Search Posts

bakterier-quorum-sensing


external image Nadinebakt.jpg

Hvad er "quorum sensing"?

Det mærkelige ord "quorum" betyder "et beslutningsdygtigt antal", og bruges i den amerikanske kongres, når så mange er mødt frem, at mødet er beslutningsdygtigt.

Hvor udbredt er fænomenet, at bakterier snakker sammen?

Udforskningen af "quorum sensing" har taget fart de sidste 10 år, og det har vist sig, at der findes store "sprog", som mange bakteriearter forstår, og små "dialekter", som kun en snæver kreds af bakterietyper forstår indbyrdes, så ven kan skelnes fra fjende i bakterieverdenen.

Hvordan kan man bruge viden om bakteriernes snakken?

Opgaven for forskerne er at gøre bakterierne døve for signalstoffet, som de bruger til quorum-sensing, så de aldrig starter et samlet angreb. Det der sker er, at bakterier som Pseudomonas på et tidspunkt kommer til et egnet sted, de kommer f.eks. ned i lungerne, og her begynder de at vokse. Ved hjælp af kemiske signalstoffer kan de tælle hinanden, og først når de er mange nok, dvs. når quorum nås, løfter de geværet og affyrer deres våben i form af virulensfaktorer som f.eks. elastase, der fremkalder betændelsen.

Hvordan blev quorum sensing opdaget?

Oprindelig blev systemet med en "auto-inducer" opdaget i 1960'erne af amerikanerne Hastings og Nealson i bakterien Vibrio fischeri. Denne bakterie lever i havet, og kan udsende lys, men gør det kun, når bakterietætheden har nået et kritisk antal. I 1983 opdagede amerikaneren Michael Silverman genet for denne auto-inducer og dens receptor.

Lever der bakterier i os?

Ja, der lever mange bakterier i os. Faktisk er der i os 10 gange flere bakterieceller end menneskeceller. Ud over infektionssygdomme, som antages at medføre 13 mill. dødsfald årligt verden over, lider mange af kroniske infektioner, f.eks. på grund af Pseudomonas.

Hvilke sygdomme er Pseudomonas-bakterier årsag til?

Pseudomonas er årsag til hospitalsinfektioner ved nedsat immunforsvar pga. brandsår, kræft, knoglemarvs­transplantation eller AIDS.

Hvordan registrerer bakterier at de er mange nok til et angreb?

Bakterier føler om de er mange nok (dvs. at "quorum" er nået), ved at hver bakterie udsender et signalstof til omgivelserne. Pseudomonas-bakterier udsender f.eks. homoserinlaktoner, andre bakterier bruger andre signalstoffer. Den enkelte bakterie kan både føle stoffet fra sig selv og fra naboerne. Når signalet bliver kraftigt nok er det tegn på, at der er mange bakterier tilstede. Dette igangsætter så en række angrebsprocesser hos alle bakterierne. De udfører nemlig alle samtidig den handling, som signalproteinet giver ordre om – det er igangsætning af en lang række enzymreaktioner inde i bakterien, som både angriber vævet og forsvarer bakterien:

Hvordan virker Pseudomonasbakterier i cystisk fibrose patienter?

Under indflydelse af quorum-sensing signalstoffer udsender Pseudomonas-bakterien proteinnedbrydende enzymer (elatase) i lungerne af cystisk fibrose-patienten.

Hvordan virker Pseudomonasbakterier i immunsystemet?

Bakteriernes signalmolekyler kan ud over quorum sensing-virkningen (dvs. at fortælle bakterierne at de er mange nok til et fællesangreb) også hæmme immunforsvaret:
….ved at fremkalde selvmord blandt makrofagceller og neutrofile celler,
….ved at hæmme værtens produktion af "immunsignalstof IL-12",
….ved at klippe modtagemolekyler af immuncellerne, så de bliver "døve" for bakterieinfektionen,
….ved at stimulere produktion af "immunsignalstof ­IL-8", som tiltrækker hvide blodlegemer af den type, hvor cellekernen er uregelmæssigt formet, Når sådanne hvide blodlegemer er blevet tiltrukket, udsender de ilt-radikaler, som burde dræbe bakterierne, men i stedet beskytter bakterierne sig ved at danne mutationer i et gen (mucA), som styrer slimdannelsen, hvorved bakterierne bliver i stand til at lave slim, i form af alginat. Bakterierne i slimen er godt beskyttet, da slimen holder immuncellerne på afstand. Bakteriens slimstof bærer desuden acetylgrupper, som stopper de forsvarende enzymer (immunforsvarets "komplementsystem"), og de beskytter bakterien mod immunsystemets antistoffer.

