Møt dine nye kolleger: Bakterier settes i arbeid

De lapper hull i betong, renser kroppen for sykdommer og rydder opp i minefelter. Forskere har temmet en hær av bakterier og lært de topptrente mikroslavene til å ta jobber som ingen mennesker kan klare.

De lapper hull i betong, renser kroppen for sykdommer og rydder opp i minefelter. Forskere har temmet en hær av bakterier og lært de topptrente mikroslavene til å ta jobber som ingen mennesker kan klare.

Illustreret Videnskab

Håndverkere

Bakteriebobler lapper sammen skadet betong

Veier, broer, tunneler og demninger er laget av betong som hele tiden er utsatt for vind og vær, som over tid bryter ned det ellers solide materialet.

Når det oppstår sprekker, kan vann og skadelige stoffer trenge langt inn i betongen og ødelegge hele konstruksjonen innefra, så det er viktig å reparere dem i tide. Derfor har forskere lært opp en gjeng mikroskopiske håndverkere, som alltid er på vakt, til å ta seg av vedlikeholdet.

I den såkalte biobetongen er bygningsmaterialet beriket med bakterier som ligger i dvale, og et naturlig nitrogenholdig stoff som kalles urea, som blant annet finnes i urin. Bakteriene blir vekket hvis det oppstår en sprekk eller hvis det siver inn vann som åpner kapslene mikrobene ligger i.

Bakteriene ligger i dvale i såkalte mikrokapsler, som brister og slipper de små arbeiderne fri når en revne oppstår.

© KUNAMINENI VIJAY ET AL.

Bakteriene går straks i gang med å fylle sprekken lag for lag med kalk ved å bruke urea og kalsium, som finnes i betong, som både næringskilde og som byggeklosser.

Prosessens eneste restprodukt er ammoniakk, som i dette tilfellet er harmløst. Når sprekken er reparert, går bakteriene tilbake i dvale, setter sporer og
venter til neste gang de blir aktivert.

Oppgaven kan utføres av flere ulike bakteriearter som har et stoffskifte som kan leve av urea. De kan overleve i hundrevis av år i det ekstremt basiske miljøet i betongen.

Forsøk med bakterien Bacillus subtilis har dessuten vist at utfellningene ikke bare reparerer sprekkene, men faktisk øker betongens styrke.

En rekke fingernemme bakterier kan fikse hull og til og med styrke konstruksjoner innenfra, med materialer som er bygget inn i betongen.

© DELFT UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Sprekk vekker bakterier

Mikrokapsler med kalsium og bakterier i dvale er spredt rundt i betongen, som dessuten er anriket med nitrogenholdig urea. Når betongen sprekker og det siver inn vann, blir kapslene oppløst og bakteriene satt fri.

© DELFT UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Bakterier skaper reaksjon

Bakteriene binder kalsium på overflaten og tar opp urea, som den splitter og skiller ut som karbonat. Kalsium og karbonat reagerer og danner kalsiumkarbonat – altså kalk.

© DELFT UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Kalk fyller ut hull

Så lenge bakteriene får luft og vann, formerer de seg og danner kalk. Når hele sprekken er fylt, går bakteriene i dvale. Dermed kan biobetong gjennom årene spare oss for enorme summer til vedlikehold.

Leger

Hudbakterie kan behandle diabetes

Bakterier langt nede i huden kan overta bukspyttkjertelens jobb og produsere livsviktig insulin til diabetespasienter.

Insulinpumper kan komme til å tilhøre fortiden for personer med diabetes 1, takket være nyoppdagede stafylokokkbakterier som kan leve lenger nede i
huden enn forskerne tidligere trodde. Det dype hudlaget inneholder blodkar. Derfor kan bakterien genspleises til å registrere når konsentrasjonen av glukose i blodet er for høy.

Som reaksjon produserer et gen i bakterien insulin, som går rett over i blodet og transporterer sukkeret ut til de musklene og organene der det er behov for det. Fordi bakteriene naturlig lever dypt i huden, vil de ikke gi pasienten infeksjoner. I motsetning til en insulinpumpe eller en transplantasjon gir bakteriene verken irritasjoner, arr eller immunreaksjoner.

Nye forsøk skal nå fastslå hvor mange bakterier som skal til for å produsere nok insulin.

Salmonella bomber kreftsvulster

Forskere rekrutterer genmanipulerte salmonellabakterier til kamikazeoppdrag mot kreftsvulster.

En ny kreftbehandling får hjelp fra et ganske uventet hold: salmonellabakterier. Forskere har genmodifisert bakteriene til å fungere som selvmordsbombere som ofrer seg selv for å ta med kreftceller i fallet. Forsøk har vist lovende takter i mus med svulster i leveren. Musene ble fôret med bakteriene som fant veien til de delene av svulstene der det ikke var blodkar eller oksygenforsyning.

Salmonellabakterier kan fint overleve i det oksygenfattige miljøet, der cellegift ikke virker. Bakteriene er utrustet med et arsenal av ulike våpen som for eksempel bryter ned den beskyttende membranen rundt kreftceller og aktiverer en immunreaksjon fra kroppen.

/ 3

Bakterier gjemmer seg i svulst

Fra magesekken tas ufarlige salmonellabakterier opp. De sirkuleres i kroppen via blodet. Bakteriene finner det oksygenfattige indre i kreftsvulsten og gjemmer seg for immunforsvaret. Over tid hoper de seg opp.

