Bakterier bruger kommunikation til at aktivere deres immunsystem

Når en bakterie bliver angrebet af en fag, skyder fagen sit DNA ind i bakterien. Her venter CRISPR-Cas, der som en saks klipper det fremmede DNA i stykker og herved forhindrer fagen i at multiplicere sig og dræbe bakterien. Herefter inkorporerer CRISPR-Cas en bid af fagens DNA i bakteriens eget DNA og vaccinerer sig selv mod fagen. Denne arvelige vaccination tillader bakterien, og dens afkom, at genkende og bekæmpe den samme type fag, når den bliver inficeret igen.

Ligesom med vores eget immunsystem, kan CRISPR-Cas immunsystemet også føre til autoimmunitet. Dette er katastrofalt for bakterier. Deres DNA bliver simpelthen klippet i stykker, og så dør de. Derfor ville det være smart, hvis bakterier kunne forudsige, hvornår de var i risiko for fag-angreb, så de kun tænder for deres CRISPR-Cas system, når det er strengt nødvendigt. Men hvordan kan en mikroskopisk bakterie vide, om den er ved at blive angrebet af fager?

Ligesom vi nemt smittes med forkølelsesvirus, når mange mennesker samles indendørs om vinteren, så smitter bakterier også oftere hinanden med fager, når bakterierne vokser tæt sammen. Bakterier har udviklet et sindrigt system, der bl.a. kan afsløre, hvornår de er mange samlet – og dermed i risiko for infektion. De ’tæller’ hinanden ved hjælp af et kemisk kommunikationssystem, der kaldes ’quorum sensing’. Jo flere bakterier, jo ”højere” taler bakterierne.

En international forskergruppe med tilknytning til Biologisk Institut, Københavns Universitet har netop offentliggjort i det velansete tidsskrift PNAS (se link til artiklen i højrespalten), at den sygdomsfremkaldende bakterie Pseudomonas aeruginosa bruger quorum sensing kommunikationssignalerne til at tænde for CRISPR-Cas immunsystemet. Dette gør bakterierne kun, når de gror tæt sammen og risikoen for virus infektion er højest. Undersøgelserne viser også, at en ”stum” Pseudomonas aeruginosa bakterie ikke kan tænde ordentligt for sit immunsystem, med mindre den gives kunstige signalstoffer. I så fald aktiverer den straks CRISPR-Cas-systemet.

Postdoc Nina Molin Høyland-Kroghsbo fra Biologisk Institut, og som i øjeblikket arbejder på Princeton University i USA, siger ’Det banebrydende i denne forskning er, at kommunikations-hæmmende stoffer kan bruges til at blokere CRISPR-Cas systemet, hvilket gør bakterierne særligt sårbare overfor fag-angreb. Dette kan potentielt føre til udviklingen af en ny kombinationsterapi mod multiresistente sygdomsfremkaldende bakterier.’

Ved at kombinere kommunikations-hæmmende stoffer, som gør bakterierne sårbare over for fager, med fag-terapi, hvor man benytter fager terapeutisk til at dræbe bakterier, kan man forhåbentlig dræbe sygdomsfremkaldende bakterier mere effektivt og specifikt end i dag. Det smarte er, at ved at blokere CRISPR-Cas immunsystemet, minimeres risikoen for at bakterierne vaccinerer sig selv mod fagen og udvikler resistens mod fag-terapien - hvilket ellers er en kendt udfordring med denne type behandling.

 

Emner