Hvad er cystisk fibrose?

Det er en ret almindelig arvelige sygdom, der giver problemer i kirtlerne: fordøjelsen fungerer ikke på grund af for få enzymer fra bugspytkirtlen; der er desuden et stort salttab via sved, og patienten har åndedrætsbesvær, som skyldes slim i lungerne. Pseudomonas aeruginosa er med til at danne slim, når den på et tidspunkt får en mutation, så den bliver slimproducerende og begynder at producere polysaccharidet alginat. Samtidig dannes "biofilm" i lungerne, dvs. en op til 100 mikrometer tyk, tæt belægning af bakterier i slim. I laboratoriet kan dette efterlignes ved at dyrke disse "mucoide" bakterier i glashulrum, "flowceller", med kontinuerligt næringsgennemløb, hvorved bakteriernes biofilm afsættes på glasvæggene.

Hvordan finder man bakterierne i lungerne?

Forskergruppen på DTU har ved hjælp af gensplejsning koblet Pseudomonasbakteriens quorum sensing til et grønt-fluorescerende protein, som stammer fra en vandmand: Derved kan bakterien ses lyse op i mikroskop. Grønt lys i fluorescens-mikroskopet betyder, at bakterierne kommunikerer med hinanden. Hvis "samtalen" afbrydes, slukkes lygten. En rødt-fluorescerende protein, som stammer fra en søanemone, bruges – indsat i en bakterie – til at lokalisere bakterierne. Dette rød/grønne signalsystem kan også bruges ved undersøgelser af bakterier i lunger på mus.

Kan man behandle kronisk bakterieinfektion i lungerne hos cystisk fibrose patienter?

Ja, en patient med cystisk fibrose, som har en kronisk Pseudomonas-infektion i lungerne, kan bl.a. behandles ved at bremse bakteriernes signalstoffer. Patienterne kommer på Rigshospitalet hver måned, og hvis de har en kronisk Pseudomonas aeruginosa lungeinfektion behandles de i hospitalet med antibiotika i to uger 4 gange årligt. Desuden skal de dagligt indånde dampe med colistin eller tobramycin og azithromycin og evt. ciprofloxacin. Azithromycin er et nyt behandlingsmiddel til cystisk fibrose patienter.

Hvordan virker azithromycin?

Azithromycin er et kendt middel, som hæmmer væksten af Gram-positive bakterier. Pseudomonas er derimod Gram-negativ, og dens vækst hæmmes ikke af stoffet. Men dette antibiotika hæmmer Pseudomonas-bakteriernes kommunikation – ved at hæmme quorum sensing. Stoffet hæmmer også et slimdannende enzym og det påvirker immunforsvaret. Ved en sygdom, som ligner cystisk fibrose, har man i mennesker set god virkning af stoffet: Japanske patienter med diffus panbronchiolitis behandles med azithromycin. I Danmark er man nu begyndt at bruge azithromycin til cystisk fibrose patienter. Det er en vigtig pointe, at stoffer, som ikke bremser bakteriernes vækst, men kun deres indbyrdes kommunikation, i det lange løb vil være bedre, fordi risikoen for at udvikle resistente bakterier er meget mindre.

Findes der naturlige stoffer, som hæmmer bakteriernes snak?

Ja, Michael Givskovs gruppe på DTU har været med til at udforske algen Delisea pulcha fra Australiens kyst, som aldrig er belagt med bakteriefilm. Det har vist sig, at den danner furanoner, som hæmmer bakteriernes kommunikation og biofilm-dannelse. Det var den første påvisning af naturlige hæmmere af quorum sensing. Der er nu fremstillet et syntetisk furanon, og forsøg med mus har vist, at det blokerer quorum-sensing signalmekanismen hos Pseudomonasbakterierne. Dette kan måske udvikles til en ny type antibiotika.
__

Interview med PhD-studerende Nadine Hoffmann, der studerer "quorum sensing":

Hvilken uddannelse har du taget?

