Liv kapitel 3 prøvekapitel

6 LIVET SOM

BAKTERIE

Livet som bakterie Den prokaryote celle og antibiotika

3

6 LIVET SOM

BAKTERIE

Livet som bakterie Den prokaryote celle og antibiotika

3

LIVET SOM BAKTERIE 7

Cyanobakterier, som du kan se her på siden, er en af de ældste livsformer på Jorden. Læg godt mærke til, hvordan de ser ud, for du har meget at takke lige netop cyanobakterierne for. Uden cyanobakterierne ville du ikke være her i dag.

De var med til at producere den ilt, der nu findes i atmosfæren, og det er fra dem, planterne har deres evne til at udnytte energien i Solens lys.

Vi kan ikke leve uden bakterierne. De omsætter vores affald, laver vitaminer i vores tarme og gør næringsstoffer til­ gængelige, så planter kan gro – og vi har efterhånden lært at forstå dem så godt, at de er blevet et vigtigt redskab i den moderne bioteknologi. Bakterierne udfordrer os, men når vi lærer bakteriernes verden at kende, kan vi forstå, hvordan deres vækst kan kontrolleres med antibiotika.

Og vi kan forstå, hvorfor de antibiotika, vi kender, en dag vil miste deres effekt.

Når du har læst kapitlet vil du ■ Vide,

hvordan bakterier ser ud ■ Vide, hvad der adskiller bakterier fra andre levende organismer ■ Forstå, hvordan antibiotika virker ■ Forstå, hvorfor antibiotikaresistens opstår

8 LIVET SOM

BAKTERIE

3.1

Escherichia coli Den klare runde petriskål (fig. 3.1) ser livløs ud, men hver eneste af de gullige slimede pletter er en bakteriekoloni, bestående af millioner af bakterier. De tilhører en art, som forskere har studeret intensivt i over hundrede år, og som måske er den organisme på Jorden, vi forstår bedst overhovedet: Escherichia coli, eller blot E. coli.

E. coli er kun få tusindedele af en millimeter lang.

Hver celle er formet som en mikroskopisk u-båd omsluttet af en cellemembran lavet af fedt og en cellevæg dannet af forskellige kulstofholdige molekyler. Cellen er indvendigt pakket med molekyler, der puffer, maser og samarbejder for at få bakteriecellen til at vokse og dele sig igen og igen.

Afhængig af vækstforholdene findes der mellem 3 og 10 millioner proteiner i en enkelt E. coli-celle. E. coli kan under optimale forhold dele sig hvert 20. minut, så der går kun 7-8 timer, før en enkelt celle, der er landet på en næringsholdig agarplade, et blevet til et par millioner bakterieceller, der danner en synlig koloni, se fig. 3.1.

Findes over alt E. coli kan være sygdomsfremkaldende, men de fleste E. coli-stammer er harmløse. Milliarder af dem lever

3.1 Petriskål med agar, en geleagtig substans lavet af ekstrakt fra alger iblandet sukker, vitaminer og næringsstoffer. Pletterne er kolonier af colibakterier.

3.2 Det ser ud til, at mobilen husker andet end telefonnumre!

Hver koloni på denne agarplade er startet med en bakterie eller svampespore, der har siddet på telefonen.

ganske fredeligt i dine tarme, og der findes milliarder og atter milliarder af E. coli overalt på Jorden. I floder, skove, søer, i byer – og ikke mindst i laboratorier.

Lige som mennesker er E. coli et produkt af evolutionen. I laboratoriet kan forskere observere, hvordan variationer i genomet opstår, mutation for mutation, fordi bakterierne deler sig så hurtigt, og fordi deres arvemateriale er let at undersøge. Blandt andet kan forskerne se, hvordan E. coli-stammer bliver modstandsdygtige over for antibiotika.

E. coli har også været med til at afsløre, hvordan det første liv på Jorden så ud. De første levende organismer var prokaryoter, og deres grundplan lignede de E. coliceller, vi kender i dag.

TEST DIN FORSTÅELSE : En enkelt bakteriecelle kan give ophav til en bakteriekoloni. Hvor mange bakterieceller vil du antage, at der er på den agarplade, der viser aftrykket af mobiltelefonen (fig. 3.2)? Hvor mange bakterier tror du, der oprindeligt var på telefonen?

LIVET SOM BAKTERIE 9

3.3 Bakterier er prokaryoter.

De har ingen cellekerne, og DNA’et ligger frit i cellen.

Alligevel kan bakterier, være avancerede organismer, der f.eks. har flageller, der bruges til at svømme.

Cellevæg Ribosom

Cellemembran

Bakteriekromosom (DNA)

Plasmid (DNA) Cytoplasma

Pili

Flagel

3.2

Den prokaryote celle På det punktum, der afslutter denne sætning, kan der ligge omkring 300.000 colibakterier. Ud over deres ringe størrelse er prokaryoter kendetegnet ved at mangle den cellekerne, der i eukaryote celler omslutter og beskytter arvematerialet. Hos prokaryoterne ligger cellens arvemateriale, DNA’et, frit inde i cellen blandt enzymer, proteiner, ribosomer og de stoffer, bakteriecellen lever af.

Denne tætte grød af molekyler indeholder også vand og kaldes cellens cytoplasma.

Hvis du sammenligner med fig. 4.4 [på s. XXX], ser du, at den prokaryote celle også mangler alle de organeller, der findes i den eukaryote celle. Fraværet af organeller er et vigtigt karaktertræk hos prokaryoterne, og som vi vender tilbage til senere i kapitlet, sætter det grænser for bakteriernes størrelse og mulighed for udvikling.

Mobilt DNA Prokaryoternes arvemateriale er samlet i én stor ringformet DNA-streng. Hvis man klippede E. colis cirkulære DNA-streng op, ville den være omkring 1,4 mm lang. Det vil sige næsten tusind gange så lang som E. colis cellekrop, der måler mellem to og seks mikrometer (2-6 µm). Det er kun muligt, fordi DNA’et er viklet tæt omkring særlige proteiner.

På den lange DNA-streng – prokaryotens kromosom – findes det, man kalder ’husholdnings-generne’. Det er gener, der koder for de proteiner, som er livsvigtige for prokaryoten. Men mange prokaryoter har derudover

nogle små ringformede DNA-stykker uden for det store kromosom. Sådanne DNA-ringe kaldes plasmider, og de kan bl.a. indeholde gener, der giver bakterien resistens over for antibiotika.

Plasmider er meget mobile DNA-stykker, der kan overføres fra én type bakterie til en anden. Dermed overfører plasmidet samtidig de egenskaber, det koder for. Det sker alle steder blandt bakterier i deres naturlige miljøer, men de mobile plasmider udnyttes også dagligt i laboratoriet, når forskellige organismer genmodificeres. Her bruges plasmider til at sætte nyt DNA ind i alt fra gær- til kornceller. Genteknologi kan du læse mere om i kapitel 7.

