Et mikroskopisk nabodrama: Bakterier i din drikkedunk lærer af hinanden

Forestil dig, at du åbner din drikkedunk mandag morgen. Til din overraskelse glinser indersiden af et tyndt lag slim, der ikke uden videre kan skylles væk.

Drikkedunken er blevet indtaget af et fællesskab af bakterier, der har sat sig fast på overfladen og bygget et beskyttende slimstillads. Sådan et fællesskab kalder vi mikrobiologer for ‘biofilm’.

Det samme sker på dine tænder (tandplak), i kanten af afløbet og på masser af andre flader. Bakterier foretrækker nemlig at bo på denne måde, og de er overalt.

Selv om vi ved, at biofilm rummer mange forskellige bakterier, har vi manglet en klar forståelse af, hvordan bakterier tilpasser sig hinanden inde i biofilmen.

Vores forskning viser, at naboskabet i biofilmen kan styre, hvilken retning bakterier udvikler sig i. Nogle arter får mindre ’variation’. Det vil sige, at der etableres færre nye versioner af bakterierne sammenlignet med de oprindelige bakterier.

Andre arter får tværtimod deres variation øget, fordi bestemte naboer giver dem et skub til at udvikle helt nye måder at være bakterie på.

Viden om biofilm kan hjælpe os med at komme problematiske bakterier til livs, uanset om de forekommer i drikkedunken, i munden, i køkkenet eller på hospitalet.

Evolution er mere end overlevelse for de bedst egnede

I skolen lærer vi, at evolution styres af tilfældige mutationer, og at ‘den bedst egnede overlever’. Det er sådan set også helt korrekt, for variation og overlevelse er de grundlæggende mekanismer.

Men når bakterier lever i en biofilm, bliver forholdene, der bestemmer hvem der er ‘bedst egnet’, langt mere indviklede. Dette skyldes de naboforhold, der skabes af biofilm.

Når vi studerer bakteriers evolution, holder vi øje med, hvordan de forandrer sig fra en generation til den næste.

I en biofilm bor forskellige slags bakterier så tæt, at de deler næring, konkurrerer om plads og påvirker hinandens adfærd gennem kemiske signaler. Samtidig ændrer biofilmen sig hele tiden og skaber små lommer med forskellige mængder ilt, fugt og næring.

Det betyder, at overlevelse ikke altid peger i én retning, men afhænger af, hvilke naboer bakterierne har, og hvor i biofilmen de befinder sig.

Med andre ord: Evolution i biofilm følger de samme principper som alle andre biologiske arter, men variation formes af de mikroskopiske relationer mellem cellerne og af biofilmens lokale miljø.

Naboskabet påvirker udviklingen

Det er ofte en udfordring for forskere at studere biofilm, fordi de er som byer, der konstant ændrer deres arkitektur.

For at undersøge, hvordan bakterier udvikler sig, når de lever sammen i biofilm, lavede vi to eksperimenter. Her dyrkede vi biofilm i specialdesignede 3D-printede systemer og på små plastikstykker, så vi kunne følge deres udvikling i forskellige miljøer.

Det gav os mulighed for at sammenligne biofilm, hvor kun få arter boede, med indviklede biofilm, hvor mange arter delte plads og ressourcer.

For at finde ud af, hvordan de havde udviklet sig, flyttede vi dem over på en plan overflade med næring. Her voksede bakterier i små kolonier, der kan ligne alt fra glatte cirkler til ru, foldede mønstre.

Bakteriernes udseende afslører, hvilke nye varianter af bakterien der er opstået. Det gjorde det muligt at opdage selv meget små forandringer fra én generation til den næste.

Men udseendet alene fortæller ikke hele historien. Derfor sammenholdt vi vores observationer med målinger af vækst og adfærd samt gen-analyser, som kan afsløre ændringer, man ikke kan se direkte. 

På den måde kunne vi kortlægge, hvordan naboskabet i biofilmen påvirkede udviklingen, hvilke muligheder der opstod, og hvilke der blev begrænset.

Mange naboer kan bremse bakteriers udvikling

Sammenligningen viste meget forskellige mønstre i udviklingen af to ellers næsten ens bakteriearter: Pseudomonas defluvii og Pseudomonas brenneri.

Når bakterien – P. defluvii – voksede alene, så vi en tydelig spredning til forskellige typer.

