Publiserat: 19.5.2022
Skribent: Shane Hogle
Bilden: Shutterstock

 

Utvecklingshistorian för mer komplexa livsformer har sitt ursprung 500 miljoner år bakåt i tiden. Ändå har det funnits någon form av mikrober, alltså mikroskopiskt små organismer såsom bakterier, virus, arkeoner och eukaryoter, på jorden under en sju gånger så lång tid. På vår planet förekommer encelliga organismer överallt, i allt från heta källor till radioaktivt avfall. Även om dessa organismer är betydligt mindre och enklare än människans celler har vi ändå gemensamma gener. Människan härstammar från en enorm mängd encelliga organismer och under historiens gång har mikrobernas DNA blivit en del av vår arvsmassa.

Det finns ett astronomiskt stort antal mikrober. Enbart i människokroppen finns ungefär en mikrobcell för varje människocell, och varje timme sprids nästan 40 miljarder mikrober från vår kropp till omgivningen. Vissa mikrober är sjukdomsalstrare, medan andra främjar vår hälsa tack vare sina symbiotiska egenskaper. Antalet mikrober är enormt och därför är också följderna av deras kollektiva verksamhet enorma: till exempel härstammar ungefär hälften av det syre vi inandas från oceanernas mikroskopiskt små, encelliga växtplankton.

Resiliens hjälper mikrobiomen under störningstillstånd

Inom mikrobiologin har man av tradition undersökt enskilda arter i renodlingar. Detta tillvägagångssätt, som har sitt ursprung i medicinen, framhäver fysiologin, alltså de livsnödvändiga biokemiska funktioner som försiggår i cellerna. Mindre uppmärksamhet får däremot ekologin, dvs. interaktionen mellan arterna, och evolutionen, förändringen över tid. Även om mikroberna skiljer sig tydligt från växter och djur följer mikrobsamhällena i allmänhet samma lagbundenheter som de organismsamhällen som vi kan se med blotta ögat.

Till exempel mikrober som kämpar om livsrum och resurser utvecklar en förmåga att producera antibiotika för att övervinna sina konkurrenter, och på motsvarande sätt utvecklar konkurrenterna motståndskraft mot antibiotika. Det är ändå först under den senaste tiden som den klassiska mikrobiologin har tagit till sig tankar som härstammar från ekologin.

Vår syn på antibiotika och sjukdomar påverkas väsentligt av ekologiska och evolutiva uppfattningar. Under de hundra senaste åren har sjukdomar hos människor behandlats med antibiotika, alltså med mikrobläkemedel – men de har också använts på fel sätt. I dag vet vi att en av följderna av antibiotikabehandling är dysbios, dvs. ett tillstånd som leder till att den friska mikrobiomstrukturen råkar i obalans. Dysbios exempelvis i tarmens mikrobiom kan leda till en ökning av tarmsystemets sjukdomsalstrande och antibiotikaresistenta bakteriestammar. Detta är faktorer som utgör ett globalt hot mot mänsklighetens hälsa.

Resiliens hjälper mikrobiomen att motverka antibiotikarelaterade störningstillstånd och avvärja attacker från sjukdomsalstrare. Med resiliens avses ekosystemets förmåga att från ett störningstillstånd återgå till ett normaltillstånd. I ekosystemens tillstånd kan det förekomma plötsliga förändringar, så kallade kritiska övergångar, om ett störningstillstånd överstiger ekosystemets bärkraft.

En sådan övergång leder in systemet på ett alternativt och ofta mycket annorlunda stabilt tillstånd. Kritiska övergångar är ett välkänt fenomen i stora ekosystem: till exempel kan fisknäringen kollapsa på grund av utfiskning.  Inom mikrobiologisk forskning har kritiska övergångar knappast alls undersökts tidigare. I vår egen studie vill vi klarlägga vad som styr resiliensen i människans tarmsystem.

Vad styr resiliensen i människans tarmsystem?

Tack vare den finansiering som Sakari Alhopuros stiftelse beviljat vill vårt team planera, bygga upp och beskriva förenklade tarmmikrobsamhällen i laboratorium. Vår studie följer ekologiska och evolutiva principer. Det är vår ambition att undersöka på vilket sätt ekologiska begrepp i anslutning till makroskopiska system yttrar sig i den mikroskopiska världen. Vi försöker alltså utreda vad som styr resiliensen i människans tarmsystem och huruvida det går att förutse var vändpunkten mellan ”frisk” och ”sjuk” ligger.

I vår undersökning försöker vi utreda på vilket sätt den biologiska mångfalden påverkar ekosystemets resiliens mot anfall från skadliga bakterier och vilka av ekosystemets egenskaper som är nödvändiga för att sjukdomsalstrarnas attacker ska lyckas.  Vårt primära mål är att tillämpa och utnyttja ekologibaserad kunskap på behandlingen av människans sjukdomar. Vi strävar därför efter att identifiera de ekologiska egenskaper som skyddar människans tarmsystem mot angrepp från sjukdomsalstrare.

 

 

 

Shane Hogle verkar som forskardoktor vid institutionen för biologi vid Åbo universitet. I sin tidigare uppgift som postdoc-forskare vid MIT (Massachusetts Institute of Technology) i USA undersökte han cyanobakterier i havet, dvs. blågröna alger. Han avlade doktorsexamen i oceanografi vid havsforskningsinstitutet Scripps Institution of Oceanography vid University of California i San Diego där han verkade som NSF-stipendiatforskare. Doktorsavhandlingen fokuserade på havskemi och mikrobiologisk oceanografi.  Sin grundexamen i kemi avlade han vid Earlham College (USA). Shane är ursprungligen från Förenta Staterna och bor för närvarande med sin familj i Åbo.