Afgrænsning til omgivelserne Prokaryotens cytoplasma er omgivet af en cellemembran, der primært består af fedtmolekyler. Fedtmolekylerne kaldes fosfolipider, og de danner en smidig hinde, der afgrænser cytoplasma fra omgivelserne.

Dannelsen af en cellemembran kan sammenlignes med det, der sker, når du drypper olie eller andre fedtstoffer i vand. Oliemolekylerne opløses ikke i vandet, men danner små afgrænsede kugler. Fosfolipidernes kemiske egenskaber gør, at de ikke danner en massiv fedtkugle, men i stedet en hul kugleskal, der udgør celle­ membranen.

Ud over at afgrænse cellen fra omgivelserne er det også cellemembranens egenskaber, der afgør, hvilke stoffer der kommer ind i og ud af cellen. I næste kapitel går vi i detaljer med cellemembranens opbygning og funktioner.

10 LIVET SOM

BAKTERIE

3.4 Bakteriernes solide cellevæg består af kæder af to typer kulhydrater (vist som sorte og hvide bokse). Kulhydratkæderne er bundet sammen via peptidbroer.

To typer cellevægge

egne, har nemlig ikke et sådant lag og vil derfor ikke rammes af den bakteriedræbende medicin.

Traditionelt har man delt bakterierne op i to grupper: Dem der har en simpel cellevæg, der består af et peptidoglycan-lag (kaldet grampositive celler), og dem der har en mere kompliceret cellevæg med både et peptidoglycan-lag og en ydre cellemembran (kaldet gramnegative).

Du kan se de to celletyper og en forklaring på betegnelsen gramfarvning i fig. 3.5.

Når millioner af molekyler er pakket sammen på meget lidt plads inde i cellen, vil der være et højt tryk på bakteriens cellemembran. For at cellen ikke skal briste, har bakterierne en stærk cellevæg uden om membranen. Cellevæggen giver cellen struktur og form, men er alligevel så tilpas porøs, at både store og små molekyler kan passere den. Cellevæggen består af sukkerstoffer, der er krydsbundet med aminosyrer. Dette solide lag kaldes peptidoglycan.

Peptidoglycan-laget er et unikt træk ved bakterieceller. Hvis vi vil designe medicin, der specifikt angriber bakterier, er peptidoglycan-laget derfor et godt angrebspunkt for medicinen. Alle andre celler, inklusive vores

TEST DIN FORSTÅELSE : Er bakterien i figur 3.4 gram­

positiv eller gramnegativ? Hvilke karaktertræk adskiller prokaryote celler fra alle andre celler?

Ydre membran Cellevæg Cellemembran

Grampositiv celle

3.5 Den danske læge Christian Gram udviklede en metode til at fastslå, hvilken type cellevæg der omgiver bakterier. Metoden, som kaldes gramfarvning, kan afsløre, om bakterier er gram­ positive eller gramnegative. Grampositive bakterier har en tyk cellevæg, mens gramnegative har en tynd cellevæg og en

Gramnegativ celle

ekstra ydre membran. Når bakterierne farves med stoffet krystal­ violet og derefter vaskes i alkohol, vil det tykke peptidoglycanlag hos grampositive bakterier tilbageholde farvestoffet, så disse vil være blåviolette, imens de gramnegative vil være farveløse.

LIVET SOM BAKTERIE 11

Livets tre domæner Alle bakterier har det tilfælles, at de består af én enkelt celle og hører til gruppen af organismer, der ikke har en cellekerne. Den egenskab deler de med en anden gruppe en­cellede organismer kaldet arkæerne, og tilsammen udgør de to grupper prokaryoterne (prokaryot betyder ’før-kerne’). Manglen på celle­ kerne adskiller bakterier og arkæer fra

ter yo r a ok Pr

alle andre livsformer: Mennesker, fluer, grantræer eller amøber, dem vi kalder eukaryoter (eukaryot betyder ’ægtekerne’), se fig. 3.6.

Arkæer og bakterier har samme stør­ relse og form, men de adskiltes tidligt i livets udvikling, og der er fundamentale forskelle mellem deres biokemi. Arkæer­ nes cellemembran er ander­ledes end

bakteriernes, og det enzym, der udfører trans­skriptionen af DNA, RNA-polyme­ rasen, minder mere om det, der findes hos eukaryoterne end det, man ser hos bakterierne. Arkæerne har spillet en vigtig rolle i udviklingen af eukaryoter fra vores prokaryote forfædre.

Arkæer Eukaryoter

Bakterier

3.6 Livets tre domæner: arkæer, bakterier og eukaryoter. Prokayoter og eukaryoter adskiller sig fra hinanden, ved at eukaryoterne har både en cellekerne og organeller (se kapitel 4), mens prokaryoterne ikke har det.

12 LIVET SOM

BAKTERIE

Et virus er ikke levende Alle nulevende organismer tilhører et af de tre domæner, der vises i fig. 3.6.

Et virus (vira i flertal) hører ikke med her, fordi det ikke betragtes som en levende organisme. Et virus befinder sig på knivsæggen mellem det levende og det ikke-levende, og er – med nobelpris­ modtageren Sir Peter Medawars ord – ”…ikke andet end lidt DNA omgivet af dårligt nyt”.

Et virus indeholder arvemateriale, enten som DNA eller RNA, pakket ind i en kappe af proteiner, men det har ikke sine egne ribosomer eller enzymer, der kan sørge for at arvematerialet bliver læst og udtrykt, og det kan ikke omsætte energi.

En viruspartikel kan ikke selv blive til flere, og derfor betragtes den som en død partikel. En død partikel lavet af livets byggesten.

Bakteriofag

Kappe af proteiner Bakteriekromosom

Den eneste måde, et virus kan formere sig på, er ved at inficere en levende celle og tvinge cellen til at lave nye viruspartikler. Første trin i processen er, at virussets arvemateriale kopieres i cellen. Derefter oversættes virussets gener til protein af cellens ribosomer. Virusgenomet koder for de proteiner, viruspartiklen er bygget af, herunder kappeproteinerne, og værts­ cellen producerer dermed store mæng­ der virusbyggesten, der samles til nye viruspartikler. Sådan skabes tusinder af nye viruspartikler, der nu kan forlade værts­cellen og inficere nye celler. Som regel dræbes værtscellen i processen (se fig. 3.7).

