Mød dine nye kolleger: Bakterier trækker i arbejdstøjet

De lapper huller i beton, renser kroppen for sygdomme og rydder op i minefelter. Forskerne har tæmmet en hær af bakterier og lært de toptrænede mikroslaver at varetage jobs, som ingen menneskehånd nogensinde vil kunne klare.

De lapper huller i beton, renser kroppen for sygdomme og rydder op i minefelter. Forskerne har tæmmet en hær af bakterier og lært de toptrænede mikroslaver at varetage jobs, som ingen menneskehånd nogensinde vil kunne klare.

Illustreret Videnskab

Håndværkere

Bakteriebobler lapper skadet beton

Veje, broer, tunneller og dæmninger er lavet af beton, der konstant er udsat for vind og vejr, som over tid nedbryder det ellers solide byggemateriale.

Når revner opstår, kan vand og skadelige stoffer trænge langt ind i støbningen og ødelægge hele konstruktionen indefra, så det er vigtigt at reparere i tide.

Derfor har forskere lært et sjak af mikroskopiske håndværkere, der altid er på vagt, at tage sig af vedligeholdelsen.

I det såkaldte biobeton er byggematerialet beriget med bakterier, der ligger i dvale, og et naturligt, kvælstofholdigt stof kaldet urea, som blandt andet findes i urin.

Bakterierne bliver vækket, hvis der opstår en revne eller vand siver ind og brister de kapsler, som mikroberne ligger i.

Bakterierne ligger i dvale i såkaldte mikrokapsler, der brister og slipper de små arbejdere fri, når en revne opstår.

© KUNAMINENI VIJAY ET AL.

Straks efter giver bakterierne sig til at udfylde revnen lag for lag med kalk ved at bruge urea og kalcium, der naturligt findes i beton, som både fødekilde og som byggeklodser.

Processens eneste biprodukt er ammoniak, der her er harmløst. Når revnen er helet, går bakterierne tilbage i dvale, sætter sporer og venter til næste gang de små håndværkere bliver aktiveret.

Opgaven kan udføres af flere forskellige bakteriearter, der har et stofskifte, som kan omdanne urea og overleve i hundredvis af år i betonens ekstremt basiske miljø.

Forsøg med bakterien Bacillus subtilis har desuden vist, at udfældningerne ikke bare reparerer revnerne, men ligefrem øger betonens styrke.

En række fingernemme bakterier kan fikse huller og tilmed styrke konstruktioner indefra med materialer, der er bygget ind i betonen.

© DELFT UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Revne vækker bakterier

Mikrokapsler med bakterier i dvale og kalcium er spredt rundt i betonen, der desuden er beriget med kvælstofholdig urea. Når betonen revner, og vand siver ind, bliver kapslerne opløst og bakterierne sat fri.

© DELFT UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Bakterier skaber reaktion

Bakterierne binder kalcium på deres overflade og optager urea, som deres stofskifte splitter og udskiller som det kulstofholdige karbonat. Kalcium og karbonat reagerer og danner kalciumkarbonat – kalk.

© DELFT UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Kalk udfylder huller

Så længe bakterierne får luft og vand, formerer de sig og danner kalk. Når hele revnen er udfyldt, går bakterierne i dvale igen. På den måde kan biobeton over årene spare os for enorme summer til vedligeholdelse.

Læger

Hudbakterie kan behandle sukkersyge

Bakterier langt nede i huden kan overtage bugspytkirtlens job og producere livsvigtig insulin til sukkersygepatienter.

Insulinpumper kan være fortid for folk med diabetes 1 takket være nyopdagede stafylokokbakterier, der kan leve længere nede i huden end hidtil troet.

Det dybe hudlag indeholder blodkar. Derfor kan bakterien gensplejses til at registrere, når koncentrationen af glukose i blodet er for høj.

Som reaktion producerer et gen i bakterien insulin, som går direkte over i blodbanerne og transporterer sukkeret ud til de muskler og organer, hvor det skal bruges.

Fordi bakterierne naturligt lever dybt i huden, vil de ikke give patienten infektioner. Modsat en insulinpumpe eller en transplantation af en rask bugspytkirtel giver bakterierne hverken irritationer, ar eller immunreaktioner.

Yderligere forsøg skal nu fastslå, fx hvor mange bakterier der skal til for at lave tilstrækkelig insulin.

Salmonella bomber kræftsvulster

Forskere rekrutterer genmanipulerede salmonellabakterier til kamikazemissioner mod kræftsvulster.

En ny kræftbehandling får hjælp fra en ret uventet kant: salmonellabakterier. Forskere har genmodificeret bakterierne til at fungere som selvmordsbombere, der ofrer sig selv for at tage kræftceller med i faldet.

Forsøg har vist lovende takter i mus med svulster i leveren. Musene blev fodret med bakterierne, der fandt vej til de dele af svulsterne, hvor der ingen blodkar eller iltforsyning er.

Salmonellabakterier kan fint overleve i det iltfattige miljø, hvor kemoterapi ikke virker.

Bakterierne er udrustet med et arsenal af forskellige våben, der fx nedbryder kræftcellernes beskyttende membraner og aktiverer en immunreaktion fra kroppen.

/ 3

Bakterier gemmer sig i svulst

Fra mavesækken optages uskadelige salmonellabakterier og cirkuleres via blodet i kroppen. Bakterierne finder kræftsvulstens iltfattige indre og gemmer sig der for immunforsvaret. Over tid hober de sig op.

1

Trængsel udløser eksplosion

Bakterierne er genmanipuleret til at springe, hvis ophobningen i svulsten er tilstrækkeligt høj. Når bakterierne dør, frigiver de stoffer, der forgifter kræftceller, udløser celledød eller aktiverer immunforsvaret.

