Godt nyt for truede dyr og økosystemer: Løsningen kan findes i det mikroskopiske univers

Kunne det ikke være fantastisk, hvis vi kunne sikre overlevelsen af truede dyr og økosystemer? Hvis de snart uddøde koraller kunne forblive med deres flotte farver og enestående evne til at huse tusindvis af fisk?

Eller tænk, hvis vi kunne redde hele bestande af frøer fra at uddø på grund af smitsomme sygdomme?

Det kan lyde som en urealistisk drøm, men det bliver måske en mulighed i fremtiden ved hjælp af en ny tilgang, som allerede har været en succes flere steder.

Alle levende dyr og planter er befolket af samfund af forskellige mikroorganismer, et mikrobiom, og disse mikrobiomer har fundamental betydning for de større organismers helbred og tilstand.

Derfor er der et nyt forskningsfelt under opsejling: Kan vi styre (på engelsk ’engineer’) de forskellige arters mikrobiom og dermed reetablere deres helbred og eksistens?

Vi forsker i naturens og andre dyrs mikrobiomer i forsøget på at finde løsninger på nogle af verdens største udfordringer, og i resten af denne artikel vil vi fortælle, hvordan kontrolleret styring, eller mikrobiom engineering, af mikrobiomer kan være redningen for mange af de arter, vi er i fuld gang med at udrydde.

Vi fortæller også om de dilemmaer, det i sagens natur rummer.

Det uundværlige mikrobiom

Hvad er et mikrobiom? Et mikrobiom er alle de mikroorganismer, blandt andet bakterier, der lever i eller på et bestemt dyr eller i et afgrænset område.

Således deler vi mennesker vores krop med flere milliarder mikroorganismer. Vi er begyndt at forstå, at vi i disse mikrober har et ‘sekundært’ genom, der er 100 gange større end vores eget, bestående af gener fra mikroorganismer.

Mikrobe-generne koder for mange for os uundværlige funktioner, for eksempel nedbrydning af forskellige madvarer, vi ikke selv kan fordøje.

Det samme gør sig gældende for alle andre levende organismer, for lige præcis tilstedeværelsen af bakterier og sammensætningen af dem har stor betydning for fordøjelse af mad, bekæmpelse af sygdomsfremkaldende bakterier og udviklingen af immunitet.

Mikrobiom engineering er en hverdagshandling

Måske ringer dine alarmklokker, når du hører ordet ‘styring’ eller ‘engineering’ – for er ideen lige så farlig, som den er tillokkende? Ikke nødvendigvis.

Faktisk påvirker og styrer vi hele tiden vores mikrobiom gennem den mad, vi spiser.

Når du spiser din morgen-yoghurt, dit kosttilskud eller tager antibiotika for at behandle en infektion, ja, så er du i gang med at påvirke og ændre dit mikrobiom ved enten at tilføre flere gavnlige bakterier eller fjerne nogle andre.

Men hvad betyder det for dig, at du styrer dit mikrobiom? Mere, end de fleste nok tror.

Blandt andet ved vi i dag, at det at overføre tarmbakterier fra raske individer til nogen med bestemte tarmsygdomme, en såkaldt fækal transplantation, kan være helbredende; også når alle antibiotikakure er slået fejl.

Forskere har ligeledes observeret, at hvis man tager tarm-mikrobiomet fra en slank mus og giver til en overvægtig mus, vil den overvægtige mus tabe sig – og omvendt.

Vi kan simpelthen ændre bakteriesammensætningen i vores tarme på en sådan måde, at vi kan ændre vores fordøjelse, som så ændrer vores kropsbygning.

Der er også undersøgelser, der tyder på, at tarm-mikrobiomet kan påvirke vores mentale velbefindende.

Vores tarm-mikrobiom har altså stor betydning for, hvordan vi har det, både fysisk og mentalt og jo støre mikrobiel diversitet (forskellighed), vi har, jo bedre.

Omvendt vil et alt for ensartet tarmmikrobiom, for eksempel efter antibiotikabehandling, være en risikofaktor for forskellige sygdomme.

