NYHET Bakterier som orsakar infektioner kan utbyta näringsämnen och förändra sitt beteende när de lever tillsammans. I sin avhandling visar Dmytro Sokol varför infektioner kan behöva förstås som hela bakteriesamhällen snarare än som enskilda arter.
Bakterier kan fästa vid ytor i kroppen eller på medicinteknisk utrustning, som urinkatetrar och andningstuber. Där kan de bilda så kallade biofilmer.
En biofilm är ett samhälle av bakterier som fäster vid en yta och omger sig med ett skyddande lager. Den kan liknas vid en tunn beläggning där bakterierna lever tätt tillsammans i en miljö som kan skydda dem mot både antibiotika och kroppens immunförsvar, vilket gör infektionerna svårare att behandla.
I sin avhandling har Dmytro Sokol undersökt hur bakterier beter sig i sådana samhällen.
Resultaten visar att bakterier som lever nära varandra kan påverka varandra på flera sätt. De kan konkurrera om näringsämnen, men också dra nytta av ämnen som den andra arten utsöndrar. Deras beteende påverkas dessutom av vilka näringsämnen som finns tillgängliga i omgivningen.
En del av forskningen fokuserade på två bakteriearter som ofta förekommer tillsammans hos patienter med kateterassocierade urinvägsinfektioner: Escherichia coli (E. coli) och Pseudomonas aeruginosa.
För att undersöka om bakterierna utbytte näringsämnen odlades arterna efter varandra i samma vätska. På så sätt kunde Dmytro Sokol följa vilka ämnen som varje bakterie frigjorde eller förbrukade.
Det tydligaste resultatet gällde ett ämne som kallas succinat. När E. coli växte i ett medium som innehöll glukos ansamlades succinat utanför cellerna. När P. aeruginosa därefter odlades i samma medium, som då innehöll ämnen som frigjorts av den första bakterien, minskade succinathalten kraftigt. Resultaten tyder på att P. aeruginosa använde ämnet som näringskälla.
Det som en bakterie lämnat efter sig blev föda för den andra.
– Resultaten visar att bakterier som lever tillsammans inte bara konkurrerar om samma resurser. Ett ämne som frisätts av en art kan bli näring för en annan och hjälpa den att överleva i samhället, säger Dmytro Sokol, doktorand vid Kemiska institutionen vid Umeå universitet.
Forskarna fann också tecken på att flera andra ämnen kan vara involverade i samspelet mellan bakterierna. Sambanden var dock mer komplexa, och ytterligare forskning behövs för att förstå exakt hur de fungerar.
Bakteriernas beteende visade sig vara starkt beroende av omgivningen.
I experiment som efterliknade förhållandena i en urinvägskateter blev P. aeruginosa oftast den dominerande arten när den odlades tillsammans med E. coli. När mängden näring ökade kunde dock E. coli konkurrera mer framgångsrikt och i stället bli den dominerande arten.
Avhandlingen behandlar även bakterier som påträffats i luftvägsprover från mekaniskt ventilerade patienter. När Staphylococcus aureus och P. aeruginosa växte tillsammans påverkade de tillgängliga näringsämnena både deras tillväxt, deras ämnesomsättning och vilken art som blev mest förekommande.
Resultaten tyder på att det inte räcker att veta vilka bakterier som finns i en infektion för att förstå hur den fungerar. Även omgivningen och de andra bakterier som delar samma miljö kan påverka deras beteende.
– Samma bakterieart kan bete sig olika beroende på vilka andra bakterier som finns närvarande och vilka näringsämnen som finns tillgängliga. För att förstå en biofilm behöver vi därför studera både bakteriesamhället och dess omgivning, säger Dmytro.
Forskningen visar också att biofilmens storlek inte säger allt om bakterierna som lever i den. När två arter odlades tillsammans bildade de ibland mer biofilm än någon av arterna gjorde var för sig. Men det innebar inte nödvändigtvis att båda arterna gynnades. När forskarna räknade antalet levande celler såg de att den ena arten kunde öka samtidigt som den andra minskade.
Det innebär att mätningar av den totala mängden biofilm kan dölja viktiga förändringar inom bakteriesamhället. För att få en mer rättvisande bild behövs också metoder som visar vilka arter som finns där och hur många de är.
Avhandlingen bidrar med ny kunskap om hur olika bakteriearter kan samexistera och överleva i biofilmer som är kopplade till infektioner. På längre sikt kan ökad förståelse för bakteriernas inbördes beroenden hjälpa forskare att identifiera nya sätt att försvaga eller störa dessa samhällen.
Framtida studier skulle kunna använda modeller som bättre efterliknar urinflödet genom en kateter eller förhållandena i luftvägarna hos mekaniskt ventilerade patienter. Det skulle göra det möjligt att följa hur biofilmer utvecklas över tid och undersöka om störningar i bakteriernas näringsutbyte gör dem lättare att förebygga eller behandla.
Resultaten understryker samtidigt ett viktigt budskap: bakterier i en infektion agerar inte nödvändigtvis ensamma. Beteendet hos en polymikrobiell biofilm skiljer sig ofta från beteendet hos de enskilda bakteriearterna när de odlas var för sig. För att förstå varför vissa biofilmer blir långlivade behöver forskare därför undersöka inte bara vilka arter som finns där, utan också hur de samspelar med varandra.
Titel: More Than Neighbours: Metabolic Interactions in Dual-Species Bacterial Communities
Författare: Dmytro Sokol, Kemiska institutionen, Umeå universitet
Huvudhandledare: Madeleine Ramstedt