E. coli er ikke bare en lortebakterie

I laboratorier verden over har bakterien E. coli en helt anden status end lortebakterie.

Den kommer godt nok fra lort – men hvilket vidunder!

Først og fremmest var det i E. coli, at vi mennesker først knækkede livets kode. Det var nemlig her, vi først lærte at læse og forstå det molekylære alfabet i DNA.

E. coli har vist os, hvordan celler laver proteiner ud fra opskriften i DNA - det, man inden for biologien kalder det centrale dogme.

Det var også i E. coli, at man først påviste, hvordan der kan tændes og slukkes for forskellige gener i en celle.

Faktisk kan man sige, at E. coli var den arbejdshest, som muliggjorde den molekylærbiologiske revolution, vi har oplevet i de sidste 70 år, og som har givet os svaret på mange af grundforskningens store spørgsmål om, hvordan liv, som vi kender det, helt fundamentalt lader sig gøre.

E. coli bruges til alverdens formål

I dag udnyttes E. coli i tusinder af forskningsgrupper verden over til at klone ting og sager sammen.

Man kan for eksempel klone genet for den grønne selvlysende farve i vandmand (green fluorescent protein) ind i bakterien og få dem til at lyse grønt.

I industrien bruges E. coli til at lave proteiner og kemikalier til blandt andet kosmetik, fødevareingredienser, plastikprodukter og medicin.

Og i et nyere projekt på Københavns Universitet brugte vi også E. coli, da vi stillede et grundforskningsspørgsmål.

Hvilket spørgsmål, vi præcist stillede, vender vi tilbage til.

\ Læs mere

Kan man finde DNA i en lort?

Sådan fandt man E. coli

E. coli blev opdaget i 1884 af tyskeren Theodor Escherich, som forsøgte at identificere bakterierne i nyfødte børns tarmkanaler.

Det gjorde han for bedre at forstå, hvorfor mange spædbørn dengang blev ramt af tarm-infektioner.

I dag kan vi takke Theodor for at være bæ-fikseret.

Det viste sig, at E. coli havde det fint med at gro uden for tarmen – hvis bare den fik noget at spise og havde det varmt, gerne 37 grader celsius ligesom i tarmen.

E. coli trives bedst med lettilgængelige kulhydrater, især druesukker, og den vil gerne have sine proteiner serveret som adskilte aminosyrer, der er de byggesten, som proteiner består af.

E. coli er faktisk mester i at gro i et laboratorium – den kan fordoble sig selv på 20 minutter, hvis man giver den både sukker, aminosyrer, salte og varme.

Så i løbet af syv timer kan én E. coli bakterie blive til en million bakterier!

På grund af dens hurtige vækst og beskedne krav blev E. coli hurtigt en populær lille organisme at lave videnskabelige forsøg med.

E. coli har en lillebitte fjende

E. coli er også en foregangsbakterie, når det gælder om at vise os, hvordan mikroorganismer opfører sig i samspil med andre små former for liv.

I 1959 fandt Ester Lederberg ud af, at E. coli har en naturlig fjende, der er endnu mindre.

Den lillebitte modstander er en virus, der kan slå E. coli ihjel på under en time.

Den lille virus kaldes en bakteriofag, inspireret af det græske fagos, der betyder at æde.

Bakteriofagerne, eller bakterieæderne, har senere vist sig at være de mest talrige organismer på Jorden.

E. coli som grundforskningsværktøj

I et projekt på Københavns Universitet, var det netop E. coli og en bakteriofag, vi brugte til at finde svar på et grundforskningsspørgsmål:

Hvordan bliver det vigtige molekyle tRNA nedbrudt?

For at forstå, hvorfor vi stillede det spørgsmål, må vi først forklare, hvad tRNA gør.

tRNA er et lille uundværligt molekyle, der findes i hundredtusindvis i hver eneste levende celle – både, når cellen er en bakterie eller en del af en større organisme.

tRNA’er udfører den samme livsnødvendige funktion i både bakterier og mennesker, nemlig at tilføre aminosyrerne, når cellens maskineri bygger proteiner.

tRNA sørger med andre ord for at levere byggeklodserne til protein i den rigtige rækkefølge.

Og uden tRNA ville hverken bakterier eller mennesker være i stand til at bygge proteiner.

