Våbenkapløb i mikrobernes verden

Kogende mudderpøle på Island er hjemsted for en række simple, éncellede organismer, og nye forskningsresultater viser, at de også udgør en sand biologisk slagmark og fundament for et våbenkapløb af hidtil ukendt omfang. Den nye viden om kampen mellem levende organismer i de kogende sumpe giver os en langt bedre forståelse af, hvordan mikroorganismer overlever, når de udsættes for stress, hvilket i fremtiden vil kunne udnyttes til udvikling af nye lægemidler.

06.03.2018 | Lisbeth Heilesen

En vulkansk "hot pool" med archaea i forskellige, orange farver voksende langs kanten. Henover billedet ses den tredimensionelle opbygning af anti-CRISPR-proteinet. Foto: Colourbox og Ditlev E. Brodersen

Der findes liv i stort set alle egne af jorden, fra det koldeste Antarktis til skoldhede ørkener og kogende, vulkanske muddersumpe. Og netop i de kogende mudderpøle på Island har forskere fra Aarhus Universitet i tæt samarbejde med forskere fra Københavns Universitet og National Institutes of Health, USA, for nyligt gjort en bemærkelsesværdig opdagelse. Man har længe vidst, at disse varme kilder var hjemsted for en række simple, éncellede organismer kaldet archaea, der har den usædvanlige egenskab, at de stortrives ved temperaturer mellem 80 grader og kogepunktet. Men nu viser nye forskningsresultater, at denne ugæstfri habitat også udgør en sand biologisk slagmark og fundament for et våbenkapløb af hidtil ukendt omfang. 

Mikroskopiske og meget primitive DNA-vira, de såkaldte rudivirus, angriber konstant archaea af ordenen Sulfolobus ved at forsøge at gennemtrænge deres cellemembran og inficere dem. For at omgå dette har Sulfolobus udviklet et såkaldt CRISPR-Cas-forsvar, der sætter dem i stand til at "huske" viralt DNA, de tidligere har været udsat for og genbruge dette i et målrettet modangreb, hvor den virale DNA nedbrydes, før den kan volde skade.

Forsvarsmekanismen findes bredt bevaret i både bakterier og archaea, og intens forskning over de seneste 10 år har været med til at afdække de grundlæggende, molekylære principper for CRISPR-Cas samt påvise, at disse systemer rummer næsten uanede muligheder for genmanipulation, både i det bioteknologiske laboratorium og inden for moderne genmedicin.

Men som ofte er der jo en slange i paradiset, og forskningen i de varme islandske mudderpøle har nu afsløret, at de små rudivirus har været i stand til at udvikle et modangreb mod CRISPR-Cas systemet i Sulfolobus, der som en klods i hjulet binder og blokerer de molekylære komponenter, før de kan nå at afværge virussens angreb. Det er første gang, at man identificerer sådan en anti-CRISPR komponent i disse archaea, og de nye resultater, der bl.a. består i opklaring af den tredimensionelle opbygning af selve anti-CRISPR-proteinet, kan derfor være med til give os en langt bedre forståelse for omfanget af det konstante våbenkapløb, der finder sted mellem levende organismer overalt i naturen.

På længere sigt vil vores viden om de varmebestandige CRISPR-Cas enzymer og deres modstandere, anti-CRISPR-proteinerne kunne udnyttes indenfor bioteknologi og lægemiddeludvikling indenfor antimikrobielle medikamenter.

Artiklen "Anti-CRISPR proteins encoded by archaeal lytic viruses inhibit subtype I-D immunity" er publiceret i det anerkendte, internationale tidsskrift, Nature Microbiology.


Ditlev E. Brodersen's forskningsgruppe fokuserer på at forstå de mikrobielle forsvarsmekanismer, der bl.a. sætter patogene bakterier i stand til at overleve selv om de udsættes for antibiotika eller inficeres af vira. Disse mekanismer omfatter udover CRISPR-Cas også såkaldte toxin-antitoxin systemer, der kan aktiveres under cellulær stress og forårsage at bakterierne overgår til en dvaletilstand, hvor de ikke længere er nær så følsomme overfor antibiotika. Laboratoriet benytter biokemiske og strukturbiologiske metoder til at forstå forsvarsmekanismernes grundlæggende principper.

For mere information, se www.bioxray.au.dk/~deb


For yderligere information kontakt

Lektor Ditlev E. Brodersen
Institut for Molekylærbiologi og Genetik
Aarhus Universitet
Tlf. 21669001 - E-mail deb@mbg.au.dk

Lektor Xu Peng
Biologisk Institut
Københavns Universitet
Tlf. 35322018 - E-mail peng@bio.ku.dk

Forskning