Bakteriers immunforsvar overlever rensning af spildevand

Bakterier lever i konstant kamp mod virus, også i miljøer skabt af mennesker. I et nyt studie har forskere kortlagt, hvordan bakteriers forsvarssystemer mod virus opfører sig i urbane spildevandssystemer – fra kloak og hospitalsspildevand til biologiske renseanlæg.

Ifølge professor Søren J. Sørensen fra Biologisk Institut på Københavns Universitet giver resultaterne ny indsigt i mikroorganismers tilpasning i menneskeskabte miljøer:

- Vi kan se, at bakteriers forsvar mod virus ikke forsvinder, når bakterierne udsættes for rensning. I stedet bliver vigtige forsvarsgener bevaret på mobile genetiske elementer, som kan cirkulere mellem forskellige bakterier, siger han.

Rensning reducerer bakterier – men ikke deres genetiske forsvar

Ved at analysere DNA fra spildevand indsamlet i Danmark, Spanien og Storbritannien har forskerne fulgt både bakterier, virus og deres genetiske forsvarsmekanismer gennem hele renseprocessen. Studiet giver for første gang et samlet overblik over, hvordan bakteriers immunforsvar fordeler sig og ændrer sig i spildevand.

Resultaterne viser, at både mængden og mangfoldigheden af bakteriers forsvarssystemer falder under den biologiske rensning af spildevand. Men denne reduktion hænger ikke direkte sammen med, hvor mange bakterier der er til stede, forklarer professor Søren J. Sørensen:

- Forklaringen findes i plasmider – små, mobile genetiske elementer, som bakterier kan udveksle med hinanden. Vi fandt, at bakteriers forsvarsgener er markant mere koncentreret på plasmider end i bakteriernes egne kromosomer, og at denne fordeling stort set er stabil gennem hele renseprocessen.

Mobile genetiske elementer fungerer som genetiske lagre

Særligt såkaldte konjugative plasmider, som aktivt kan overføres mellem bakterier, spiller en central rolle. Disse plasmider fungerer som genetiske lagre, hvor bakteriers forsvar mod virus kan bevares og spredes – selv når bakteriesammensætningen ændrer sig markant under spildevandsrensning.

Studiet viser også en tæt sammenhæng mellem mængden af virus og bakteriers forsvarssystemer, hvilket peger på en løbende evolutionær tilpasning mellem bakterier og deres virus i spildevandsmiljøet.

Perspektiver: betydning for antibiotikaresistens og fagterapi

Antibiotikaresistens er en voksende global sundhedsudfordring, og udviklingen er i høj grad drevet af mobile antibiotikaresistensgener, som kan sprede sig mellem bakterier via plasmider og andre mobile genetiske elementer.

I den sammenhæng har fagterapi – brugen af virus til at bekæmpe bakterier – fået fornyet opmærksomhed som et muligt alternativ eller supplement til antibiotika. Studiet bidrager med vigtig grundlæggende viden ved at vise, at gener, som giver bakterier modstandskraft mod virus, allerede er vidt udbredt i miljøet og i høj grad er knyttet til de samme mobile genetiske mekanismer.

- Fagterapi bliver ofte fremhævet som et lovende alternativ til antibiotika i kampen mod resistente bakterier. Men vores studie viser, at bakterier allerede i miljøet rummer et stort genetisk beredskab til at modstå virusangreb. Med andre ord starter vi ikke fra nul – bakterierne er allerede forberedt, siger Søren J. Sørensen.

Studiet understreger derfor behovet for, at fagterapi udvikles med stor omtanke og baseres på viden om bakteriers immunforsvar – og om den dynamik, der opstår, når resistensgener er koblet til mobile genetiske elementer i miljøet.

Resultaterne – som netop er blevet publiceret i det anerkendte tidskrift Microbiome – kan få betydning for udviklingen af fremtidige behandlinger mod antibiotikaresistente infektioner. Læs resultaterne her.