Bakterier slår hinanden ihjel med antibiotikalignende kampstoffer i mikrobiologiske krige. Disse krige kan være én af årsagerne til at bakterier udvikler antibiotikaresistens.
Hidtil har forskere troet, at kampe mellem bakterier udelukkende var om plads.
Ny dansk forskning tyder dog på, at bakterier også slår hinanden ihjel af andre årsager. De gør det for at samle et mindre forrådskammer til tider med mangel på mad.
Dette har fået to danske forskere til at udvikle en ny teori omkring bakteriers indbyrdes kampe. Teorien har de givet øgenavnet ’kasino-teorien’.
Kasino-teorien kan bruges til bedre at beskrive evolutionen af bakteriers produktion af antibiotika og forstå, hvorfor nogle bakterier er antibiotikaresistente udennogen sinde at have mødt et menneskeskabt antibiotikum.
»Vi kunne se, at gængse teorier om bakteriers indbyrdes kampe ikke passede på en lang række bakterie-typer – blandt andre mælkesyrebakterier.«
»Her måtte bakterierne opføre sig anderledes, for at tingene kunne passe med de ekstremt varierende forhold, som bakterierne lever under,« fortæller lektor ved Københavns Universitets Institut for Veterinær Sygdomsbiologi, mikrobiolog Jørgen Leisner, der sammen med post-doc Jakob Haaber har udviklet den nye teori.
Studiet er baseret på et review af mere end 100 studier og er netop offentliggjort i det velansete videnskabelige tidsskrift Proceedings of the Royal Society B.
I tarmen handler det om at vokse hurtigt
I et system som menneskets tarm, hvor næringsstoffer bliver tilført konstant, handler det for bakterier om at vokse og dele sig hurtigst muligt.
Hvis de ikke deler sig hurtigt nok, bliver deres antal langsomt tyndet ud gennem det konstante flow af afføring gennem tarmen.
I de interne krige sikrer bakterier sig de bedste vækstmuligheder ved at begrænse de andre bakterie-typers vækst. På den måde kan de selv vokse mest muligt og danne sig et højt antal i tarmen, efterhånden som de andre bakterie-typer bliver skyllet ud af systemet.
\ Fakta
I bakteriers indbyrdes kampe kan de individuelle bakterie-typer deles op i tre kategorier: 1. Kampstofproducerende bakterier laver antibiotikalignende kampstoffer, der dræber andre bakterier eller hæmmer deres vækst. Kampstofferne kaldes for bakteriociner, der ofte er et smalspektret antibiotika. 2. Følsomme bakterier bliver ramt af de antibiotikalignende kampstoffer. 3. Resistente bakterier har udviklet forsvarsværn mod de antibiotikalignende kampstoffer og bliver ikke påvirket, når kampene mellem de kampstofproducerende og de følsomme går højt.
Her bruger forskere en anden teori, den såkaldte sten-saks-papir-teori til at forklare bakteriernes adfærd.
Bakterier spiller sten-saks-papir
Først vil de kampstofproducerende bakterier (saksen) vokse mest i antal, da de kan slå de følsomme bakterier (papir) ned og skabe plads til sig selv (se faktaboks for beskrivelse af bakterie-typerne).
Herefter vil de resistente bakterier (sten) tage over, da de ikke producerer kampstoffer og dermed kan bruge deres ressourcer på en højere vækst samtidig med, at de ikke bliver påvirket af de andre bakteriers kampstoffer.
De kan dog ikke skabe mere plads til sig selv, da de ikke selv producerer kampstoffer og derfor må vente på, at de kampstofproducerende bakterier har gjort arbejdet for dem.
Efter de resistente bakterier har fået overtaget over de kampstofproducerende bakterier, bliver der igen plads til de følsomme bakterier, der kan vokse hurtigere i antal end de andre, da de hverken skal producere kampstoffer eller bruge ressourcer på at udtrykke resistensgener.
På den måde har alle bakterietyper potentialet til at blive de dominerende i et cyklisk mønster. Det samme gælder i legen ’sten-saks-papir’.
