Forskere verden over har brugt 25 år på at identificere sølle 2 millioner ud af verdens estimerede 1 milliard bakteriearter.
De er dermed meget langt fra at have identificeret samtlige bakterier, men fremover kan det komme til at gå langt, langt hurtigere.
Danske forskere har nemlig udviklet en metode, som kan identificere bakterier flere tusinde gange hurtigere end de eksisterende metoder.
Derved kan de, i løbet af få uger, identificere det samme antal bakterier, som verdens forskere brugte 25 år på at finde.
Metoden kan ifølge forskerne selv revolutionere bakterieforskningen og give en meget bedre indsigt i den rolle, som blandt andet tarmbakterier, sygdomsfremkaldende-bakterier og jordbakterier spiller i verden.
»Med den her metode kan vi for første gang seriøst overveje at lave et komplet livets træ, hvor alle arter af bakterier og andre mikroorganismer indgår. Rigtig meget videnskab har udgangspunkt i databaser over bakterier, og med den her metode kan databaserne hurtigt udvides mange gange,« fortæller lektor Mads Albertsen fra Institut for Kemi og Biovidenskab ved Aalborg Universitet.
Det nye studie er for nylig offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Nature Biotechnology.
Databaser kan skubbe forskningen fremad
Vi vender tilbage til metoden lige om lidt, men først lidt om perspektiverne.
Ifølge Mads Albertsen kommer den nye viden til at blive relevant inden for mange forskellige forskningsområder.
Bakterier findes i vores fødevarer, de gør os syge, de holder os raske og de laver biobrændsel, medicin og drivhusgasser for bare at nævne nogle af de områder, hvor mikroorganismerne spiller essentielle roller.
Hvis man vil forstå de roller, som bakterierne spiller, er man nødt til at kende dem, og det kan man kun gøre ved først at identificere dem og samle viden om dem i store databaser.
»Det kan være, at nogle forskere i Danmark finder ud af noget om en bakterie i tarmene, og når de så kigger i databasen, kan de se, at nogle forskere på den anden side af kloden har fundet ud af, at bakterien også kan noget helt andet i en jordprøve. På den måde kan de databaser, som denne metode kan være med til at lave, sætte fart under forskningen ved at samle forskningsresultater,« siger Mads Albertsen.
Vil finde ud af, hvordan bakterier blev til mennesker
Personligt ser Mads Albertsen gerne, at metoden bliver brugt til at få kortlagt så mange bakterier, at man kan stykke livets træ sammen og begynde at kortlægge slægtskabet mellem ikke bare bakterier, men også mellem bakterier, planter og dyr.
Metoden kan på den måde blive brugt til at skabe en dybere forståelse af, hvordan livet på Jorden har udviklet sig.
»Vi har allerede brugt metoden til at identificere nogle ’blinde’ områder i livets træ, hvor vi har opdaget en utrolig diversitet af liv, som man ikke kendte til i forvejen. Disse områder kan være grobund for yderligere forskning i, hvordan encellet liv blev til flercellet liv,« fortæller Mads Albertsen.
\ Læs mere
Sådan gjorde forskerne
Og nu til metoden og hvorfor den er så smart.
Når forskere skal identificere bakterier, kortlægger de generne 16S rRNA og 18S rRNA, der agerer som en slags bakterielt fingeraftryk, hvor hver bakterieart har forskellige versioner af de 1.600 basepar (DNA’et byggesten) lange gener.
Til at analysere disse to gener har forskere i mange år benyttet sig af en såkaldt sanger-sekventeringsmaskine, der ved hjælp af kemiske forbindelser kan kortlægge 16S rRNA- og 18S rRNA-gensekvensenerne og dermed bestemme, hvilke bakterier, der findes i en prøve - eksempelvis en afføringsprøve eller en jordprøve.
Der findes dog også en anden maskine, som kan analysere 16S rRNA og 18S rRNA tusinde gange hurtigere end sangermaskinen, men problemet med den såkaldte illumina-maskine er, at den kun kan analysere gensekvenser, der er op til et par hundrede basepar lange.
Derfor har forskere indtil nu ikke kunne benytte maskinen til 16S rRNA og 18S rRNA, da generne er for lange.
