Begreppet bakterier ger ibland obehagliga associationer. Många tänker på magsjukan vid utlandssemestern eller den ökande mängden resistenta bakterier inom sjukvården. Men de flesta bakterier är harmlösa. Vissa har till och med utvecklat ömsesidiga beroendeförhållanden med människor och djur. I vår egen tarmflora lever omkring två kilo bakterier, som står bakom kroppens ekologiska balans, och att tillföra så kallade ”snälla bakterier” via kosttillskott har blivit populärt.

– Bakterier kan producera och bryta ned nästan allt biologiskt material. De kan producera aminosyror och vitaminer och är i många fall helt livsavgörande för sina värdar, säger Siv Andersson, som är professor i molekylär evolution vid Uppsala universitet och Wallenberg Scholar.

En helhetsbild av alla gener

Under de senaste 20 åren har Siv Andersson gjort en omfattande kartläggning av olika bakteriers arvsmassor och byggt upp ny kunskap om bakteriernas ekologiska och evolutionära historia. Målet är att få en djupare förståelse för hur bakteriernas gener bryts ned, kopieras, flyttas runt, ändrar sin funktion och samverkar för att bygga upp en fungerande cell. Det kan också ge en ny bild av bakteriernas påverkan på miljön och människans hälsa.

"Wallenberg Scholar ger möjligheten att bedriva högriskprojekt som kan få stor betydelse i det långa loppet. Dessutom har jag genom SciLifeLab tillgång till de allra senaste instrumenten och teknikerna, av vilka vissa finansieras av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse. Det är en solskenshistoria som visar hur man kan få avancerad forskning att fungera i Sverige."

Mjölksyrebakterier i bin

Siv Andersson använder nu mjölksyrebakterier som ett av sina modellsystem. Deras huvudsakliga funktion är att fermentera socker till mjölksyra och de förknippas framför allt med mejeriprodukter, men återfinns i en rad olika miljöer.

– Det är en grupp bakterier som är helt ofarliga och som folk till och med betalar för att äta.

Siv fokuserar på de mjölksyrebakterier som lever i den så kallade honungsmagen i bin och har läst in sig på bihållning.

– Bin har flera magar, men det är relativt lätt att plocka ut honungsmagen och studera bakterierna inuti den. Bakterien växer fort och har en mycket liten arvsmassa, vilket gör den enkel att studera.

För att få en bredd i urvalet tittar hon på bin från helt skilda populationer, bland annat från Åland och Gotland. Olika omgivande faktorer påverkar mjölksyrebakteriernas beteende och vilka ämnen de kan producera, till exempel vad bina äter, årstidsvariationer och det ekosystem de lever i.

Design av bakterier som kan producera vitaminer

Strävan är att få en helhetsbild av mjölksyrebakteriernas arvsmassa genom detaljerade studier av genernas funktion, ålder och hur de uppstår. Att ta reda på genernas ålder är bland annat intressant för att belysa om gener kan uppstå ur ingenting, från helt slumpmässiga DNA-sekvenser eller om de kan härröra från gamla gener som bryts ner.

– Målet är att vi på sikt ska kunna förstå funktionen av varje enskild gen i mjölksyrebakteriernas arvsmassa och därmed i framtiden på ett enkelt sätt kunna designa bakterier med speciella egenskaper.

– Vi vet att många insekter tar hjälp av bakterier för att producera vitaminer. Och här ser jag en teoretisk möjlighet att vi skulle kunna få sådana bakterier att etablera sig i magen.

I framtiden kan vitaminproducerande bakterier bli till nytta för patienter som måste äta en specialiserad kost och ofta drabbas av vitaminbrist, eller personer som genomgått en gastric bypass och som måste äta vitaminer resten av livet.

Bakterier med komplexa cellstrukturer

Nästa steg i Siv Anderssons forskning är att förstå övergången från en enkel till en mer komplicerad cell. Bakterieceller saknar cellkärna medan eukaryota celler har både cellkärna och flera olika typer av membranomslutna rum, så kallade organeller, vilka separerar de olika funktionerna i cellen.

Men det finns också celler som inte riktigt passar in i någon av dessa grupper.

En av dessa konstiga celltyper har fått namnet ”Planctomyceter” eftersom man först trodde att de var svampar. Sedan trodde man att de var ett mellanting mellan prokaryoter och eukaryoter och nu tror man att de är bakterier som har fått egenskaper som är typiska för den eukaryota cellen, som till exempel intracellulära membraner och organeller. Vissa Planctomyceter kan till och med äta upp andra bakterier, vilket man tills helt nyligen trodde att inga bakterier kan.

– Vi försöker förstå genernas funktion och den evolutionära process som har lett fram till den mer komplexa strukturen hos Planctomyceterna. Kan vi förstå dessa processer kan vi kanske också förstå de första stegen i utvecklingen av den eukaryota cellen.

– En drömupptäckt i framtiden vore att till fullo förstå hur komplexa inre membranstrukturer byggs upp i en cell och samtidigt lyckas designa nya sorters organeller för nya funktioner, säger Siv Andersson.

Text Nils Johan Tjärnlund
Bild Magnus Bergström