Bakteriecelle

1. Virus fasthæftes til værtscellen

2. Viralt arvemateriale (DNA eller RNA) indføres i cellen

3. Bakteriens eget DNA nedbrydes

4. Virusproteiner og viralt arvemateriale produceres i cellen, og nye vira samles

5. Cellen sprænges, og vira frigives

3.7 En virus skaber nye partikler ved at bruge værtscellens proteinsyntese­ apparat. Her inficeres en bakteriecelle af et virus, en såkaldt bakteriofag. Når du er forkølet eller har influenza, skyldes det en virusinfektion i dine celler.

LIVET SOM BAKTERIE 13

3.3

Ind i bakteriernes verden Forholdet mellem størrelsen på en bakterie og en blåhval svarer til forholdet mellem et menneske og hele jordkloden. Den enorme forskel mellem de to organismers størrelse betyder, at bakterien oplever fysiske fænomener, som f.eks. tyngdekraften, helt anderledes end blåhvalen.

Bakteriens mikroskopiske verden styres af diffusion og væskers viskositet, imens tyngdekraften har minimal betydning.

En bakteries ringe størrelse gør det til en udfordring at sanse omverdenen og bevæge sig. Men en snurrende flagel (en ’hale’), og en såkaldt kemoreceptor, der kan reagere på kemiske ændringer i omgivelserne, gør bakterien i stand til at navigere. Mennesker har milliarder af nerveceller, der både modtager og fortolker sanseindtryk og tager beslutninger om, hvor vi vil bevæge os hen (se kapitel 10). Bakterien har ingen hjerne, men den har et system, der med få elegante regler sætter den i stand til at finde vej.

Lige ud og så en kolbøtte Hvis man kigger på E. coli igennem et mikroskop, ser bevægelserne helt kaotiske ud. Bakterierne svømmer hurtigt lige ud for så pludselig at standse op og vride sig rundt i mærkelige kolbøtter og derefter fare afsted igen i 3.8 Bakteriens bevægelser er drevet af flagellen. Her ses en sværm E. coli i bevægelse.

en ny tilfældig retning. Tilsyneladende helt kaotisk.

Deres besynderlige adfærd kalder man ”run and tumble”, og følger man en bakteries spor, giver de to bevægelser et mærkeligt zigzag-mønster, se fig. 3.9. ”Run and tumble”-bevægelsen styres meget enkelt af bakteriens flagel, der igen styres af bakteriens sanse­ apparat: kemoreceptoren. Flagellen er en pisketråd, som sidder i bakteriecellens væg og drejer lynhurtigt rundt, som en skibsskrue (se fig. 3.8). Når flagellen drejer den ene vej, mod uret, driver den bakterien fremad, og når flagellen drejer den anden vej, med uret, slår det bakte­ rien ud af kurs og får den til at trille rundt i kolbøtter.

Flagellen er en effektiv propel. Den drejer mellem 16.000 og 60.000 gange rundt i minuttet, det vil sige op til 40 gange så hurtigt som en centrifugerende vaske­ maskine. Bakterierne har en eller flere flageller, der alle drejer rundt og driver bakterien frem.

Bakterier kan sanse og bevæge sig Flagellen styres af kemoreceptoren, der giver bakterien en meget fintfølende sans, når det gælder næring. Den ville f.eks. kunne sanse en teskefuld sukker opløst i en swimmingpool. Receptoren består af en samling molekyler, der sidder uden på bakteriens cellevæg. Når et sukkermolekyle sætter sig i receptoren, passer det som en nøgle i en lås, og så går det stærkt. På mindre end

14 LIVET SOM

BAKTERIE

3.1 a) En bakteries ”run and tumble”-bevægelser. Bakterien be­ væger sig et stykke ligeud, derefter slår den en koldbøtte og æn­ drer retning i et tilfældigt zigzag-mønster. Når kemo­receptoren ikke stimuleres, er bevægelsen et tilfældigt zigzag-mønster.

b) Når en bakterie sanser f.eks. sukker eller ilt, målretter den i højere grad sine bevægelser. De ’løb’, bakterien foretager i retning af sukkeret, bliver længere, og zigzag-mønstret får en overordnet retning.

0,2 sekunder går der besked fra kemoreceptoren til flagellen, og bakterien holder kursen mod det lækre sukker.

Når bakterien sanser f.eks. sukker, ændrer den sit bevægelsesmønster. Den laver længere løb og slår færre kolbøtter. Kolbøtterne sender stadig bakterien i tilfældige retninger, men løbene bliver længere, når den bevæger sig mod sukkeret. Den bevæger sig stadig i zigzag, men nu har zigzag-mønstret fået en overordnet retning (fig. 3.9).

Bakteriens mulighed for at bevæge sig er et eksempel på, at den samme fysiske omverden opleves helt for­ skelligt, afhængig af om man er en blåhval eller en mikroskopisk bakterie.

Fart giver retning De små bakterier har fart på. En normal E. coli kan bevæge sig op til 100 kropslængder per sekund. Det svarer til, at et menneske kunne svømme 180 meter i sekundet.

Den hurtigste bakterie vi kender, er Ovobacter propellens, der bevæger sig med en hastighed på én millimeter eller 200 kropslængder per sekund.

Bakterierne er tvunget til at svømme hurtigt, hvis de vil finde vej. De er så små, at de påvirkes af de sitrende bevægelser, som alle molekyler – også vandmolekyler – har. Hvis bakterien svømmer for langsomt, slår mole­ kylerne den ud af kurs, når de tilfældigt hamrer ind i bakterien.

I bakteriens mikroskopiske verden opleves vand som tyktflydende sirup på grund af denne modstand. Hvis bakterien overhovedet skal kunne flytte sig og holde den rigtige retning, når den sanser ændringer i omgivelserne, skal den altså holde en høj fart, og det kræver en meget effektiv svømmeteknik.

Hvorfor er de så små?

Når der nu findes så mange bakterier, og de er den gruppe organismer, der har været på Jorden i længst tid, hvorfor er der så ikke på et eller andet tidspunkt opstået en kæmpebakterie, en bakterie-dinosaur?

Den største bakterie, vi kender, hedder Thiomargarita (fig. 3.10). Den kan blive lidt over en halv millimeter i diameter, og vi kan kun lige akkurat skimte den med det blotte øje. De fleste andre bakterier er meget mindre – de mindste kun en halv mikrometer – og vi må forstørre dem hundreder eller tusinder af gange for at kunne se dem.

Bakteriers mangel på komplekse strukturer (organeller) er årsagen til, at der ikke findes bakteriekæmper. De har ingen transportsystemer inde i cellen, der kan fragte stoffer fra den ene ende til den anden, og er derfor afhængige af passiv diffusion (se s. [16]) til at transportere alle slags stoffer rundt i cytoplasmaet.

