EN / DA
Foto: Pexels
Miljø og bæredygtighed

Tjærespisende bakterieduo skal omdanne skidt til kanel

Danske forskere har kortlagt genomet for en bakterie, der kan leve på stenkulstjære. Bakterien lever i tæt symbiose med en anden bakterie, der kan genbruge dens affaldsstoffer. Forskere håber, denne bæredygtige bakterieduo kan omdanne giftige stoffer til nyttige materialer. Kortlægningen af genomet bød dog også på en ubehagelig overraskelse.

En bakterie fundet på en gasværksgrund i Fredensborg i 1994 er kommet i danske forskeres søgelys. Acinetobacter johnsonii C6 er det mere præcise navn. Den levede tilsyneladende i ro og mag af det ellers giftige imprægneringsmiddel kreosot – en mørk, tyktflydende væske fremstillet af stenkulstjære. Nu har forskere fra Danmarks Tekniske Universitet kortlagt bakteriens genom, fordi de håber at kunne bruge dens særlige evner i andre sammenhænge.

”Bakterien er ikke bare fascinerende rent biologisk. Vi håber, at vi kan udnytte dens unikke evner til at nedbryde stoffer som fx aromatiske hydrocarboner, der findes i kul, olie men også i plastic og pesticider. De genomiske data viser, at bakterien indeholder de enzymer, vi havde håbet, så vi forhåbentlig kan bruge bakterien til at hjælpe os af med stoffer, som ellers er svært nedbrydelige,” forklarer medforfatter på artiklen, professor Søren Molin fra Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability på Danmarks Tekniske Universitet.

Kan leve af næsten hvad som helst

Grunden til, at bakterien er ekstra interessante, er dog en helt anden. Acinetobacter johnsonii C6 kan nemlig leve i tæt symbiose med en anden bakterie, Pseudomonas putida, der allerede i dag bruges til at oprense forurenet jord, da bakterien fx kan omdanne polystyren fra fx plastflasker til den biologisk nedbrydelige plast PHA. Det har gjort det muligt at genanvende fx polystyrenskum, der ellers var anset for ikke at være biologisk nedbrydeligt.

”De to bakterier kan leve sammen i en tæt symbiose med hinanden – en slags metabolisk afhængighed, hvor den ene ikke kan undvære den anden. Vi håber at kunne udnytte den afhængighed, så vi kan etablere et stabilt konsortium af Acinetobacter johnsonii A6 til at nedbryde ubrugelige eller skadelige stoffer og Pseudomonas putida til at bruge affaldsstofferne som grundlag for at producere nye anvendelige stoffer.”

De to bakterier kan bl.a. leve sammen i såkaldte biofilm – tynde hinder af bakterier holdt sammen af en slags kemisk gele. Biofilm kendes fra belægninger i naturen fx på sten, og det benyttes fx i vandrensningsanlæg, hvor biofilmen nedbryder fremmedstoffer i spildevandet.

”Det unikke samarbejde mellem to bakterier integreret i en biofilm gør det meget interessant og langt mere industrielt relevant end mange af de bioteknologiske bakteriesystemer, der bruges industrielt i dag. De her bakterier kan leve af næsten hvad som helst, hvorimod E. coli bakterier eksempelvis er langt mindre robuste og fleksible, da de ikke tolererer eller udnytter en lang række kemikalier,” forklarer en af hovedkræfterne bag projektet lektor Sünje Johanna Pamp fra National Food Institute på Danmarks Tekniske Universitet.

En multiresistent overraskelse

Kortlægningen af genomet for Acinetobacter johnsonii C6 gav dog også en ubehagelig overraskelse. Forskerne fandt nemlig en række resistensgener i bakterierne, der giver bakterierne evnerne til at overleve mange forskellige antibiotika som fx chloramphenicol, trimethoprim og cefoxitin. Den viden er særdeles interessant, fordi bakterier ofte overfører resistensgener til hinanden.

”Man skal jo helst ikke skabe et nyt problem, mens man er i gang med at løse et andet. Hvis vi uden videre havde sat dem til at nedbryde giftstoffer i stor skala, kunne vi have risikeret at deres resistensgener havde spredt sig. Derfor er det fantastisk, at vi i dag kan undersøge bakterierne genomisk, så vi kan fjerne sådanne problematiske gener, før vi arbejder videre med dem.”

Spredningen af bakteriearter, der er resistente over for de fleste tilgængelige antibiotika er en stadig stigende bekymring. Visse arter af Acinetobacter-slægten er blandt de mere hårdføre af slagsen, hvorfor de også er svære at holde nede på hospitaler. Derfor er de hyppigt årsag til et bredt spektrum af infektioner som lungebetændelse og meningitis. Den ny viden kan derfor også vise sig nyttig i den henseende.

”Resultaterne her er et godt eksempel på, at grænserne mellem infektioner, miljørensning, bioteknologi og fødevareproduktion i dag er meget flydende. De samme mikroorganismer kan være relevante i mange forskellige sammenhænge. Takket være de nye genom-baserede teknikker foregår forskningen i større tværgående samarbejder i stedet for tidligere, hvor man havde fagområderne helt adskilt," slutter Søren Molin.

Artiklen ”Draft Genome Sequence of Acinetobacter johnsonii C6, an Environmental Isolate Engaging in Interspecific Metabolic Interactions” er udgivet i tidsskriftet “Genome Announcements” af forskere fra DTU Food og the Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability

Søren Molin
Professor
The major research interest of the past 10 years has been microbial biofilms in relation to cell–cell interactions and developmental processes. The knowledge obtained in the course of this work is now being further developed in connection with detailed studies of microbial adaptation and evolution in cases of chronic infection. These current research activities are based on the assumption that fundamental studies of bacteria physiology and ecology are essential to understand and eventually interfere with such microbial infections. The investigations employ several methods providing global information about the cells’ genomes and functional genomics. In particular, specific clones of bacteria infecting the airways of people with cystic fibrosis are being studied. In connection with these studies, the evolution of antibiotic resistance is an important topic, and the current focus point is the resistance mechanisms involved in tolerance to antimicrobial peptides. The development of various types of laboratory model systems for simulating human infections in vitro has been added to the research programme.
Sünje Johanna Pamp
Associate Professor
Humans are host to a remarkable diversity of microbes that are key to our health and well-being, but the microbiome of humans and animals can also be the source of infectious diseases and contribute to a variety of complex diseases. My research aims at unravelling the mechanisms by which microorganisms adapt, evolve and interact in space and time – from the perspective of single cells to complex host-associated microbial communities. We integrate approaches from genomics, microbial ecology, evolution, classical and molecular microbiology and clinical and veterinary medicine to provide insight into: • the biogeography of pathogens; • microbe–microbe interactions; • microbe–host immune system interactions; • antimicrobial resistance and tolerance; • beneficial functions of the microbiota structure; and • the function of microbial communities (biofilms). Through interdisciplinary approaches, our research has already revealed the identity and predicted function of important uncultivated members of human and animal microbiomes (such as segmented filamentous bacteria) and their impact on host immune system maturation, provided initial insight into the microbial interactions of opportunistic pathogens (such as Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa) and led to a strategy for specifically targeting physiologically distinct microbial subpopulations, resulting in a successful combined antimicrobial treatment strategy. The ultimate goal is to provide better strategies for preventing and controlling microbial infections and complex microbial diseases to benefit society.