Fysikere og molekylærbiologer samarbejder om virusangreb

Forskningssamarbejder på tværs af de traditionelle faglige retninger giver mulighed for at se en problemstilling i et nyt lys ved at kombinere helt forskellige måder at anskue problemet på. I over 10 år har teoretiske fysikere og eksperimentelle molekylærbiologer fra Københavns Universitet brugt hinandens ekspertise, og samarbejdet har båret frugt.

Fremtidige behandlingsmetoder mod multiresistente bakterier

Forskerne har sammen fundet en forklaring på, hvordan bakterier kan sameksistere med aggressive bakterievirus, der opformerer sig inde i bakterierne og kan slå dem ihjel på mindre end en time. Hvis en bakterie alene bliver angrebet af en sådan en virus, har den ikke en chance for at overleve.

Men de nye resultater viser, at når mange bakterier gror sammen i en tætpakket koloni, fungerer de yderste lag af bakterier som et skjold, der absorberer viruspartiklerne, og dermed beskytter bakterierne inde i koloniens centrum imod virusangrebet. Kolonien kan så blive ved med at vokse indefra, selvom overfladebakterierne bliver dræbt og hele tiden producerer flere virus. En viden, der er nødvendig for at evaluere fremtidige behandlingsmetoder mod multiresistente bakterier, såvel som forståelse af bakteriefloraen i den menneskelige tarm (mikrobiomet) og meget mere.

Ekspertviden på tværs af grundvidenskaberne

Sine L. Svenningsen blev opfordret af sine undervisere i sin tid på universitetet til at kigge bredere end sit eget speciale – og lære at søge ekspertviden på tværs af grundvidenskaberne. Hun opfordrer i dag sine egne studerende til at gøre det samme.

Vi var som biologer ikke kommet frem til det her resultat uden fysikernes ekspertise i at tænke over betydningen af rumlige strukturer. Det har altid været en gåde, hvorfor bakterievirus ikke for længst har udslettet alle de bakterier, der ikke har udviklet resistens mod dem. Nu kan vi se, at forklaringen kan være noget så simpelt som mængden af bakterier, der gror sammen i en koloni. Hvis kolonien er for lille, når den bliver angrebet, bliver den udslettet, men hvis den har en tilstrækkelig størrelse kan den bære at virus formerer sig på dens overflade, og alligevel blive ved med at vokse, siger Sine Lo Svenningsen, der er lektor på Biologisk Institut.

Man kan sammenligne resultaterne med fiskestimers overlevelsesstrategi. Fiskestimer har ofte en enorm størrelse, så kun de ’yderste’ individer angribes, og så en vis bestanddel af fisk inderst i stimen har større mulighed for at overleve.

Det er en interessant form for sameksistens, hvor virus formerer sig på koloniens overflade, mens bakterierne formerer sig inde i koloniens midte - begge organismer bliver ved med at stige i antal. Den effekt, vi beskriver, kan allerede ses i en mikrokoloni, der er mindre end en millimeter i diameter, hvilket nemt kan findes i naturen - også i menneskets tarmsystem. Vores opdagelse kan være en af de vigtige mekanismer der sikrer, at bakterier og de virus der angriber dem, kan sameksistere, siger Namiko Mitarai, lektor på Niels Bohr Institutet. 

Ideen om, at en bakteriekoloni udelukkende i kraft af sin størrelse kan yde beskyttelse mod virusangreb, blev først testet af fysikerne ved hjælp af computersimuleringer. Derefter gik gruppen i laboratoriet for at teste om teorien havde hold i virkeligheden. Det kunne kun lade sig gøre ved et tæt samarbejde mellem de to institutter.

Forskerne vil nu undersøge andre bakteriearter og andre bakterievirus for at se, om bakterier generelt beskytter sig med denne form for sameksistens. Er det tilfældet, håber forskerne at kunne blive bedre til at forstå og kontrollere bakterier – og bakterieangreb – i fremtiden.