Afhængig af diffusion Diffusionsprocessen er særdeles effektiv over korte afstande, men meget langsom over store afstande, fordi diffusionstiden vokser med afstanden i anden potens.

Så hvis afstanden fordobles, tager diffusion fire gange så lang tid.

LIVET SOM BAKTERIE 15

3.10 Bakterieceller fra slægten Thiomargarita. Den indeholder verdens største bakterier, som kan blive lidt mere end en halv mm i diameter. Thiomargarita betyder svovlperle, og navnet skyldes, at de store bakterieceller ligger som perler på en snor. Inde i hver bakterie kan man se en mængde skinnende dråber. Det er svovl, der reflekterer lyset og giver bakterierne deres hvide farve. Bakterierne bruger svovlet i energidannende processer.

fig03-08.ai

Diffusionstid

fig03-10.ai

1 µm

1 millisekund

r’

1 sekund

1 time

1 cm

1 dag

10 cm

1m

1 år

Hv al

Tu n

Si ld

fis

k

pe

10 µm 100 µm 1 mm

Re je

dl op

de

’dy Va n

åp Sm

En ce lle

nt ep

la n Længde

la

ie kt er Ba

3.11 Sammenhængen mellem afstand og diffusionstid. Diffusions­ tiden afhænger af afstanden i anden potens, og hvis transporten af ilt i en hval skulle foregå vha. diffusion, ville det i gennemsnit tage 1000 år, før et iltmolekyle nåede fra den ene ende af hvalen til den anden.

Hvis vi vender tilbage til en lille bakteriecelle som E. coli, vil de stoffer, der bliver brugt og produceret i cellens stofskifteprocesser, teoretisk set møde alle cellens enzymer hvert eneste sekund. Den hurtige diffusion betyder, at forskellige enzymdrevne processer spiller effektivt sammen i bakterien. Det system bryder sammen, så snart cellen bliver større, for da bliver diffusionen alt for langsom.

Bakteriecellens enkle opbygning og manglende transportsystemer i cytoplasmaet er et eksempel på en evolutionær begrænsning af en organismegruppe. Vi vil aldrig opleve kæmpebakterier, fordi bakteriecellen ikke har transportsystemer i cytoplasmaet og er afhængig af diffusion.

kt on

Hvis vi bruger iltmolekylet som eksempel, tager det kun et millisekund for molekylet at bevæge sig tværs gennem en bakterie, der måler 1 tusindedel af en millimeter.

Hvis bakterien derimod var tusind gange større, altså en millimeter, opstår der problemer, for nu vil det tage op mod en time for et iltmolekyle at rejse fra den ene side af bakterien til den anden.

Figur 3.11 viser, hvor lang tid det tager for et iltmole­ kyle at bevæge sig over forskellige afstande ved hjælp af diffusion. Her bliver det tydeligt, hvorfor store organ­ fig03-08.ai:2 ismer som menneskekroppe har brug for aktive transportsystemer til at få bragt stoffer rundt i kroppen (se kapitel 5).

10 m

1000 år

16 LIVET SOM

BAKTERIE

Diffusion og osmose

Farvemolekyler

Farvemolekyler

Vandmolekyler

Vandmolekyler

3.12 Et eksempel på diffu­ sion. Når en dråbe farvestof dryppes i et bægerglas med vand, vil farvestoffet til at begynde med være samlet lokalt i en dråbe, hvor kon­ centrationen af farvestofmolekyler er meget høj.

Men efter noget tid vil molekylerne have fordelt sig jævnt i bægerglasset.

Ligevægt

Ligevægt Diffusion I en gas eller en væske er molekylerne i konstant bevægelse. Jo højere tempe­ raturen er, jo mere bevægelsesenergi indeholder molekylerne, og jo hurtigere bevæger de sig. Diffusion er den proces, hvorved molekyler over tid fordeler sig jævnt i et tilgængeligt rum, fordi de er i konstant bevægelse (se fig. 3.12).

Nettobevægelsen af farvestofmole­ kylerne foregår fra området med høj koncentration mod områder med lav koncentration, indtil der er samme koncentration i hele bægerglasset. Jo større forskel, der er i koncentrationen af et stof imellem to områder i en væske, og jo varmere væsken er, jo hurtigere går diffusionen.

Semipermeabel membran Diffusion er et vigtigt fænomen, som alle levende celler skal håndtere, fordi cellemembranen tillader visse stoffer – men ikke alle – at passere. Vi siger, at cellemembranen er semipermeabel.

Bl.a. kan vandmolekyler passere ind og ud af cellen, både gennem selve membranen og gennem særlige vand­ kanaler i den.

Hvis vi placerer en bakteriecelle i et glas rent vand, hvor vil koncentrationen af vandmolekyler da være størst – inde i eller uden for cellen? Her vil vandet bevæge sig ind i cellens cytoplasma, hvor der er en lavere koncentration af vandmolekyler. Uden sin cellevæg ville bakterien svulme op og briste, fordi trykket fra vandmolekylerne ville sprænge cellemembranen.

Princippet gælder også den anden vej. Hvis vi placerer en bakteriecelle i et glas med salt, vil vandmolekylerne bevæge sig fra den høje koncentration inde i bakterien og ud i saltmassen, hvor der næsten ikke er noget vand.

Resultatet er, at bakteriecellen falder sammen, som en bold uden luft, og dør.

Det er derfor, vi kan bruge salt til at kon­ servere f.eks. skinke; saltet forhindrer bakterierne i at vokse og formere sig, simpelthen fordi de dehydrerer.

Osmose Diffusion af vand gennem en semiper­ meabel membran som cellemembranen kaldes for osmose. Det er en fysisk proces, der påvirker alle levende celler.

I kapitel 4 skal vi udforske, hvordan pumper og transportsystemer i cel­ lemembranen kan regulere cellens osmotiske tryk.

Osmose foregår, når vandkoncentra­ tionen er forskellig på hver side af en semipermeabel membran. Hvis et stof, f.eks. glukose, opløses i vandet på den ene side af membranen, vil koncentra­ tionen af vandmolekyler blive mindre på denne side, og vand vil ved diffusion bevæge sig over i glukoseopløsningen (se fig. 3.13).

Glukose er i denne sammenhæng et osmotisk aktivt stof, fordi det ikke kan trænge igennem membranen og derfor forårsager osmose. Den samme effekt kan opnås med f.eks. køkkensalt, NaCl, fordi hverken natrium- eller chlorid-ioner kan passere membranen.

LIVET SOM BAKTERIE 17

3.13 Osmose er diffusion af vand gennem en semiper­ meabel membran, f.eks. en cellemembran. ∆p

Osmose

Semipermeabel membran

Røde blodlegemer

Osmose i celler Placeres en celle i en isotonisk opløsning (fig. 3.14, i midten), dvs. en opløsning, hvor koncentrationen af opløste stoffer er den samme som inde i cellerne, vil der diffundere lige mange vandmole­ kyler ind og ud af cellen.