2

Bombardement begynder igen

Ti procent af bakterierne overlever angrebet og genopbygger hæren af kamikazetropper til næste angreb. Svulsten skrumper med en tredjedel. Kombineret med kemo øger det patientens levetid.

3
© Claus Lunau

Bakterierne indleder et samlet angreb, når et tilstrækkeligt antal bakterier er nået frem til samme område.

I forsøg med mus stoppede bakterierne i kombination med kemoterapi svulsternes vækst, og de skrumpede, så levetiden blev øget med 50 procent i forhold til ikkebehandlede mus.

Selvmordene sørger samtidig for at holde bakteriebestanden under kontrol i kroppen.

Skraldemænd

Mutantbakterier æder plastaffald

En nyopdaget bakterie har lært at nedbryde og leve af plastik. Nu skal de små organismer bane vejen for en metode til at fjerne plast fra naturen.

Plastaffald i naturen er et stort problem, men løsningen kan være mikroskopisk.

Forskere har opdaget en bakterie kaldet Ideonella sakaiensis, som udskiller enzymet PETase, der nedbryder materialet PET fra fx plastikflasker.

I. sakaiensis kan klæbe sig til fx en plastikflaske og udskille enzymet PETase, der nedbryder plastik til såkaldt MHET. Dette stof kan bakterien optage og nedbryde til kortere, mere harmløse molekylekæder som CO2 og sukkerstof.

© Kohei Oda/Kyoto Institute of Technology

Ved at isolere enzymet dannede forskere mutantversioner, som nedbrød PET på få dage – svarende til 20 procent hurtigere end de normale enzymer.

Mellem 450 og 1000 år anslår forskere det vil tage for en plastflaske af PET at blive nedbrudt i havet eller på skovbunden.

Bakterierne har i løbet af de seneste blot 60 år muteret sig til deres evner på lossepladser, hvor de ikke havde andre fødekilder end plastik.

Ved at aflure bakteriernes hemmelighed bag PETase-produktionen håber forskerne, at enzymerne og bakterierne kan spille en afgørende rolle i at fjerne flere typer plast fra naturen.

Kokke

Bakterier gør mad mere næringsrig

Forskning har afsløret nye sundhedsgavnlige
effekter ved at lukke bakterier ind i køkkenet.

Oliven, sauerkraut, sojasauce og yoghurt er fødevarer, som bakterier står bag. Bakterier sætter gang i den såkaldte fermentering – en kemisk proces igangsat af bakterier og mikroorganismer, som ændrer fødevarens smag og næringsindhold.

I østen har fermentering været anvendt siden 8000 f.Kr. Nyere forskning viser, at fermentering nedbryder stoffer, der blokerer optagelsen af næringsstoffer, og bevarer vitaminer, som andre tilberedningsmetoder nedbryder.

Natto er fermenterede sojabønner, som indeholder enzymet nattokinase, der tyder på at have blodtrykssænkende effekt.

© Shutterstock

Bakterier i syltede agurker, natto og sauerkraut producerer vitaminet K2, som mennesker ikke selv danner, men skal have via kosten.

De fermenterende bakterier kan også gavne hjerte-kar-system immunforsvar og stofskifte.

Mælkesyrebakterier er de mest udbredte bakterier i fødevareproduktionen og bruges fx til at lave yoghurt og ost ved at omdanne sukkerstoffet laktose til mælkesyre, der klumper mælkeproteinerne sammen, så konsistensen bliver tykkere.

Detektiver

Colibakterier bliver moderne minestrygere

Normalt forbindes de med madforgiftning, men E. coli-bakterier kan også agere snu detektiver. Ved hjælp af genmanipulering har forskere trænet bakterien til at opspore landminer.

Mere end 100 millioner landminer ligger spredt rundtom på kloden og udgør en sikkerhedsrisiko for befolkninger i tidligere konfliktplagede områder. Derfor har forskere genmanipuleret E. coli-bakterier til at kaste lys over de skjulte dødsfælder.

Bakterier udpeger landminer

© Shutterstock

Bakteriekugler spredes

Om natten bliver kugler af alger fyldt med genmodificerede E. coli-bakterier spredt ud over steder, hvor der formodes at være miner.

© Shutterstock

Sprængstof tænder lys

Efter tre timer har bakterierne opsnust små forekomster af sprængstoffet TNT. Forekomsten får dem til at danne proteinet GFP, som udsender fluorescerende lys, når kugler bliver belyst med stråler fra et laserbaseret skanningssystem, fx fra en drone.

© HEBREW UNIVERSITY

Lys afslører miner

Kameraer på dronen kortlægger de lysende perler, som indikerer, at der er landminer inden for to meter. Derefter fjerner mineryddere faren.

Landminers sprængstof, TNT, afgiver dampe, som bliver ophobet i jorden. Bakterierne er udrustet med gener, der danner selvlysende proteiner, når de er i kontakt med TNT og dets primære nedbrydningsprodukt, DNT.

Ved at sprede kugler af et organisk algemateriale fyldt med bakterier i landminezoner, kan et skanningssystem se lys fra kugler, der ligger ved miner.

Forskerne bag de genmanipulerede sprængstofdetektiver arbejder stadig på at forfine teknikken.

De arbejder fx på at spore andre typer sprængstof og at udvide rækkevidden af lasersystemet ved at koble det til en drone, så større områder hurtigt kan skannes.

Desuden vil forskerne begrænse bakteriernes levetid, så de hurtigt dør, efter at missionen er fuldført, for at forhindre, at genmodificerede organismer permanent sættes fri i miljøet.