Der forskes derfor i, hvordan vi kan gøre vores tarm-mikrober mere forskellige, for eksempel gennem det vi spiser.

En underlig papegøje med et lige så underligt mikrobiom

Også hos andre dyr er vi begyndt at studere mikrobiomer, specielt i tarmen, for at forstå, hvilken betydning de kan have for sundhed, sygdom, og ja, endda overlevelse.

Specielt i takt med, at klimaforandringer og andre menneskeskabte problemer, der truer verdens natur, dyr og planter, bliver en større trussel, håber man, at vi kan hjælpe deres overlevelse ved at forstå mikroorganismernes rolle og dernæst styre mikrobiomet i en gavnlig retning.

Et eksempel på et aparte tarm-mikrobiom finder vi hos verdens tungeste og eneste ikke flyvedygtige papegøje, kākāpō (Strigops habroptilus), også kaldet uglepapegøjer på grund af deres uglelignende ansigt.

Ikke nok med, den ikke kan flyve. Den er også uhyre kræsen. Du har måske hørt, at pandaen blandt andet er truet, fordi den stort set kun spiser bambus. Kākāpō-papegøjerne slår den med længder i kræsenhed.

Kakapoerne er nemlig ekstravagante, når det kommer til romantik, og parrer sig kun, når rimu-træerne kaster en overdådig frugtfest af sig, kendt som ’rimu mast’-år, hvilket kun sker hvert andet til fjerde år.

I 2019 afslørede DNA-sekventering af mikrobiomet fra kākāpō-papegøjerne, at de er lige så bizarre indeni, som de er udenpå, da 99 procent af deres tarm-mikrobiom ofte kun består af bakterier fra Escherichia-Shigella-gruppen.

Hvis sammensætningen af bakterier i vores tarm var så ensidig, ville det være dybt bekymrende, fordi der ville være mange næringsstoffer, eksempelvis vitaminer, vi ikke ville få.

Kan kākāpō-kyllinger ændre mikrobiom gennem babypapegøjemad?

Der kan være flere årsager til, at kākāpōen har et så ensidigt mikrobiom, men forskere mener blandt andet, at klimaforandringer og ødelæggelser af levesteder kan være årsagen, da det har påvirket papegøjernes naturlige føde.

Der er derfor nu en række undersøgelser i gang, der skal afklare, om nogle af papegøjernes adfærdsmønstre har betydning for mikrobiomets sammensætning – og ikke mindst, om man kan ændre det gennem føde.

I 2022 prøvede forskere at fodre kākāpō-kyllinger med en bestemt babypapegøjemad, hvilket førte til, at en anden bakterie overtog deres mikrobiom. Vi véd endnu ikke, om dette på længere sigt forbedrer papegøjernes overlevelsesmuligheder.

Men ved at kende deres mikrobiom, og de faktorer, der påvirker det, kan vi forbedre papegøjernes helbred og dermed sikre deres overlevelse.

Og det er der brug for, da der kun findes omkring 250 individer på 5 afskærmede newzealandske øer.

En mikrobiel hudplejebehandling til truede padder

Det står sløjt til i dyreriget, når det kommer til at overleve i den moderne verden. Men hos padderne, eller amfibier (en betegnelse der dækker over blandt andet frøer og salamandere), står det ekstra sløjt til.

Over de sidste 50 år er flere paddebestande faldet med op til 90 procent, og mindst 91 arter menes at være uddøde.

Det skyldes en af dyrerigets mest dødbringende sygdomme, kaldet ’chrytridiomycosis’, som er en infektion i paddernes hud forårsaget af blandt andet svampen Batrachochytrium salamandrivorans (cythrid-svamp).

Svampeinfektionen påvirker paddernes hud, så de ikke kan regulere deres vand- og elektrolytniveau, hvilket resulterer i, at padderne dør. Eller, det tror vi i hvert fald er tilfældet, fordi ikke alle padder er lige påvirkede af infektionen.

Det kan skyldes, at der er forskel i paddernes hudmikrobiom. For det viser sig, at nogle bakteriearter i visse padders hud kan udskille molekyler med svampebekæmpende egenskaber, der forhindrer væksten af cythrid-svampe.

