Marin bakterie bruger signalstoffer til at kontrollere latent virus

Bakterier bliver, ligesom alle andre organismer, også ramt af virusinfektioner, og faktisk bliver op mod halvdelen af alle bakterier slået ihjel af virus. Med en størrelse på omtrent 0,0001 millimeter og et estimeret antal på 10³¹ er disse virus, de såkaldte bakteriofager, de mindste og mest talrige biologiske enheder på jorden.

De er små, men deres effekt på naturens økosystemer er ikke til at overse. Ved at slå bakterier ihjel frigiver de store mængder næringsstoffer og spiller derfor en vigtig rolle for stofomsætningen i økosystemerne. De påvirker desuden sammensætningen og evolutionen af mikrobielle samfund ved selektivt at angribe bestemte bakteriearter og lade andre gå fri og ved at overføre genetisk materiale imellem bakterierne.

For rigtig mange typer af bakteriofager gælder det, at de kan antage en latent form, hvor virussens genetiske materiale inkorporeres i bakteriens genom, hvorefter bakterien lever videre med sit nye, udvidede repertoire af gener. Virussen ligger således som en latent genetisk bombe i bakterien, som på et senere tidspunkt kan aktiveres og opformeres inden i værtsbakterien, slå værtsbakterien ihjel og sprede sig til nabo-bakterierne.

- ”Hvorvidt den latente virus aktiveres i en bakteriel population kan selvsagt have afgørende betydning for bakteriepopulationens skæbne, og derfor forsker vi i at forstå, hvilke udefrakommende påvirkninger der kan føre til aktivering af de latente virus,” siger lektor Sine Lo Svenningsen fra Sektion for Biomolekylære Videnskaber.

Indtil nu har man studeret de mekanismer, der aktiverer de latente virus, ud fra en hypotese om, at virus er evolutionært tunet til at gøre, hvad der er bedst for virus selv, på bekostning af de inficerede bakterier. Men den nye forskning fra Biologisk Institut viser, at den marine fiskepatogene bakterie Vibrio anguillarum har udviklet en måde hvorpå den kan tage kontrol over, hvornår en latent virus bliver aktiveret. Vibrio anguillarumudskiller nemlig nogle signalstoffer til sine omgivelser, som den bruger til at orientere sig om, hvor stor populationen af bakterier er. Når mange bakterier, der gror tæt sammen, alle udskiller signalstofferne, stiger stoffernes koncentration i væsken, og det kan bakterierne måle. Dermed får de information om, at der er mange bakterier tæt sammen.

-”Det overraskende ved den nye forskning er, at signalstofferne styrer livscyklus af en latent virus, som er meget udbredt blandt Vibrio anguillarum, og forhindrer virussen i at blive aktiveret, når bakterierne gror tæt sammen. Til gengæld bliver virus aktiveret i nogle få bakterieceller, når der er langt mellem bakterierne og de derfor ikke modtager signalstofferne”, forklarer professor Mathias Middelboe fra Marinbiologisk Sektion.

Men hvis virus kan kontrolleres af bakterierne, hvorfor så ikke forhindre dens aktivering fuldstændigt? For at besvare det spørgsmål undersøgte forskerne, om der kunne være fordele for bakteriepopulationen ved, at virus blev aktiveret i nogle af bakteriecellerne.

-”Vi sammenlignede bakteriepopulationer med og uden latente virus og fandt, at når bakteriepopulationerne havde for få medlemmer til at kunne detektere signalstofferne var de, der indeholdt virus klart bedst til at danne nogle beskyttende aggregater, kaldet biofilm”, fortæller Mette Burmølle, lektor ved Mikrobiologisk Sektion. Dannelsen af biofilm er en forudsætning for, at Vibrio anguillarum succesfuldt kan inficere fisk. Mette Burmølle fortsætter: ”At der er sammenhæng mellem virus aktivering og biofilmdannelse skyldes formentlig, at det organiske materiale som frigøres, når virus slår nogle af bakterierne ihjel, hjælper de tilbageværende bakterier med at klistre sammen i aggregater. Af den grund kan det være en fordel for bakteriepopulationen at ofre få individuelle bakterier, så længe der er relativt få bakterieceller i omgivelserne”.

Forskerne har altså vist, at der er vendt op og ned på rollefordelingen mellem virus og værtsorganisme i dette tilfælde - og dermed også på vores forståelse af disses interaktioner: Når den latente virus, der er indlejret i værtsbakteriens genom, kontrolleres af bakteriens signalstoffer, kan værtsbakterien, så at sige, styre aktivering af virussen og ofre en del af sin population for at lave biofilm, når der er relativt få bakterier tilstede. Omvendt sørger signalstofferne for at hæmme aktivering af virussen, når der er mange andre bakterier tæt på, hvilket forhindrer en hurtig spredning af virus i populationen.    

Resultaterne er netop publiceret i tidsskriftet ISME Journal, der er Nature’s specialiserede tidsskrift om mikrobiel økologi.