller Lars Jelsbak.
P. aeruginosas proces genskabt i laboratoriet
For at skabe et overblik over mutationernes indvirkning på P. aeruginosas evne til at leve i lungerne hos patienter med cystisk fibrose, genskabte ph.d.-studerende Søren Damkiær den evolutionære proces, som bakterierne havde gennemgået de seneste 40 år.
Dette gjorde han ved at indsætte de muterede gener i en mutations-fri stambakterie, der ikke havde været i kontakt med mennesker.
Mutationerne blev indsat i bakterien én efter én i den samme rækkefølge, som de var opstået i patienter med cystisk fibrose.
På den måde kunne forskerne undersøge, hvordan hvert enkelt mutation og udviklingstrin tilpassede P. aeuginosa til bedre at leve og overleve i lungerne.
»Efterhånden som vi indsatte mutationerne, kunne vi se, at bakterien blev opførte sig mere og mere som de bakterier, vi havde isoleret fra lungerne. Der opstod også interaktioner mellem mutationerne, der blandt andet gjorde, at bakterierne blev mere tolerante over for antibiotika,« fortæller Lars Jelsbak.
Viden er vejen frem
Med kortlægningen af de evolutionære tiltag, som bakterier gennemgår for at kunne leve i mennesker, håber Lars Jelsbak på, at studiet kan bidrage til en bedre af forståelse af de tilpasningsmekanismer, som bakterier tyer til for at inficere mennesker.
Denne viden kan blive uvurderlig i fremtidens behandlingsstrategier.
»Jeg håber på, at vi på sigt kan ramme bakteriernes evolutionære mekanismer med medicin og dermed forhindre dem i at kunne tilpasse sig til at leve i os mennesker,« siger han.