Anderledes forhold for mælkesyrebakterier
For mælkesyrebakterier i naturen er forholdene dog anderledes, og sten-saks-papir-teorien passer ikke for bakterier i eksempelvis en nedfalden frugt i haven.
Her er næringsstoffer begrænsede, og bakterierne får ingen ekstra gevinst ved blot at slå de andre bakterier ihjel, så de selv udelukkende kan vokse hurtigere i antal – næringsstofferne slipper simpelthen op, og den nedfaldne frugt bliver ubeboelig.
Her er der brug for en anden teori – den som Jørgen Leisner har været med til at udvikle.
»Vi kunne se, at bakterierne først begynder at lave kampstoffer sent i deres vækstfase. Derved får de ikke megen gevinst ud af at begrænse de andre bakteriers vækst. I stedet foreslår vi, at bakterierne bruger kampstofferne til at dræbe andre bakterier og optage næringsstofferne fra de faldne.«
»Derved forlænger de kampstofproducerende bakterier deres egen levetid i eksempelvis den nedfaldne frugt. Det betyder, at de optimerer deres chancer for at blive overført til en anden nedfalden frugt med bedre forhold, hvor de kan starte forfra. Til det scenarie har vi udviklet kasino-teorien,« fortæller Jørgen Leisner.
Kasino-teorien giver mening
Selvom det ikke koster mere end to til fem procent af bakteriens ressourcer at lave enten resistensgener eller kampstoffer, betyder det meget over flere generationer. Derfor kan det til tider betale sig for de følsomme bakterier at undlade at deltage i våbenkapløbet
Jørgen Leisner
I kortspillet kasino gælder det om at tage så mange kort som muligt fra midten af bordet. I bakteriernes verden modsvarer det næringsstoffer fra dræbte følsomme bakterier.
En kampstofproducerende bakterie kan vælge enten at tage ressourcer fra én type følsom bakterie, eller den kan forsøge at slå flere typer følsomme bakterier ihjel ved at danne mere bredspektrede kampstoffer.
I kortspillet svarer dette til at ’bygge’. Her kan en spiller tage flere kort fra bordet ved at lægge sine egne kort på bordet og skabe en højere numerisk værdi.
Spilleren kan dog ikke tage kortene op fra bordet med det samme, men må vente til næste tur. Det samme gælder for bakterierne.
Når bakterierne bygger, er de derfor ikke garanteret selv at få udbytte af næringsstofferne. Resistente bakterier kan lige så vel snuppe de værdifulde ressourcer.
Det er den samme risiko, som en spiller i kasino må påregne ved at bygge.
»De resistente bakterier kalder man for snydere. De nyder godt af, hvad andre har dræbt for dem. Men hvis der er for mange snydere, bryder systemet sammen, og så vil ingen af bakterierne få en fordel frem for den anden,« siger Jørgen Leisner om den nye erkendelse.
Kasino-teori skal stå sin prøve
Hertil har Jørgen Leisner og Jakob Haaber i deres teori udviklet to mulige scenarier for udfaldet af den mikrobiologiske krig i en nedfalden frugt:
-
Hvis forholdene er lokale, og der mangler fysisk afgrænsning mellem de resistente bakterier og de kampstofproducerende bakterier på overfladen af frugten, vil de resistente bakterier vinde krigen: De snupper ressourcerne fra de kampstofproducerende bakterier.
- Er forholdene derimod globale, med bakterier i relativt afgrænsede og fysisk adskilte områder hen over frugten, vil de kampstofproducerende bakterier vinde. I dette scenarie har de resistente bakterier ikke mulighed for at tage ressourcerne fra de kampstofproducerende bakterier.
De følsomme bakterier vinder ikke noget som helst. Deres formål er at vokse så hurtigt som muligt, inden de bliver spist af de to andre bakterie-typer.
Jørgen Leisner vil nu i samarbejde med kollegaer forsøge at eftervise kasino-teorien ved hjælp af modellering og eksperimenter i laboratoriet.
»Det bliver spændende at se, om teorien holder både for mælkesyrebakterierne og de bakterie-arter, der producerer vores antibiotika,« siger Jørgen Leisner.