Placeres cellen i stedet i en hypotonisk opløsning (f.eks. rent vand), hvor koncentrationen af opløste stoffer er mindre end i cellen, vil der være en større koncentration af vandmolekyler uden for membranen. Vandmolekylerne vil derfor diffundere ind i cellen, som svulmer op (fig. 3.14, t.v.).

Det modsatte sker i en hypertonisk opløsning (fig. 3.14, t.h.), hvor koncentrationen af opløste stoffer er højere end i cellen. Her vil vandmolekyler fra cellen diffundere ud i opløsningen – og cellen skrumpe ind. Plantecellers stive cellevæg kan ikke trækkes sammen, og i et mikroskop kan du se, hvordan membranen slipper cellevæggen, i takt med at cellen taber vand. Fænomenet kaldes plasmolyse.

Vand

Hypotonisk opløsning

Vand

Vand Vand

Isotonisk opløsning

Hypertonisk opløsning

Vand

Planteceller

3.14 Osmose i hhv. hypotonisk opløsning (til venstre), isotonisk opløsning (i midten) og hypertonisk opløsning (til højre). I røde blodlegemer har osmose store konsekvenser for cellernes facon. Planteceller er udstyret med en robust cellevæg og kan opnå et meget højt indre tryk uden at sprænges.

Vand

18 LIVET SOM

BAKTERIE

Livet på kanten – ekstreme bakterier Bakterier er simple strukturer og samtidig de mest sej­ livede og tilpasningsdygtige organismer, der findes. Gift, syre og ekstreme tryk- og temperaturforhold er udfordringer, som de har overvundet.

Bakterier findes over alt og vil kunne overleve alt fra meteoritnedslag til atomkatastrofer: I kernereaktorens affaldscontainer kan man finde bakterien Deinococcus radiodurans (ø.tv.), der omsætter både kviksølv og giftstoffet toluen. Den kan klare en strålingsdosis på 5000 Gy; til sammenligning vil 5 Gy slå et menneske ihjel, og 800 Gy vil dræbe E. Coli.

En anden bakterie, Pyrolobus fumarii (ø.th.), stortrives, vokser og deler sig i 113 grader varmt vand, der sprutter ud af undersøiske gejsere. I iskolde søer under isen i Antarktis søer findes millioner af bakterier, på billedet

nederst til venstre er en undervandsdrone på vej ned for at undersøge de arktiske bakterier. I varme svovlholdige kilder, som du kan se nederst til højre, finder man bakterier, der stortrives i syre med en pH på 2.

Andre bakterier har specialiseret sig i at leve ’på en sten’. De bruger næsten ingen energi og lever så langsomt, at vi ikke kan se, at de deler sig. Deres omsætning af stoffer er 10.000 gange langsommere end E. coli, og måske er det eneste, de foretager sig, at holde cellen ved lige. De findes bl.a. begravet i havbundens 3,5 millioner år gamle basalt, og forskerne må bruge en hammer for at få dem ud af stenen. Når man ser på antallet og vægten af de bakterier, der lever dybt nede i Jorden, ser det faktisk ud til, at der er mere liv under jordoverfladen end over den.

LIVET SOM BAKTERIE 19

3.15 Purpursvovlbakterier trives, hvor der er hydro­ gensulfid (H2S), lys og iltfrit.

I sjældne tilfælde sker det, at purpursvovlbakterierne kan farve søvand helt rødt.

Hårdføre skraldemænd Mange bakterier har evnen til at udnytte specielle stoffer i deres energistofskifte. De flotte pink purpursvolvbakterier bruger f.eks. solens lys og gassen hydrogensulfid (H2S) til at vokse med (fig. 3.15). Andre bakterier kan leve af jern, svovl eller endda olierester.

De ekstreme bakteriers særlige biokemi kan blandt andet udnyttes, når der skal ryddes op i naturen. Olie indeholder f.eks. kræftfremkaldende PAH’er (polycykliske aromatiske hydrocarboner), som nogle bakterier lever af og derfor kan fjerne ved at omsætte PAH’erne til nye bakterier.

En anden art, Deinococcus radiodurans, bruges til at rense forurenede områder, hvor der er høj radioaktiv stråling, fordi den kan fjerne kviksølv og toluen. Der forskes derfor i, hvordan de ekstreme bakterier kan genmodificeres, så de bliver endnu mere effektive skraldemænd, der kan håndtere det affald, der er for giftigt for mennesker.

Bioteknologisk guldgrube De ekstreme bakterier har en ekstrem biokemi, og de kan være en guldgrube for biotek-industrien. Enzymerne i din krop fungerer bedst ved 37 oC, men de ekstreme bakteriers enzymer kan være tilpasset høje temperaturer, meget sure miljøer eller isnende kolde forhold.

Vi møder enzymer fra ekstreme bakterier mange steder, f.eks. i industrielt produceret brød eller i vaske­ pulver. Nogle typer vaskepulver er specialdesignet til kold vask og indeholder enzymer, der fungerer optimalt ved lave temperaturer og i det basiske miljø, der findes i vaskepulveret. Andre vaskemidler fungerer bedst ved høje temperaturer, fordi de indeholder varmetil­passede enzymer. Enzymer fra de ekstreme bakterier bruges især i fødevareindustrien, hvor mange processer foregår ved høj temperatur.

Bakteriernes ekstreme tilpasningsevne giver os dog også problemer, for det gør dem f.eks. også i stand til at modstå den kemiske krig, vi fører med antibiotika, når vi vil slå sygdomsfremkaldende bakterier ihjel.

TEST DIN FORSTÅELSE : Sammenlign diffusionstiden fra overfladen til midten af tre kugleformede bakterier med en radius på hhv. 1 µm, 10 µm og 100 µm. Hvad betyder bakteriens facon for diffusionstiden til midten af bakterien? Kan du foreslå en bakteriefacon, der optimerer bakteriens iltoptag?

20 LIVET SOM

BAKTERIE

3.4

Antibiotika En dag i 1928 dalede et lille kim fra mugsvampen Penicillium ned i en åben petriskål på den skotske mikrobiolog Alexander Flemings laboratoriebord, og en ny æra inden for medicinsk forskning var begyndt. Petriskålen var podet med bakterien Staphylococcus aureus, en bakterie der kan give både bylder og blodforgiftning, og Fleming bemærkede, at der var et klart område, helt fri for bakterier, rundt om den Penicillium-koloni, der groede ud fra det lille kim, der var landet i den ene side af petriskålen (se fig. 3.16). Svampen producerede et stof, der var dødeligt for bakterien, og det stof var diffunderet ud i petriskålens agar, så bakterierne ikke kunne gro tæt på svampen.

