Det er riktignok kanskje mer snakk om å påvirke den allerede pågående «samtalen» mellom bakteriene. I sin streben etter å oppnå det vedvarende målet, nemlig å overleve, deltar bakteriene i en kompleks form for kommunikasjon med hverandre. Det kan i sin tur lede til sykdom – ofte også alvorlig sykdom.
Antibiotikaresistens resultat av bakteriekommunikasjonen
– Hvis vi klarer å komme til bunns i hvordan bakteriene snakker sammen, og hva de oppnår ved å kommunisere som de gjør, så gir det oss gode utgangspunkt for å kunne utvikle metoder som hindrer smittsomme sykdommer, som for eksempel lungebetennelse, eller spredning av antibiotikaresistens, forteller Roger Junges, stipendiat ved Det odontologiske fakultet, Universitetet i Oslo. I sitt doktorgradsprosjekt har han påvist hittil ukjente faktorer i hvordan tre forskjellige arter av streptokokk-bakterier, som særlig befinner seg i munnhulen og de øvre luftveiene, samhandler.
Måten bakteriene kommuniserer på, tar ofte form gjennom at de former seg til en biofilm, også kjent som «plakk», eller at de utveksler gener. Sistnevnte spiller nettopp en rolle i hvordan antibiotikaresistens har utviklet seg til å bli en alvorlig trussel for folkehelsa: Bakteriene tar opp i seg gener fra andre bakterier, og når disse genene er resistente mot antibiotika, vil det føre til at den livreddende medisinen slutter å bite på bakterien som tar imot genet.
Lærer seg bakterienes «språk»
Det er først i nyere tid forskningen har påvist at bakterier er mikroorganismer som «snakker sammen» for å koordinere denne formen for kollektiv oppførsel og samarbeid, i motsetning til tidligere antagelser om at de er separate celler som virker helt individuelt. Det er denne kunnskapen Junges nå bidrar til utviklingen av, med sin forskning.
Noen av streptokokkene er ufarlige, mens andre kan føre til ulike former for sykdom. Én av oppdagelsene i Junges' arbeider har vært å finne ut hvordan bakterieartene Streptococcus mutans, Streptococcus pneumoniae og Streptococcus mitis regulerer sine framgangsmåter for å ta opp DNA fra omgivelsene. Ved å redigere streptokokkens DNA har Junges og hans kolleger også kunnet identifisere et selvforsterkende kretsløp i hvordan S. mutans bestemmer frekvensen av sitt eget genopptak.
– Det vi har funnet, setter oss bedre i stand til å kunne gripe inn i bakterienes kommunikasjonssystemer og dermed påvirke dem til å oppføre seg annerledes. S. mutans er for eksempel en bakterieart som er svært vesentlig i utviklingen av karies, eller hull i tennene. Potensielt kan funnene våre dermed videreutvikles til å motvirke denne sykdommen, forklarer Junges, som selv er tannlege.
I sine studier har han brukt en rekke forskjellige teknikker, som såkalt RNA- og DNA-sekvensering, analyser av biofilm og dyremodeller. Han viser også til en helt egen, ny metode for hurtig å kunne redigere genomet til streptokokker. – Det betyr at vi kan ta bort gener, legge til DNA-sekvenser og gjøre omtrent hvilke som helst endringer til de genetiske kodene som vi ønsker, noe som er svært fascinerende i seg selv, forklarer han.
Dødelige sykdommer
En av de største oppdagelser i doktorgradsprosjektet hans er likevel det som i framtida kan bidra til å redusere dødelige sykdommer forårsaket av bakteriearten S. pneumoniae.
Denne arten, som er nært beslektet med S. mitis, er den viktigste årsaken til lungebetennelse, men kan også lede til andre alvorlige infeksjoner, som hjernehinnebetennelse og blodforgiftning. Det er anslått at over én million mennesker dør av konsekvenser fra denne bakteriegruppa hvert eneste år, de fleste av ofrene er barn under fem.
Junges og hans kolleger har lykkes i å identifisere et nytt kommunikasjonssystem som denne bakteriearten bruker for å innkapsle seg som beskyttelse. Gjennom kommunikasjon seg i mellom, produserer bakteriene kapsler som de omgir seg med som en form for pansring, igjen i sitt arbeid for å overleve.
If you can’t beat them, join them
Også her tror forskerne at ved å kjenne til strategien bakterien bruker for å beskytte seg, vil de etter hvert kunne påvirke beskyttelsesstrategien i motsatt retning, og forhåpentligvis utmanøvrere bakterien på sikt. I stedet for å finne strategier for å trenge gjennom panseret, bruker de den mer «diplomatiske» innfallsvinkelen i å prøve å påvirke gjennom kommunikasjon.
Det er fortsatt et stykke igjen til forskerne kan gå inn i den pågående bakteriekommunikasjonen og kontrollere den slik at smitte av resistente bakterier og de sykdommer kan stanse. – Vi har likevel kommet et godt steg videre, mener Junges. – Og det gjør det enda mer motiverende å fortsette å forske på dette, understreker stipendiaten, som har publisert fem vitenskapelige artikler på feltet gjennom sitt doktorgradsløp.
I løpet av sine år som doktorgradsstipendiat har Junges også hentet hjem flere internasjonale priser fra International Association for Dental Research (IADR) for sin forskning: NOF Hatton Award i 2014, Lion Dental Research Award i 2016, og nylig kom han tilbake fra IADR i San Francisco med Colgate Research in Prevention Travel Awards.
Junges har blitt veiledet av professorene Fernanda Petersen og Donald A. Morrison fra University of Illinois i Chicago. Han disputerte ved Institutt for oral biologi fredag 23. juni.
Referanser
Donald A. Morrison, Rabia Khan, Roger Junges, Heidi A. Åmdal, Fernanda C. Petersen. Genome editing by natural genetic transformation in Streptococcus mutans. J Microbiol Methods 2015; 119:134-41.
Gabriela Salvadori, Roger Junges, Donald A. Morrison, Fernanda C. Petersen. Overcoming the barrier of low efficiency during natural transformation of Streptococcus mitis. Frontiers in Microbiology 2016; 01009 (7).
Rabia Khan, Roger Junges, Heidi A. Åmdal, Tsute Chen, Donald A. Morrison, Fernanda C. Petersen. A positive feedback loop mediated by Sigma X enhances expression of the streptococcal ComR regulator and its cognate pheromone. Scientific Reports. Accepted for publication.
Roger Junges, Gabriela Salvadori, Sudhanshu Shekhar, Heidi A. Åmdal, Jimstan N. Periselneris, Tsute Chen, Jeremy S. Brown, Fernanda C. Petersen. Virulence and fitness attenuation by the Rgg/SHP cell-to-cell signaling system in Streptococcus pneumoniae. Submitted 2017.
Roger Junges, Rabia Khan, Yanina Tovpeko, Heidi A. Åmdal, Fernanda C. Petersen FC, Donald A. Morrison. Markerless genome editing in competent streptococci. Methods Mol Biol. 2017; 1537:233-247.