Derudover kan ændringer i sammensætningen af paddernes mikrobiom tippe balancen til fordel for cythrid-svampene.

Forskere har derfor undersøgt, om de kan tilføre de svampebekæmpende bakteriearter på paddernes skind for at beskytte dem mod chytridiomycosis. Og det ser ud til, at de kan.

Hidtil er denne mikrobiom engineering primært blevet udført under laboratorieforhold og kontrollerede markforsøg. Derfor skal det testes i naturen, før man med sikkerhed kan sige, at det vil virke.

Havets ’regnskove’ har brug for hjælp

Mikrobiom-engineering har også potentiale i er et af de mest truede økosystemer i verden, nemlig koralrev.

Koralrev dækker kun lige under én procent af Jordens havbund, men alligevel lever næsten en fjerdedel af alle fiskearter her. Derfor bliver koralrev ofte omtalt som ’havets regnskove’, da de er et biodiversitets-hotspot.

Koraller er truede af klimaforandringer, hvor stigende havtemperaturer presser dem til at udstøde deres symbiotiske partner, en fotosyntetiserende farvestrålende alge.

Det resulterer i ‘blegning’ af korallen og ofte efterfølgende død.

De lange udsigter til at klimaforandringerne bliver bremset, har fået forskere verden over til at kigge efter muligheder for at klimatilpasse korallerne til varmere temperaturer. Og det har vist sig måske at være muligt ved at styre deres mikrobiom.

En cocktail af bakterier kan blive korallernes favoritdrink i fremtiden

Forskere har i laboratorieforsøg fundet, at hvis man tilsætter en bakteriecocktail – altså en blanding af flere forskellige bakterier med fordelagtige egenskaber, et såkaldt probiotisk konsortium – så havde korallerne markant lettere ved at komme sig efter en periode med højere vandtemperatur end koraller, der ikke havde fået tilsat denne cocktail.

Ja, faktisk kunne forskerne se, at denne bakteriecocktail øgede overlevelsen af koraller fra 60 procent til 100 procent.

Forskerne mener, at det optimerede mikrobiom hjalp korallerne med at komme sig hurtigere, fordi de hjalp med at genoprette de fysiologiske og metaboliske funktioner, som korallen er afhængig af, hurtigere.

Resultaterne har været så gode, at de er i gang med at teste det i koralrev. På trods af de gode nyheder, forudser forskere allerede nu udfordringer ved metoden:

Bakterie-cocktailen giver på nuværende tidspunkt ikke permanente forbedringer, men ligesom enhver anden drink, du indtager, bliver effekten udvasket over tid, i dette tilfælde de gavnlige bakterier.

Derfor foreslår de på nuværende tidspunkt, at bakterie-cocktailen gives lige før en forestående varmebølge med risiko for ’blegning’, eller at man skal arbejde på at udvikle systemer, der kan administrere tilføjelsen automatisk.

Med stor magt kommer et stort ansvar

Mikrobiom engineering kan være et af de værktøjer, vi kan bruge til at genoprette dyrebestande eller måske beskytte hele økosystemer.

Men det er også et forskningsfelt, som står over for udfordringer.

Selvom mennesker tidligere har haft en vis succes med at kontrollere naturen, er der også utallige eksempler på, at vores indblanding har været ødelæggende (tænk blot på kaninens indførsel i Australien eller udsætningen af Nilaborrer i Victoriasøen), hvilket kan spænde ben for det nye forskningsfelt.

Derfor er det vigtigt, at vi som samfund tager stilling til, hvad denne forskning kan bidrage med, og at vi er omhyggelige med at vurdere, hvilke risici der er, og hvad de langsigtede effekter kan være.

En ting kan vi dog være sikre på:

Hvis vi helt ignorerer den indflydelse, som de små mikroorganismer har, vil det få meget store konsekvenser for os alle.

Begge forfattere er tilknyttet grundforskningscenteret Center for Microbial Secondary Metabolites (CeMiSt), som er støttet af Danmarks Grundforskningsfond.