Virus, der smitter bakterier, kan have en livscyklus, som forskere hidtil ikke har kendt til. Opdagelsen tvinger forskere til at gentænke, hvordan bakterielle virus bruges — både i landbruget og i udviklingen af nye behandlinger til mennesker.
Forskere har længe kendt til, at bakteriofager — virus, der smitter bakterier — kan have forskellige måder at leve på i bakterier:
Nogle er krigeriske og slår bakterierne ihjel indefra, mens andre lever mere fredeligt i sameksistens med deres vært.
Nu viser et nyt studie, baseret på både eksperimentelle observationer og genetiske analyser, at denne todeling ikke er tilstrækkelig — bakteriofager kan også have en helt tredje form for livscyklus.
Opdagelsen er grundvidenskabelig, men ændrer den forståelsesramme, forskere arbejder ud fra — også når de forsøger at bruge bakteriofager i praksis.
“Over hele verden forskes der i, hvordan man kan udnytte bakteriofager til at kontrollere bakterier,” siger professor Lars Hestbjerg Hansen fra Institut for Plante- og Miljøvidenskab ved Københavns Universitet.
Det gælder både inden for landbruget, hvor forskere undersøger, om bakteriofager kan bruges til at bekæmpe bakterier, der angriber afgrøder som hvede, havre og byg, og inden for forskning i bakterier, der smitter mennesker.
“Med dette studie får vi en bedre forståelse af, hvordan bakteriofager kan leve — og det har betydning for, hvordan vi kan bruge dem industrielt eller medicinsk.”
Forskningen er offentliggjort i Nature Microbiology.
Bakteriofager passer ikke længere i to kasser
Overordnet kan bakteriofager leve på to grundlæggende måder.
Nogle bakteriofager er virulente, hvilket vil sige, at de smitter bakterier og får bakterierne til at producere flere bakteriofagdele, indtil bakterien er så sprængfyldt med nye bakteriofager, at den til sidst revner, og viruspartiklerne vælter ud — klar til at smitte nye bakterier.
Summa summarum: bakterierne dør.
Temperate bakteriofager kan omvendt leve i fredelig sameksistens med bakterien i en såkaldt lysogen infektionscyklus, hvor virussets arvemateriale bygges ind i bakteriens eget DNA, uden at der dannes nye viruspartikler, og bakterien overlever.
De temperate bakteriofager kan så finde på at hoppe ud af bakteriens arvemateriale igen, hvis bakterien bliver stresset.
Opdagelsen skete, mens Lars Hestbjerg Hansen og hans kolleger eksperimentelt undersøgte, hvordan bakteriofager manipulerer mikrobielle samfund i hvedeplanter som en del af ”Matrix”-projektet.
Bakteriofager spiller en central rolle i mikrobielle økosystemer ved at slå bestemte bakterier ihjel og lade andre overleve. Her stødte forskerne på noget uventet: bakteriofager, der hverken passede helt i den ene eller den anden kategori — men kombinerede træk fra begge.
“Målet er at bruge bakteriofager til biokontrol af for eksempel bakterier, der smitter kartofler, eller som terapier til mennesker. I vores forskningsarbejde fandt vi nogle meget store bakteriofager, som ikke lignede andre kendte bakteriofager, og som både opførte sig som virulente bakteriofager, men samtidig opførte sig ”usædvanligt”,” fortæller Lars Hestbjerg Hansen.
Hundredvis af nyopdagede bakteriofager
For at blive klogere på de nye bakteriofager gennemgik forskerne forskellige databaser for at finde ud af, hvilke virus de store bakteriofager ellers lignede.
Her fandt de, at bakteriofagerne faktisk lignede bakteriestumper fra bakterieisolater, og altså som sådan så ud til at være mere beslægtede med de temperate bakteriofager, selvom de altså var virulente.
De viste sig at kombinere træk fra begge de kendte livscyklusser — de kan dræbe nogle bakterier, men samtidig leve videre i andre.
For at teste, om fundet var en sjælden undtagelse eller et udbredt fænomen, gennemtrawlede forskerne uafhængige databaser med over 270.000 genomsekvenser fra colibakterier.
I undersøgelsen fandt forskerne hele 373 bakteriofagstammer, der smitter colibakterier og lever på denne hidtil ukendte måde — et omfang, der gør det svært at afvise som en kuriositet.
De fandt ydermere 285 bakteriofagstammer, der lever på denne måde, men smitter andre bakterier.
“Vores fund udfordrer den gængse forståelse af bakteriofagers livscyklus som en todeling, og vi kan også se, at der findes mange bakteriofager med denne form for livscyklus,” siger Lars Hestbjerg Hansen.
Lader den ene dattercelle overleve
Videre undersøgelser af bakteriofagens måde at inficere bakterier på gjorde forskerne klogere på denne indtil nu ukendte livscyklus.
Forskningen viste blandt andet, at de ikke på samme måde integrerer deres genom i bakteriernes genom, men mere lokaliserer sig i et bestemt område af bakteriecellen.
Når bakterierne deler sig, ender bakteriofagen i den ene side af bakteriecellen og følger derfor kun med den ene dattercelle — ikke den anden.
På den måde løser bakteriofagen sit eget problem: værtspopulationen bevares, og den kan blive i systemet uden at udrydde sin egen ressource — i tråd med det mønster, forskerne ser på tværs af bakterier.
“Det er typisk for virus, at de over tid udvikler metoder til at holde deres vært i live og aktive. Hvis en virus konsekvent slår sin vært ihjel, løber den hurtigt tør for nye bakterier — og dør selv. Derfor er det en bedre strategi at holde værten i live — her ved at lade den ene dattercelle undslippe infektion,” siger Lars Hestbjerg Hansen.
Om at holde tungen lige i munden
Derfor understreger Lars Hestbjerg Hansen, at opdagelsen ikke i sig selv er en ny teknologi — men at den ændrer, hvad forskere bør forvente, når de arbejder med bakteriofager fremover.
Vil man for eksempel slå nogle bakterier, der forstyrrer hvedeproduktionen, ihjel, skal man nok vælge en bakteriofag, der gør det effektivt.
Her vil man nok foretrække en virulent bakteriofag, men hvis man tror, at den opdagede kæmpebakteriofag er god til at slå bakterier ihjel, bliver man slemt skuffet, fordi den foretrækker et liv sammen med værten uden at slå den ihjel – også selvom den har mange karaktertræk fra de virulente bakteriofager.
“Det går også den anden vej, at vi ofte har kigget på noget arvemasse og troet, at det stammer fra temperate bakteriofager, fordi de lever sammen med bakterierne, men at de faktisk også opfører sig som virulente bakteriofager. Det må også få andre forskere til lige at gennemse deres stammesamlinger igen for at finde ud af, om der følger en virulent bakteriofag med i købet,” siger Lars Hestbjerg Hansen.
