Vetenskap & Hälsa

Bakterier i kollektiv har andra egenskaper

2018-11-06

Mycket av vår tidigare kunskap om bakterier bygger på studier av frilevande bakterier. Men på senare tid har forskare börjat inse att de flesta bakterier föredrar att leva i så kallade biofilmer, bakteriesamhällen som växer på ytor, både i naturen och i och på människokroppen. Bakteriella biofilmer kan skydda oss mot sjukdomsalstrande bakterier men kan också leda till svårbehandlade infektioner eftersom bakterier som lever i biofilmer är mindre känsliga för antibiotika.

Biofilmer är samhällen av bakterier som växer på olika ytor och där de bakterier som ingår, ligger inbäddade i en skyddande matrix, en sorts substans som binder samman bakteriecellerna. Bakterierna i en biofilm kommunicerar och samarbetar kring olika funktioner, till exempel att bryta ner ”matmolekyler”. Det tycks vara den naturliga levnadsformen för de flesta bakterier och biofilmer hittas överallt i fuktiga miljöer; i naturen, människokroppen men även i konstgjorda miljöer som exempelvis rörledningar.

Biofilmer består oftast av en blandning av olika typer av bakterier och själva uppbyggnaden av en biofilm sker i en bestämd turordning. Hela processen börjar med att molekyler fastnar på en yta (A), till exempel proteiner som finns i saliv fastnar på tänderna. Dessa proteiner fungerar sedan som bindningsställen för de första bakterierna, de så kallade primära kolonisatörerna (B) som har en god förmåga att fästa på ytor. De i sin tur gör det möjligt för andra bakterier att ”flytta in” (C). Tidigt börjar också bakterierna att producera en skyddande matrix, en sorts biologiskt klister, som binder samman bakteriecellerna, och som de bäddar in sig i. Allt eftersom samhället växer bildas olika mikromiljöer, ungefär som olika stadsdelar (D). Ett biofilmssamhälle är inte homogent. Till exempel skiljer sig en mikromiljö i utkanten av samhället, med god tillgång på syre, från en miljö långt inbäddad i biofilmens syrefattiga delar. Ett samhälle uppnår så småningom en ”steady state”, en fin balans mellan biofilmen och den omgivande miljön, då bakterier både tillkommer och lämnar biofilmen. Om den omgivande miljön ändras rubbas balansen, vilket kan öppna för andra, ibland sjukdomsalstrande bakterier. Illustration: Oral biologi, Malmö universitet

Bakterier som lever i biofilm har andra egenskaper än frilevande bakterier, till exempel en lägre ämnesomsättning. Det kan vara en delförklaring till att de är mindre känsliga för antibiotika, som i första hand slår mot växande bakterier. En annan bidragande förklaring kan vara att de skyddas av den omgivande matrix som antibiotikan, och andra antibakteriella ämnen, har svårt att tränga igenom. Främmande material i kroppen, olika implantat så som höftproteser eller tandimplantat, löper stor risk att koloniseras av sjukdomsalstrande bakterier som bildar biofilm. De kan ge upphov till kroniska infektioner som inte går att bekämpa med antibiotika.

När balansen rubbas

De flesta biofilmer, exempelvis sådana som normalt befolkar våra slemhinnor, har en skyddande effekt så länge biofilmsamhället är i balans. Men om balansen rubbas kan det öppna för andra, sjukdomsalstrande bakterier. En rubbning i balansen kan även leda till att de befintliga bakteriernas egenskaper ändras. Ett sådant exempel är biofilmer som finns i vår munhåla.

Julia Davies. Foto: Håkan Röjder

– Karies och parodontit, det vill säga tandlossning, orsakas av munhålans egna bakterier och beror på rubbad balans i biofilmen, förklarar Julia Davies, professor i oral biologi vid Malmö universitet. Hon ger några förklarande exempel:

Tändernas plack är exempel på biofilm. Normalt lever munhålans bakterier på proteiner som finns i saliven men om det finns socker tar de hellre det. Då börjar bakterierna i placken att producera mjölksyra som är skadlig för emaljen. Mjölksyra leder till en surare miljö som bakterierna måste anpassa sig till. De som klarar av det ändrar därmed också sina egenskaper. Bakterier som tål mjölksyra börjar producera mer syra. Detta leder till att nettoproduktionen av syra ökar och det kan så småningom leda till att personen drabbas av karies.

Riskmarkörer ska hitta patienter

Ett annat exempel handlar om tandlossning. Det orsakas också av plack men här är det istället plack som växer vid tandköttskanten som irriterar tandköttet, vilket leder till inflammation och därmed produktion av sårvätska som är rik på proteiner. Den större tillgången på proteiner ändrar balansen i placket och gynnar de bakterier som är extra bra på att producera proteaser, det vill säga proteinnedbrytande enzymer. Det uppstår en ond cirkel, placket matas med mer sårvätska och växer ner i tandköttsfickan där proteaserna börjar angripa stödjevävnaden så att tanden till sist lossnar.

– Min forskning handlar om att hitta riskmarkörer för karies och parodontit. Vi vill beskriva vad som händer i biofilmen när bakterier övergår till att bli mer syraproducerande och syratoleranta, eller när de ställer om till större proteinnedbrytning. Och vi letar efter molekyler som skulle kunna fungera som markörer och varna inför denna omställning, förklarar Julia Davies och fortsätter:

– Det skulle hjälpa oss att hitta patienter som riskerar att utveckla en allvarlig sjukdom och erbjuda olika åtgärder. När det gäller riskmarkörer för tandlossning har vi kommit ganska långt. Just nu samarbetar vi med två företag som håller på att utveckla sensorer med vilka man skulle kunna mäta proteasaktivitet i tandfickor.

Text: EVA BARTONEK ROXÅ

 

ORDLISTA

Karies: hål i tänderna.

Parodontit: tandlossning

Matrix: en sorts substans som binder samman bakterierna och som oftast är en blandning av proteiner, kolhydrater och genmaterial.

Proteaser: proteinnedbrytande enzym.