To myter om bakterier, som du skal pakke væk

Når de fleste af os møder mikroorganismer i biologitimen, lærer vi, at bakterier er de mest enkle, endda de mest kedelige, af alle livsformer.

Vi lærer, at bakterier er små, enkeltcellede organismer uden de komplekse strukturer, som gør dyr og planter mere iøjnefaldende.

Flere årtiers mikrobiologiforskning, inklusiv af mig og mine kollegaer på Aarhus Universitet, har vist, at disse to ’definerende karakteristika’ af bakterier (små og enkeltcellede) langt fra er universelle.

Og i et helt nyt studie er vi kommet ét skridt nærmere på at forklare mysteriet om, hvordan de store celler, vi finder i visse bakterier, overhovedet kan overleve.

Lige så forskellige roller som vores tarm og lunger

Lad os begynde med den påstand, at bakterier er enkeltcellede organismer. For 11 år siden blev en ny flercellet bakterie opdaget af mine kollegaer på Aarhus Universitet.

Disse bakterier blev døbt kabelbakterier på grund af deres evne til at lede elektroner over centimeterlange afstande i mudderet på bunden af søer, vandløb, og havet – ligesom et kabel leder strøm.

Kabelbakterier er trådformede bakterier op til flere centimeter lange. Det er et par titusinder gange længere end de mindste celler, vi kender.

Hver celle i tråden er kun cirka 3 mikrometer i længde (mikrometer = 1/1.000.000 meter), og en enkelt kabelbakterie består dermed af en kæde af flere tusinde, individuelle celler.

Men alene at have flere celler betyder ikke at være flercellet – der er ikke så stor forskel imellem en masse usammenhængende, identiske bakterielle-celler og en kæde af identiske celler.

Der skal mere til: At være flercellet betyder, at forskellige celler udfører forskellige funktioner – og det er faktisk præcist det, der foregår i kabelbakterier.

Deres celler i det dybe mudderlag står for at ’spise’ (oxidere) svovlbrinte, mens celler i mudderets overflade står for at ’trække vejret’ (respirere ilt).

På den måde spiller deres celler lige så forskellige roller som vores tarm og lunger.

Nej, alle bakterier er ikke enkeltcellede

Kabelbakterier var tilmed på ingen måde de første flercellede bakterier til at blive opdaget.

Vi skal helt tilbage til det 19. århundrede, hvor de første observationer af trådformede cyanobakterier (blågrønne alger) viste, at nogle celler i kæden var mere rundformede med en tykkere cellevæg.

Det blev senere opdaget, at disse celler, såkaldte ’heterocyster’, fikserer kvælstof fra atmosfæren og forsyner de øvrige celler i kæden med aminosyrer.

Kvælstofsfikseringen bliver hæmmet af ilt, som de øvrige celler producerer, og skal derfor foregå i særskilte celler, hvor iltproduktionen er slukket.

Vi ser altså en klar arbejdsfordeling og forskellige celleroller i flere bakterier.

Trådformede cyanobakterier, kabelbakterier, og andre flercellede organismer gør det dermed umuligt at bruge enkeltcellethed som en definerende egenskab for bakterier.

Tættere på at løse et cellemysterium

Bakteriernes andet definerende karakteristikum, som burde aflives, er, at deres celler er små – man plejede at sige en diameter på cirka en mikrometer.

Det er langt mindre end eksempelvis cellerne i menneskekroppen, som er mellem 5 og 20 mikrometer, eller bestemte enkeltcellede alger, som kan vokse op til flere millimeter i størrelse.

Man har altid troet, at cellerne fra dyr, planter, og andre organismer med cellekerner (eukaryote celler) kunne blive langt større på grund af deres ’cytoskeletter’; cellens indre struktur og ’vejnet’.

Kort forklaret består det af tråde af proteiner – blandt andet aktin og tubulin – som både bidrager til cellernes struktur og til at transportere stoffer rundt i cellen over afstande, som er uoverkommelige med passiv spredning alene.

Men det viser sig, at bakteriernes celler kan blive langt større end en mikrometer – rekordholderen er slægten Thiomargarita med celler op til 750 mikrometer i diameter og en længde på over 9.000 mikrometer.

Hvordan disse store celler kan overleve uden et cytoskelet har hidtil været et mysterium – men vi er lige kommet lidt tættere på en opklaring igennem mine kollegaers og mit arbejde på Aarhus Universitet og Universitet Antwerpen i Belgien.

For at nå hertil har vi taget en genvej igennem vores yndlingsforskingsgenstand: kabelbakterier.

Nyopdaget protein kan være forklaringen

De fleste kabelbakterier er ligesom mange andre bakterier cirka en mikrometer i diameter. Men engang imellem fik vi øje på en kabelbakterie, som var mange gange tykkere end de andre – helt op til 8 mikrometer.

Ved at sekvensere genomer fra disse tykke kabelbakterier har vi opdaget, at de faktisk udgør en helt anden art, som vi har navngivet Candidatus Electrothrix gigas, hvilket betyder ’gigantisk elektrisk hår’.

De gigantiske kabelbakterier bærer et gen, som de mindre kabelbakterier ikke gør – et gen for et protein, som minder meget om aktin, som vi som nævnt kender fra dyre- og plantercellers cytoskeletter.

Der er andre aktinlignende proteiner i kabelbakterier, men dette var en helt ny slags.

Det mest spændende var, når vi begyndte at lede efter den nye type aktin i genomer fra andre bakterier: Vi fandt genet nærmest udelukkende i genomer fra store bakterier, inklusiv Thiomargarita.

Vores hypotese er, at dette nyopdagede protein danner en slags cytoskelet, som støtter store celler ligesom i eukaryoter (dyre- og planteceller). Vi har derfor navngivet proteinet ’big bacteria protein’ (Bbp).

Vi håber snart at kunne følge op på denne opdagelse med mere forskning, som vil kunne opklare big bacteria proteins præcise rolle i de store kabelbakterier og andre store bakterier.

I mellemtiden håber vi, at vores grundforskning kan bidrage til en afmontering af den myte, at bakterier altid er små, enkeltcellede, og ja måske lidt kedelige.

Bakterier kan have store celler, og de danner store strukturer, hvor celler kan have forskellige roller. Og det er bare spændende.

Ian Marschalls forskning i (kabel)bakterier finder sted på Aarhus Universitets grundforskningscenter, Center of Elektromicrobiology, som er støttet af Danmarks Grundforskningsfond.