Illumina-maksinen benytter forskere eksempelvis, når de vil analysere menneskers genomer.
Her klipper de bare genomet i småbidder og stykker hele genomet sammen igen, når de har analyseret alle småstykkerne.
I prøver med mange bakterier er det dog umuligt, da man ikke ved, hvilke bidder, der hører til hvilke bakterier.
Gav bakterierne stregkoder
For at komme omkring dette problem har Mads Albertsens forskningsgruppe designet en metode, som sætter 15 små basepar lange gensekvenser på bakteriernes 16S rRNA- og 18S rRNA-gener.
Gensekvenserne er alle sammen forskellige og virker som en slags stregkoder, som forskerne kan bruge til at adskille de forskellige bakteriers 16S rRNA- og 18S rRNA-gener.
På den måde kan de klippe 16S rRNA- og 18S rRNA-generne op i små bidder af 200 til 300 basepar, som de kan analysere individuelt med illumina-maskinen og bagefter bruge stregkoderne til at finde ud af, hvilke bidder der hører sammen.
Fordelen ved illumina-maskinen er, at de kemiske reaktioner, som den benytter sig af til at identificere alle baserne i de enkelte gener, er mange gange hurtigere end i den mere traditionelle sanger-maskine.
I det nye studie har forskerne således brugt deres nye metode til at identificere samtlige kortlagte 16S rRNA- og 18S rRNA-gener, som det ellers har taget den samlede forskningsverden 25 år at finde frem til.
Metode kan finde ukendte bakterier
Den nye metode kan især blive relevant for forskere, der studerer bakterier i eksempelvis vand, jord og sediment.
Det vurderer Nikolaj Sørensen, der er ph.d. og Director of Scientific Operations ved Clinical Microbiomics.
Specielt hæfter Nikolaj Sørensen sig ved, at metoden gør det muligt at finde bakterier, som man ikke har kunnet finde før.
»Med de nuværende metoder til at identificere bakterier er man nødt til at vide, hvad man leder efter, og så kan det nogle gange være svært at finde noget nyt. Den hæmsko har denne nye metode ikke, og det er der, at metoden er rigtig sej. Med metoden kan man screene prøver og finde en hel masse nye bakterier,« siger Nikolaj Sørensen, der ikke har noget med det nye studie at gøre.
\ Læs mere
Kan identificere flere mikroorganismer end bare bakterier
Nikolaj Sørensen forsker selv i bakterier i vores tarme, og ved ikke, om Clinical Microbiomics kommer til at benytte sig af den nye metode, men han er sikker på, at en hel masse andre forskere gør.
Den forskning har han i sinde at drage fordel af.
»Selvom vi ikke nødvendigvis selv kommer til at benytte os af metoden, kommer vi helt sikkert til at benytte de databaser, som denne metode kommer til at generere,« siger Nikolaj Sørensen.
Forskeren fortæller desuden, at det ikke kun er i bakterieforskningen, at den nye metode kommer til at sætte et aftryk.
Det gælder også i de mere eksotiske grene af livets træ.
»Når man kigger på mikroorganismer, ved vi meget om bakterier, men meget lidt om både de encellede eukaryoter og arkæer (to typer mikroorganismer, red.). Der findes en masse diversitet i de grupper, som vi slet ikke har styr på, og der kan metoden komme til at åbne op for en hel masse ny viden,« siger Nikolaj Sørensen.
Vil helgenomsekventere verdens bakterier
Mads Albertsen fortæller, at det næste skridt i hans forskning er at udvikle metoden, så forskere ikke kun kigger på små dele af bakteriernes genom, men i stedet på hele deres samlede arvemateriale.
I dag identificerer forskere bakterier ved at kigge på et kort stykke DNA på 1.600 af DNA’et mange millioner byggesten.
Det kan de bruge som et fingeraftryk til at identificere bakterierne, men det fortæller ikke noget om bakteriernes funktion, historie eller levevis.
»Min forsknings hovedfokus er at finde ud af, hvordan vi kan lave metoder, som ikke bare identificerer bakterierne, men sekventerer hele deres genom. Så kan vi også finde ud af, hvad bakterierne gør, når vi finder dem,« forklarer Mads Albertsen.