Vi udtænkte et genialt massakre-forsøg

I vores forskningsgruppe så vi, at når E. coli bakterier blev sultet for aminosyrer, blev tRNA’erne nedbrudt – de forsvandt simpelthen.

Og vi forstod hverken hvorfor eller hvordan.

Så vi udtænkte – i al beskedenhed – et noget nær genialt forsøg med mange trin og udvælgelsesprocesser:

Vi konstruerede (ved at klone og klippe i gener) både en specialiseret E. coli og en specialiseret bakteriofag.

Vi konstruerede dem således, at E. coli kun kunne overleve et møde med bakteriofagen, hvis den havde masser af tRNA’er inden i sig.

De to naturlige fjender, bakteriofagerne og E. coli bakterierne, blev så blandet sammen, og bakteriofagerne skulle slå alle de bakterier ihjel, der nedbrød deres tRNA.

Efter ‘massakren’ ville vi stå tilbage med de overlevende bakterier – dem, der ikke kunne nedbryde tRNA.

De bakterier ville vi undersøge nærmere. Blandt andet ved at kigge efter forskelle på koden i deres DNA og de almindelige bakteriers DNA.

Her håbede vi at kunne finde svaret på, hvordan de havde undgået at nedbryde tRNA’erne.

(Se et billede af en såkaldt ‘massakre’ mellem E. coli og bakteriofagen, fra et af vores forsøg i denne artikel.)

Når man ikke finder et svar

Men lykkedes det os så at finde ud af, hvordan tRNA bliver nedbrudt i E. coli?

Desværre ikke med dette forsøg.

Trods to specialer og mange tilpasninger, nåede vi frem til den konklusion, at forsøget ikke kunne give os de svar, vi ledte efter.

Og hvad gør man så?

Jo, man bliver selvfølgelig irriteret og ked af det. Men det er også i frustrationen over mislykkede forsøg, at man finder motivationen til at angribe spørgsmålet fra andre vinkler.

Vi vidste på forhånd, at lige præcis dette forsøg ville blive udfordrende, og vores gruppe har sideløbende arbejdet på andre forsøg, der nu leder os på vej mod svaret på det forsvundne tRNA.

Grundforskning hjælper med at justere vores verdensbillede

Her tænker mange måske: Hvorfor er det relevant for os mennesker at vide, hvordan tRNA-molekyler i bakterier bliver nedbrudt?

Et fair spørgsmål, for det er ikke altid til at sige, om noget nyt er relevant.

Idéen med biologisk grundforskning er, i hvert fald som vi ser det, at bidrage med store og små justeringer af det videnskabelige verdensbillede, så det i højere og højere grad afspejler virkeligheden.

Når man ser noget overraskende, noget man ikke havde forventet, kan det være et tegn på, at der er noget større, vi har misforstået.

I tilfældet med tRNA har man hidtil antaget, at de altid er til stede i rigelige mængder, så cellen aldrig står og mangler dem, når der skal laves proteiner.

Men det faktum, at de forsvinder ved aminosyresult, ændrer på den antagelse og får os til at spekulere over, hvorfor cellen bruger krudt på at fjerne tRNA’erne, når den sulter.

Er det farligt for en celle at have mere tRNA, end den skal bruge?

De spørgsmål, der opstår, fører til hypoteser, der kan testes, og svarene kan indgå i en kvalificeret korrektion af en lille bid af vores verdensbillede.

Hvad bruger man grundlæggende viden om bakterier til?

En konkret idé med at bore sig ned i de molekylære detaljer om en bakterie som E. coli er at bruge den opnåede viden til at udvikle nye forsvar mod sygdomsfremkaldende bakterier.

Som man hører meget om i disse år, udvikler bakterier sig nogle gange til at blive resistente over for de antibiotika, vi behandler infektioner med.

Det tegner et uhyggeligt fremtidsbillede, hvor vi måske kommer til at stå med alvorligt syge patienter, der for kort tid siden kunne kureres med en antibiotika-kur, men som vi nu ikke kan behandle.

Ved at forstå, hvad der er vigtigt for bakterierne, finder vi måske ledetråde til, hvordan man i fremtiden kan håndtere den udfordring, som resistente bakterier udgør.

\ Læs mere

Dansk kolera-lort fra 1853 kan give ny viden om epidemier