Alexander Flemming isolerede svampens aktive bakteriedræbende stof og kaldte det penicillin. Det tog en del år, før man fandt ud af at producere stoffet i store mængder, men mod slutningen af Anden Verdenskrig, i 1944, kunne soldaterne nyde godt af det nye vidundermiddel, der kurerede infektioner, man tidligere døde af.

Angriber bakteriens unikke biokemi I dag har vi mange forskellige typer antibiotika. Nogle typer er bredspektrede, dvs. at de rammer mange forskellige bakterier samtidigt, imens andre slår hårdt og præcist ned på bestemte typer bakterier og kaldes for specifikke antibiotika.

Nogle antibiotika produceres naturligt af især svampe og af bakterierne selv, mens andre produceres i labora­ torier, hvor vi ændrer de naturlige antibiotika en smule for at gøre dem mere potente eller mindske deres bivirkninger; de stoffer kaldes semisyntetiske antibiotika. Andre antibiotikatyper er helt syntetiske og laves fra bunden i laboratoriet.

Et godt antibiotikum rammer den sygdomsfrem­ kaldende bakterie præcist og påvirker ikke værtens – dvs. patientens – celler. Takket være alle studierne i E. coli og dens slægtninge har vi et indgående kendskab til bakteriecellernes struktur og biokemi, og vi ved, hvor de er forskellige fra os. Den viden kan vi udnytte.

Et godt eksempel er, at bakterier – og kun bakterier – har stoffet peptidoglycan i deres cellevæg. Når en række antibiotika som f.eks. penicillin, vancomycin og cephalosporin angriber bakterien ved at forstyrre opbygningen af peptidoglycanen, mærker vi derfor ikke selv antibiotikaens tilstedeværelse. Måske lige med undtagelse af maveproblemer, da den gode bakterieflora i tarmen også påvirkes.

Sådan virker penicillin

3.16 Staphylococcus aureus-bakterien fortrænges af Penicilliumsvamp. Nederst i petriskålen breder Penicillium-svampen sig og danner en stor hvid plamage. Rundt om svampen er der et klart område, hvor bakterierne, der er strøget ud på pladen i et tåget spor, ikke kan vokse. Svampen udskiller penicillin, der diffunderer ud i agaren og forhindrer bakterierne i at vokse.

Penicillin hører til gruppen af antibiotika, der kaldes beta-lactamer, og de er både historisk og medicinsk en af de vigtigste typer antibiotika, vi har.

Beta-lactamerne (fig 3.17) blokerer de enzymer, der står for at krydsbinde molekylerne i peptidoglycanen.

Dette gør cellevæggen svag, og bakterierne vil til sidst briste pga. trykket i deres celle.

På fig. 3.18 kan du se de angrebspunkter, forskellige typer antibiotika har. De forskellige typer angriber bakteriecellen, der hvor dens biokemi adskiller sig fra vores cellers biokemi. Derfor er et grundlæggende kendskab både til bakteriers og til eukaryoters biokemi vigtig, når nye typer medicin skal udvikles.

LIVET SOM BAKTERIE 21

HN

R O

S

Immune bakterier

CH3

N

CH3

O O

O

3.17 Penicillin tilhører gruppen af antibiotika, der kaldes beta-lactamer. Beta-lactamringen er vist med rødt og består af tre kulstofatomer og et kvælstofatom. Det er den del af molekylet, der giver penicilin antibakterielle egen­skaber. Der kan sidde forskellige kemiske grupper, hvor R er placeret.

Opdagelsen af antibiotika har haft afgørende betydning for sundhedstilstanden hos hele verdens befolkning. Med antibiotika er vi blevet i stand til at bekæmpe infektionssygdomme som for eksempel tuberkulose og den type lungebetændelse, der er forårsaget af bakterier.

Det redder hvert år titusindvis af menneskeliv, men allerede få år efter Anden Verdenskrig, hvor vi begyndte at ordinere antibiotika i større stil, begyndte de negative konsekvenser at vise sig.

3.18 Forskellige typer af antibiotika angriber forskellige dele af bakterie­ cellens biokemi. Her ses hvor de mest almindelige typer antibiotika virker i cellen. Bakteriens cellevæg, typen af ribosomer og produktionen af folsyre er alle unikke karakteristika for bakte­ rien, og derfor designes antibiotika til at angribe bakterien netop her.

I 1948 havde japanerne fået kontrol over Shigella-bakterien, der kan forårsage dysenteri. Fire år senere, i 1952, var antallet af dysenteri-tilfælde pludselig steget fra 20.000 til 110.000. Shigella-bakterien havde nemlig lynhurtigt udviklet immunitet over for ikke bare ét, men flere forskellige antibiotika, så behandlingen ikke længere havde nogen effekt. Et globalt ufrivilligt evolutionseksperiment var sat i gang, hvor den kemiske krigsførelse mod bakterierne gav massive fordele til de få bakterier, der kunne klare mosten.

For hver eneste ’magisk kugle’, vi har forsøgt at beskyde bakterierne med, har de fundet et lige så effektivt ’skjold’ at beskytte sig bag. I starten var det kun en lille andel af bakterierne, der var resistente mod antibiotika, men resistens er blevet mere og mere almindelig. Stoffer, der engang var dødbringende for en sygdomsfremkaldende bakterie, er derfor nu ubrugelige i behandlingen.

Mekanismen bag udviklingen af antibiotika-resistens heder naturlig selektion: Udvælgelsen af de individer der har størst succes med at overleve og formere sig (fig. 3. 19). Det er den samme mekanisme, som har givet en stor del af verdens befolkning evnen til at fordøje mælkesukker i voksenalderen, som vi så i kapitel 1.

Forhindrer opbygning af cellevæg Penicillin (β-lactamer) Vancomycin Caphalosporin

Hæmmer vækst ved at forhindre produktion af folsyre Sulfonamider

Hæmmer proteinsyntese Tetracyklin Streptomysin Chloramfinicol Erythromysin

22 LIVET SOM

BAKTERIE

Antibiotika

veau

Høj

Resistensniveau

Oprindelig population

Lav

Ny population

Høj

Oprinde

3.19 Blandt en gruppe bakterier er der individer med forskellig grad af modstandskraft over for antibiotika.

Når bakterierne udsættes for antibiotika, foregår der en kraftig selektion, hvor

kun de, der er bedst tilpasset, dvs. dem med højest resistens, overlever. Når bak­ terierne igen formerer sig, vil resistens­ generne nedarves, og i den nye gruppe bakterier vil alle varianter have et højt

Men hvor evolutionen i dyreverdenen foregår så langsomt, at forandringer ikke kan observeres i løbet af et enkelt menneskes levetid, så foregår markante evolutionære ændringer hos bakterier, der udsættes for et kraftigt selektionspres, inden for måneder.