1

trengsel utløser eksplosjon

Bakteriene er genmanipulert til å sprekke hvis opphopningen i svulsten er høy nok. Når bakteriene dør, frigir de stoffene som forgifter kreftceller, utløser celledød eller aktiverer immunforsvaret.

2

bombardement begynner igjen

Ti prosent av bakteriene overlever angrepet og gjenoppbygger hæren av kamikazetropper til neste angrep. Svulsten skrumper med en tredjedel. Kombinert med cellegift øker det pasientens levetid.

3
© Claus Lunau

Bakteriene innleder et samlet angrep når mange nok har nådd fram til samme område.

I forsøk med mus stoppet bakteriene – i kombinasjon med cellegift – veksten til svulstene.

Musene som fikk behandlingen, levde 50 prosent lengre enn de som ikke fikk den. Selvmordene sørger for å holde bakteriebestanden under kontroll i kroppen.

Renovasjonsarbeidere

Mutantbakterier spiser plast

En nyoppdaget bakterie har lært å bryte ned og leve av plast. Nå skal de små organismene bane vei for en metode til å fjerne plast fra naturen.

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

Forskere har oppdaget en bakterie som kalles Ideonella sakaiensis, som skiller ut enzymet PETase, som bryter ned materialet PET fra for eksempel plastflasker.

I. sakaiensis kan klebe seg til for eksempel en plastflaske og skille ut enzymet PETase, som bryter ned plast til såkalt MHET. Dette stoffet kan bakterien ta opp og bryte ned til kortere, mere harmløse molekylekjeder som CO2 og sukker.

© Kohei Oda/Kyoto Institute of Technology

Ved å isolere enzymet dannet forskere mutantversjoner som brøt ned PET på noen få dager – 20 prosent raskere enn de normale enzymene.

Mellom 450 og 1000 år anslår forskere det vil ta for en plastflaske av PET blir brutt ned i havet eller på skogbunnen.
Bakteriene har i løpet av de siste bare 60 årene mutert seg til de nye evnene på søppelfyllinger, der de ikke hadde andre næringskilder enn plast.

Ved å avsløre hemmeligheten bak bakterienes PETase-produksjonen håper forskerne at enzymene og bakteriene kan spille en avgjørende rolle for å fjerne flere typer plast fra naturen.

kokker

Bakterier gjør mat mer næringsrik

Forskning har avslørt nye og gunstige effekter ved å slippe bakterier inn på kjøkkenet.

Oliven, sauerkraut, soyasaus og yoghurt er matvarer som bakterier står bak. Bakterier setter gang i såkalt fermentering – en kjemisk prosess som bakterier og andre mikroorganismer står for, som endrer matvarens smak og næringsinnhold. I Asia har fermentering blitt anvendt siden 8000 f.Kr.

Nyere forskning viser at fermentering bryter ned stoffer som blokkerer opptaket av næringsstoffer og bevarer vitaminer som andre tilberedningsmetoder bryter ned.

Natto er fermenterte soyabønner som inneholder enzymet nattokinase, som trolig har en blodtrykksenkende effekt.

© Shutterstock

Bakterier i sylteagurker og sauerkraut produserer vitaminet K2, som mennesker ikke danner selv, men må få i seg via maten. De fermenterende bakteriene kan også være bra for hjerte-kar-system, immunforsvar og stoffskifte.

Melkesyrebakterier er utbredt i matvareproduksjonen og brukes for eksempel til å lage yoghurt og ost ved å gjøre om sukkerstoffet laktose til melkesyre, som klumper sammen melkeproteinene slik at de får en tykkere konsistens.

Detektiver

Kolibakterier blir moderne minesveipere

Normalt forbindes de med matforgiftning, men E. coli-bakterier kan også fungere som detektiver. Ved hjelp av genmanipulering har forskere fått bakterien til å spore opp landminer.

Mer enn 100 millioner landminer ligger spredt rundt om på kloden. De utgjør en sikkerhetsrisiko for folk i områder som er herjet av krig. Derfor har forskere genmanipulert E. coli-bakterier til å kaste lys over de skjulte dødsfellene.

Bakterier peker ut landminer

© Shutterstock

Bakteriekuler spres

Om natten blir kuler av alger med genmodifiserte E. coli-bakterier spredt utover steder der det antas å være miner.

© Shutterstock

sprengstoff tenner lys

Etter tre timer har bakteriene snust opp små forekomster av sprengstoffet TNT. Forekomsten får dem til å danne proteinet GFP, som sender ut lys når det blir belyst med stråler fra et laserbasert skanningssystem, for eksempel fra en drone.

© HEBREW UNIVERSITY

Lys avslører miner

Kameraer på dronen kartlegger de lysende perlene, som indikerer at det er landminer innen to meter. Deretter fjerner mineryddere faren.

I landminer er det sprengstoff, ofte TNT, som avgir gasser som blir hopet opp i bakken. Bakteriene er utrustet med gener som danner selvlysende proteiner når de er i kontakt med TNT og nedbrytingsproduktet DNT.

Ved å spre kuler av et organisk algemateriale fylt med bakterier i landminesoner, kan et skanningssystem se lys fra kuler som ligger ved miner.

Forskerne som står bak de genmanipulerte sprengstoffdetektivene, arbeider fortsatt for å videreutvikle teknologien. De arbeider for eksempel med
å spore andre typer sprengstoff og å utvide rekkevidden av lasersystemet ved å koble det til en drone, slik at større områder kan skannes.

Dessuten vil forskerne begrense bakterienes levetid, slik at de dør utført oppdraget, for å forhindre at genmodifiserte organismer settes fri i miljøet.