Det betyder, at bakterien afprøvede flere strategier og udviklede forskellige ‘versioner’ af sig selv. Det er den type variation, som klassisk evolution bygger på.

Men når den samme bakterie voksede i et mere komplekst fællesskab med mange naboer, skete det modsatte: Pludselig var der færre nye varianter. Det samme mønster dukkede op i alle vores forsøg.

Det viser, at et tæt fællesskab faktisk kan hindre de muligheder, der ellers ville opstå naturligt, når bakterien har frit spil.

En nær nabo – P. brenneri – ændrede sig derimod næsten ikke. Uanset om den var alene eller sammen med andre.

Det betyder, at bakterier reagerer forskelligt på naboskabet. Nogle er følsomme og ændrer sig meget, mens andre holder fast i deres strategi uanset hvem de bor sammen med. Disse forskelle kan også forekomme i din drikkedunk.

Bestemte naboer kan skabe en ny retning

I vores studier så vi også et andet mønster, hvor bakterier ikke fik færre udviklingsmuligheder, men i stedet blev styret mod én bestemt variant.

En af bakterierne, som hedder Bacillus thuringiensis, dannede gentagne gange den samme nye variant, som adskilte sig tydeligt fra udgangspunktet. Den voksede lidt hurtigere og brugte færre ressourcer på at gå i dvale.

Det, der gjorde varianten særlig interessant, var, at den bredte sig mere, når bakterien boede tæt sammen med bestemte andre arter i biofilmen.

Gen-analyser viste, at denne bakterievariant skiftede strategi. Den producerede mindre af det materiale, der normalt binder biofilmen sammen, og brugte i stedet energien på hurtigere vækst og udnyttede den biofilmstruktur, som andre bakterier allerede havde lavet.

Det viser, at naboskabet i biofilmen ikke kun kan bremse udviklingen, som vi så tidligere, men også fremme bestemte egenskaber, der ellers ikke havde haft samme fordel. Bakterien skiftede ikke strategi tilfældigt, men de lokale forhold gjorde én løsning mere succesfuld end andre.

Men hvad betyder det for biofilm uden for laboratoriet?

Sådan kommer du biofilm til livs i hverdagen

I hverdagen møder vi biofilm mange steder, og naboskabet i de mikroskopiske fællesskaber kan nogle gange være problematisk. Men det meste kan vi heldigvis komme til livs med god hygiejne.

Tandbørstning og brug af tandtråd virker, fordi det forstyrrer biofilmens struktur. Når du børster dine tænder, bryder du relationerne mellem bakterier. Med andre ord jævnes et lille samfund, før det bliver stærkt og volder besvær.

En fugtig, lukket drikkedunk er det perfekte sted for en biofilm at vokse. Derfor er det en god idé at tømme, skylle og tørre den helt mellem brug. Denne simple vane bryder strukturen, som bakterierne ellers ville forstærke dag for dag.

I afløb og på køkkenudstyr kan biofilm bestemme, hvilke bakterier der tager over, og i sidste ende føre til korrosion, altså nedbrydning af metallet.

Effektiv rengøring handler ikke kun om stærkere midler, men også om at forstyrre strukturen tidligt og ramme de steder, hvor biofilmen ‘låser sig fast’. Derfor er det en god idé at rense afløbet med jævne mellemrum og vaske køkkenudstyr af kort tid efter brug.

Biofilm i katetre og implantater, som bruges på kroppen, er en stor del af grunden til, at nogle infektioner er svære at behandle.

Forstår vi, hvordan bakterier påvirker hinanden i biofilm, kan vi designe materialer, overflader og metoder, der bryder relationerne mellem dem. På den måde kunne man mindske risikoen for infektioner og i nogle tilfælde undgå brug af antibiotika.

Ved at vise, hvordan naboskab styrer bakteriers udvikling, får vi et nyt udgangspunkt for at tænke hygiejne, materialer og behandlinger på. Lige fra hverdagens drikkedunke til fremtidens hospitalsudstyr.

Denne artikel er baseret på forfatternes to nye studier af mikrobielle fællesskaber i biofilm, publiceret i NPJ Biofilms and Microbiomes i 2025. Forfatterne erklærer ingen interessekonflikter. Dette arbejde blev finansieret af Villum Fonden (bevilling nr. 34434).