Selektion betyder udvælgelse, og antibiotika er en barsk selektiv kraft. Den slår alle de bakterier ihjel, der mangler en forsvarsmekanisme mod stoffet. Men hvis der bare er en enkelt af de mange millioner af bakterieceller, der har evnen til at overleve antibiotikaangrebet, går denne bakterie gyldne tider i møde. Alle dens kon­ kurrenter er væk, og den har fri adgang til sukker eller anden føde, som den før skulle dele med sine artsfæller.

Nu kan den dele sig uhæmmet, og næste gang bakterierne rammes af antibiotika, har de forsvarsmekanismen klar. For den forfader, der overlevede det første anti­ biotikaangreb, har givet sine resistensgener videre til alle sine efterkommere (fig. 3.19).

Stor variation og hurtig nedarvning Udviklingen af antibiotikaresistens har vist os, at populationsstørrelse og generationstid er faktorer, der betyder meget for, hvor hastigt evolutionen af nye egenskaber foregår. Populationsstørrelsen har betydning for antallet af varianter og dermed sandsynligheden for, at der findes en variant med fordelagtige egenskaber.

Hvor der er mange bakterier, dvs. i en stor population, er der større sandsynlighed for, at der findes en celle, der

niveau af resistens. Vi selekterer derfor for antibiotikaresistens, når vi bruger antibiotika.

helt tilfældigt har en mutation i sit arvemateriale, der gør den resistent over for et givent antibiotikum, end der ville være i en lille population. Det svarer til, at sandsynligheden for at finde en person med rødt hår er større, når du kan lede blandt alle eleverne på din skole, end hvis du kun kigger rundt i din klasse.

Den anden faktor, generationstiden, dvs. den tid det tager, før næste generation er sat i verden, er også vigtig i evolutionsprocessen. Og her er bakterierne verdens­ mestre. Bakterierne er lynhurtige til at formere sig og har en generationstid, der måles i minutter.

Hver gang en bakterie deler sig og skaber en ny generation, opstår der tilfældige mutationer i afkommets DNA. Nogle mutationer er skadelige og svækker eller dræber bakterien, mens andre mutationer er neutrale og ikke påvirker bakterien. Nogle mutationer er derimod gavnlige i bestemte situationer. Sandsynligheden for, at der tilfældigt opstår gavnlige mutationer, f.eks. antibio­ tikaresistens, er større, jo flere gange en organisme formerer sig.

Horisontal gen-overførsel Men den store populationsstørrelse og den hurtige generationstid er ikke hele hemmeligheden bag bakteriernes hurtige evolution af antibiotikaresistens. Forskningen har vist, at resistens ikke kun gives videre fra generation til generation gennem nedarvning af mutationer.

LIVET SOM BAKTERIE 23

Konjugation

3.20 Overførsel af gener mellem bakterier. Bakterier bytter let gener, også selvom de ikke er i familie. Her er vist tre mekanismer, hvor gener overføres fra et individ til et andet, uden at der er tale DNA overføres mellem to bakterier, der er i kontakt med hinanden via et rør, et sex-pilus DNA overføres mellem to bakterier, der er i kontakt med hinanden via et rør, et sex-pilus om nedarvning. Det kaldes med en samlet betegnelse horisontal gen-overførsel.

Konjugation

Transduktion

Transduktion

DNA overføres fra en bakterie DNA overføres fra en bakterie til en anden via bakteriofager til en anden via bakteriofager

Transformation

Transformation

Korte stykker frit DNA optages af bakterien Korte stykker frit DNA optages af bakterien

Plasmidbåren resistens er en anden mekanisme, hvormed generne spredes hos bakterier. Plasmiderne, som du læste om i afsnittet ”Mobilt DNA” [(s. XXX)], kan over­ føres fra en bakterie til en anden gennem strukturer kaldet pili, men de kan også optages direkte fra omgivelserne. Når en bakterie dør, kan en anden bakterie således optage plasmid-DNA’et og bringe de gener, der sidder på plasmidet, i spil i cellen.

Virus, der angriber bakterier, ser også ud til at spille en vigtig rolle i at transportere gener mellem forskellige bakterier. Når et virus har angrebet en bakterie, kan bakterien ved et tilfælde komme til at indarbejde sine gener i viruspartiklens arvemateriale, og når virus så angriber den næste bakterie, vil den overføre generne til den nye vært.

Multiresistens Det sker, at bakterier har fået flere plasmider med flere forskellige typer resistensgener, og af og til kobles plasmiderne sammen inde i bakterien og skaber et nyt superplasmid, der bærer flere resistensgener. På den måde opstår der multiresistente bakterier.

Bakterier med multiresistens-plasmider lever godt, hvor der bliver brugt meget antibiotika, for antibiotikaen selekterer alle andre bakterier væk. Så selvom den multiresistente bakterie måske ikke er den bedste i klassen til at finde føde, gør det ikke noget, så længe den har sit resistens-plasmid, og der er antibiotika til at holde de andre bakterier væk.

Virkningen af antibiotika er ved at smuldre, og det sker igen og igen, at sygdomme, der ellers har været trivielle at behandle, ikke længere kan slås ned på denne måde.

Det gælder også dødbringende sygdomme som tuber­ kulose.

Teorien om naturlig selektion fortæller os, at jo mere antibiotika der bruges, jo hurtigere opstår resistensen, og den viser, at selvom vi finder nye typer antibiotika, vil der også opstå resistens over for dem. De tørre tal viser, at det holder stik. I de dele af verden, hvor antibiotikaforbruget er størst, ses også den største forekomst af resistens hos sygdomsfremkaldende bakterier.

Udviklingen kan vendes Det samme gælder på landbrugsområdet. Den type landbrug, der har det mest intensive forbrug af antibiotika i produktionen, er også der, hvor der findes det største resistensniveau hos bakterierne. Og når vi ved, hvor let bakterier bytter gener, er bekymringen for overførsel af resistensgener fra bakterier, der inficerer f.eks. grise, til bakterier der skaber sygdomme hos mennesker, vel­ begrundet.