Efter studentereksamen blev det i første omgang til en uddannelse som hortonom, en cand. hort. eksamen fra Landbohøjskolen i København. Jeg startede med at studere bakterier på planterødder, og det har siden ført til, at jeg nu studerer de bakterier, der findes i lungerne på mennesker med cystisk fibrose, hvor bakterierne kan blive livsfarlige, fordi patienternes immunsystem ikke kan angribe bakterierne på grund af deres slimproduktion og i stedet angriber lungevævet (en kronisk "immunkompleks-formidlet inflammation"). Jeg arbejder nu på Center for medicinsk mikrobiologi, Biocentrum, DTU, i bygning 301, men også på Panum og Rigshospitalet. Mit arbejde er et PhD-projekt under vejledning af Prof. Niels Høiby og læge Helle Krogh Johansen, begge fra afdelingen for klinisk mikrobiologi, Rigshospitalet. Min vejleder på DTU er lektor Michael Givskov. Jeg arbejder nu med "quorum­sensing". Det går ud på at manipulere med bakteriernes indbyrdes snakken sammen samt dannelsen af bakteriebelægninger på vægge i lungernes alveoler. Man forsøger at hæmme bakteriernes indbyrdes kommunikation – projektet går ud på at forvirre bakterierne, så de ikke samles til angreb – og derved forhindre den kroniske infektion i at etablere sig ved cystisk fibrose.

Hvad har din forskning foreløbig ført til?

Jeg har fundet den slimproducerende bakterie ved at screene forskellige bakterier fra cystisk fibrose patienter, som har en kronisk infektion. Det har man forsøgt før, men bakterierne mister evnen til at danne slim, når de har været dyrket et stykke tid i laboratoriet. Min bakterie beholder den slimproducerende egenskab og kan bruges til at studere kronisk infektion i dyre­modeller. Tidligere studeredes bakterierne ved at indlejre dem kunstigt i algeslim-kugler.

Hvilke fritidsinteresser fylder dit liv?

Jeg begyndte at synge, da jeg var seks år, hvor jeg startede på musikskole. Det blev jeg glad for, og da jeg var 11-12 år, begyndte jeg at spille klaver og synge jazz sammen med garvede jazzmusikere. I gymnasietiden spillede jeg big band og rock musik og jeg startede mit one-woman show, som siden har bragt mig rundt i landet til julefrokoster, fødselsdage, bryllupper og ferniseringer og meget andet. Fra jeg var 15 til 17 år arbejdede jeg på Statens Museum for Kunst, hvor jeg var i køkkenet. Når der var fernisering på museet, kunne jeg godt finde på at smide forklædet og sætte mig ved flyglet og spille og underholde sammen med nogle af kunstnerne. Nadine fortæller, at hun har udviklet en stil i retning af en kvindelig Elton John.

external image mellemrum.gifexternal image Nadinebakt2.jpg
Nadine's email er: nadinehof@hotmail.com
Se artiklen i BioNyt – Videnskabens Verden: Se artiklen om Nadine Hoffmanns forskning

Internetkilder:

**Links om "quorum sensing"**

**Links på dansk om "quorum sensing"**

Denne side er et supplement til BioNyt nr.127.
Du kan tegne abonnement på BioNyt: Videnskabens verden **her!** eller gå til BioNyt's Internetside **her!**

Tegn abonnement på

BioNyt Videnskabens Verden (www.bionyt.dk) er Danmarks ældste populærvidenskabelige tidsskrift for naturvidenskab. Det er det eneste blad af sin art i Danmark, som er helliget international forskning inden for livsvidenskaberne.

Bladet bringer aktuelle, spændende forskningsnyheder inden for biologi, medicin og andre naturvidenskabelige områder som f.eks. klimaændringer, nanoteknologi, partikelfysik, astronomi, seksualitet, biologiske våben, ecstasy, evolutionsbiologi, kloning, fedme, søvnforskning, muligheden for liv på mars, influenzaepidemier, livets opståen osv.

Artiklerne roses for at gøre vanskeligt stof forståeligt, uden at den videnskabelige holdbarhed tabes.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *


CAPTCHA Image