Tal fra dansk landbrug viser os dog også, at en indsats kan hjælpe. I 1995 blev brugen af vækstfremmeren avo­ parcin udfaset. Stoffet ligner et antibiotikum, vanco­ mycin, og den udbredte brug gav anledning til resistens mod dette ellers meget anvendte lægemiddel, der bl.a. bruges til at behandle blodforgiftning. Da avoparcin blev

80

100

30.000

80

24 LIVET SOM

BAKTERIE

25.000

60

80 60

Resistente bakterier (isolater), %

Avoparcin forbrug, kg

40

60

100

30.000

40 20

40 80

25.000

20 20.000

0

20

60

1994

0 1994

0

40

1994

1995

1996

1997

1995 1998

1996

Årstal

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

1997

0

2003

2004

1998

5.000 Avoparcin

Slagtekyllinger

Avoparcin

0

15.000

2000 10.000 2001

1999

20

1995

3.21 Forbruget af Avoparcin 20.000 i dansk landbrug og resistens­ 15.000 niveauet for vancomycin hos Enterococcus faecium, i slagtekyllinger og svin.

10.000 (Kilde: Hammerum et al.)

1996

1997

1999

1998

2000

2001

2002Årstal 2003 2004 Avoparcin Slagtekyllinger

1999

5.000 2000

Årstal 2002 0 2003 2005 Slagtekyllinger Grise

Grise

2005

Årstal Avoparcin

Slagtekyllinger

fjernet fra produktionen af svin og slagtekyllinger, faldt resistens­niveauet hos bakterien Enterococcus faecium, der lever i dyrene markant (fig. 3.21). Det var ikke længere en fordel for bakterierne at have resistensgenerne, så de gled ud af bakteriepopulationen.

Man regner dog med, at resistensgenerne stadig findes hos nogle bakterier i staldene, og hvis man genindfører systematisk brug af avoparcin, vil det hurtigt igen give et højt resistensniveau hos bakterierne. Eksemplet viser, at selvom antibiotikaresistens er et globalt problem, ser det ud til, at en regional indsats kan give en lokal forbedring af resistensniveauet.

Grise

De multiresistente MRSA-bakterier I Danmark har vi et stigende antal infektioner med multiresistente bakterier (fig 3.22). Blandt dem er især de såkaldte MRSA-bakterier på fremmarch.

MRSA står for methicilinresistente stafylokokker. Det særlige ved MRSA er, at disse bakterier er resistente over for en række antibiotika, som ellers er standardbehandlingen mod stafylokokker. Blandt andet er de resistente over for methicillin, der ligner almindeligt penicillin.

Raske personer, der bliver smittet med MRSA, vil ofte slet ikke opdage, at de er smittet, men MRSA er farlig for personer, der i forvejen er svækkede af sygdom eller alderdom. Hvis svækkede personer bliver smittet med MRSA, kan det f.eks. være svært at slå en lungebetæn­ delse ned med antibiotika. Der er tilfælde, hvor MRSAinfektioner har været dødelige.

MRSA findes mange steder i samfundet, bl.a. på hospitalerne, hvor spredningen til svage modtagelige patienter udgør et særligt problem. I Danmark er det lykkedes at kontrollere hospitals-MRSA, og i dag er hospitalsspredningen lav.

Registrerede tilfælde

3.22 Udviklingen af MRSA-tilfælde i Danmark fra 2007-2015. Antallet af tilfælde, der skyldes husdyr-MRSA, er steget meget kraftigt siden 2010.

I 2015 udgjorde de 39 % af alle nye Husdyr-MRSA MRSA-tilfælde. Husdyr-MRSA er nu Andre typer MRSA den hyppigst fundne MRSA-type hos MRSA-positive personer.

(Kilde: Statens Serum Institut)

2500

2000

1500 Registrerede tilfælde 2500 1000 2000 500

Husdyr-MRSA 1500 0

Andre typer MRSA 2007

1000

500

0

2008

2009

2010

2011 Årstal

2012

2013

2014

2015

2001 2004

200

LIVET SOM BAKTERIE 25

Svin

78 %

Kvæg

10 %

Akvakultur 3 % Fjerkræ

1%

Pelsdyr

4%

Andre

3%

3.23 Antibiotikaforbruget til dyr i Danmark lå i 2013 på ca. 115 tons, mens forbruget til mennesker var under halvt så stort (ca. 50 tons). Her ses fordelingen af forbruget på forskellige dyregrupper i Danmark, i 2013.

(KIlde: Statens Seruminstitut)

En særlig type MRSA findes i husdyr, især i grise. Den multiresistente stafylokokbakterie er ikke sygdomsfremkaldende hos grisene, men kan overføres til mennesker, der kommer i grisestalden, og den kan være sygdomsfremkaldende hos mennesker. Husdyr-MRSA er resistent over for både tetracyklin og zink, som anvendes i store mængder i svineproduktionen. Generelt er MRSA et eksempel på, hvor vigtigt det er at kontrollere forbruget af antibiotika.

Antibiotika med omtanke Men hvordan kontrollerer vi antibiotikaforbruget? Der er mange etiske overvejelser knyttet til det spørgsmål, og en del af svaret er, at vi selv må tænke os godt om, før vi åbner pakken med antibiotika.

Omkring en tredjedel af den antibiotika, der udskrives i Danmark i dag, bruges til at bekæmpe sygdomme som halsbetændelse og mellemørebetændelse. Behandlingerne er i de fleste tilfælde nytteløse, fordi infektionerne skyldes virus.

I de sygdomstilfælde, der skyldes en bakterieinfek­ tion, er antibiotika heller ikke altid afgørende for, om vi bliver raske, men afkorter blot sygdomsperioden med ca. en dag i gennemsnit. Så måske burde flertallet af os vænne os til at tåle lidt mere ubehag for til gengæld at sikre adgangen til virksomme antibiotika for dem, der er så svækkede, at deres eget immunforsvar ikke kan bekæmpe en bakterieinfektion. Det gælder f.eks. kræftpatienter, ældre eller personer der gennemgår store operationer.

Vi har set, at bakterier har en eminent evne til at til­ passe sig barsk kemi og udfordrende miljøer, og som organismer var de sejlivede nok til at indtage Jorden for mere end 3 milliarder år siden. I næste kapitel tager vi fat på det næste store spring i livets historie: Dannelsen af den eukaryote celle, der er den fundamentale byggeklods, som vi og alle andre flercellede organismer er opbygget af.

TEST DIN FORSTÅELSE : Mekanismen bag selektion er vist i fig. 3.19. Kan du forklare, hvorfor den nye bakteriepopulation har ændret sig i forhold til den oprindelige? Én celle med højt resistensniveau og én celle med middel resistensniveau gav ophav til den nye bakteriepopulation.

Hvorfor indeholder den nye bakteriepopulation ikke lige mange celler med middel og højt niveau? Hvilke egenskaber hos bakterier giver dem gode muligheder for at udvikle antibiotikaresistens?

Kerneord i kapitel 3 ■ Prokaryot ■ Bakterie ■ Plasmid ■ Diffusion ■ Osmose ■ ■ Antibiotika ■ Antibiotikaresistens

Naturlig selektion