1. De gode bakterier
Vores verden er propfyldt med bakterier. Om du graver i jorden, dykker ned på bunden af havet, eller undersøger din hånd, vil du finde bakterier. Nok er de så små, at du ikke kan se dem med det blotte øje, men bakterier er faktisk den organisme, der er allerflest af på jorden.
Forskere regner med, at der er omkring fem kvintillioner bakterier på hele jorden. Det er 5*1030 eller et femtal med 30 nuller bagpå. Så stort er tallet:
5.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000
Det betyder, at der for hvert menneske på jorden er ca. en trilliard (1.000.000.000.000.000.000.000) bakterier. Det er næsten ikke til at forestille sig.
Udover at der findes ufatteligt mange bakterier, kan bakterier også være meget forskellige. Bakterier er faktisk den mest forskelligartede organisme på jorden. De kan f.eks. have forskellige former, farver, størrelser og egenskaber. Dette afhænger af, hvor de lever, hvad de spiser og meget andet. På figur 1 kan du selv se, hvor forskellige bakterier kan se ud.
Faktaboks: Hvad er bakterier?
Bakterier er bittesmå. De fleste er kun mellem 0,001 til 0,01 mm (millimeter) små. Det vil sige, at der skal ca. 1.000 bakterier på række, for at rækken er 1 mm lang, og der skal ca. 10.000 bakterier til, for at rækken er 1 cm (centimeter) lang.
Bakterier er levende, ligesom mennesker. Bakterier består hver især kun af én enkelt celle, hvorimod mennesker er opbygget af flere billioner celler. Derfor kaldes bakterier for ”encellede”, mens mennesker kaldes for ”flercellede”.
Alle levende celler har hver især sit eget arvemateriale, nemlig DNA. I menneskecellerne, som du er opbygget af, er dit DNA opbevaret i en cellekerne. Bakterier har ikke selv nogen cellekerne, og derfor flyder DNA’et friere rundt i bakterien. Det kan være en fordel for bakterien, så den hurtigere kan vokse eller klone sig og blive til flere bakterier. Hvis du vil lære endnu mere om bakterier, kan du se her.
Mikrobiomet
Mikrobiomets bakterier findes på alle vores overflader – både indeni og udenpå os. Det betyder, at bl.a. vores hud, mund og tarme er fyldt med forskellige slags bakterier. Prøv at forestille dig selv som en ridder og mikrobiomet som din rustning. Jo tættere rustningen er, og jo mere du er dækket af den, jo bedre beskytter den dig mod fjender. På samme måde kan du forestille dig dit mikrobiom som en tæt rustning af bakterier på hver en lille krog af kroppen. Og jo flere forskellige slags bakterier du har, jo bedre beskyttet er du.
Bakterierne har bosat sig i forskellige områder af kroppen, hvor de gavner allermest. Derfor finder man forskellige slags bakterier i tyktarmen, i munden og mellem tæerne. Dette kan du se på figur 3. De fleste bakterier i mikrobiomet er godartede og hjælper vores krop med at fungere. Kun en meget lille andel bakterier er onde og dermed skadelige for kroppen. Men hos en sund person lever de gode og de onde bakterier fredeligt side om side i kroppen. Der findes også neutrale bakterier i mikrobiomet, som hverken gavner os eller gør skade.
Sådan hjælper de gode bakterier din krop
Nogle kalder mikrobiomet for et ekstra organ, fordi det er så vigtigt for os. Mikrobiomets bakterier har mange forskellige opgaver i kroppen, og du får et overblik over nogle af dem herunder og på figur 4.
- Nedbryder vores mad: Bakterier i tarmene hjælper os med at nedbryde mad, så vi lettere kan optage næringen fra maden. Vores tarme har svært ved at nedbryde komplekse kulhydrater såsom kostfibre, men det kan bakterierne i tyktarmen hjælpe os med. Bakterierne har særlige egenskaber, så de kan lave kostfibre og kulhydrater om til mindre kulhydrater, vi lettere kan optage.
- Producerer vitaminer: Nogle bakterier producerer vitaminer, som er livsnødvendige for os. F.eks. lever bakterien E. coli (Escherichia coli) i vores tyktarm, og den producerer K vitamin og B12 vitamin til os. K vitamin er nødvendig for at vores blod kan størkne, når vi får et sår, og B12 vitamin er vigtig for, at vi kan danne energi og lave blodceller. E. coli og andre bakterier i tarmene er altså vigtige for, at vi får nok vitaminer, så vores krop kan fungere, som den skal.
- Optager plads og mad fra onde bakterier: En rask persons indre og ydre er bosat med billioner af gode bakterier. Disse bakterier opbruger al plads og næring og sørger dermed for, at onde bakterier udefra ikke har nogen plads til at bosætte sig eller få næringsstoffer nok. På den måde virker mikrobiomets bakterier som et skjold mod onde bakterier udefra. Man kan forestille sig kroppen som et hotel, hvor de gode bakterier har optaget alle ledige værelser og pladser i restauranten. Når onde bakterier forsøger at få plads, er der udsolgt for dem.
- Hæmmer væksten af onde bakterier vha. mælkesyre: Mikrobiomets bakterier beskytter os mod onde bakterier ved hjælp af syre. Når bakterierne nedbryder kostfibre, danner de bl.a. mælkesyre, som gør tarmen en anelse mere sur. Dette hæmmer væksten af nogle onde bakterier, så de ikke længere er en trussel for mikrobiomet og resten af kroppen.
- Hjælper immunsystemet og forhindrer sygdomme: Mikrobiomets bakterier snakker konstant sammen med vores immunforsvar. Bakterierne hjælper bl.a. med at signalere til immunforsvaret, når vi bliver inficeret med onde bakterier.
Desuden har fedtsyrerne, som mikrobiomet producerer, gavnlige effekter på helbredet. Fedtsyrerne hjælper bl.a. med at forhindre kroniske sygdomme som kræft og mavetarmsygdomme.
Man kan styrke sit mikrobiom!
Som du nok kan forstå, er mikrobiomet meget vigtigt for os. Desværre kan f.eks. sygdom, ensformig kost eller antibiotika såsom penicillin påvirke mikrobiomet, så der skabes en ubalance. Ubalancen kan betyde, at der er færre af de gode bakterier og dermed flere af de onde bakterier. Når vores ”rustning” af bakterier er svagere, kan man lettere blive syg. Heldigvis kan man selv styrke sit mikrobiom, hvis det kommer i ubalance.
Man kan f.eks. spise nogle piller, som kaldes probiotika. Probiotika indeholder levende bakterier, ligesom dem dit mikrobiom består af. Ved at tage probiotika, når ens mirkobiom er i ubalance, tilfører man flere gode bakterier til mikrobiomet, så det igen kommer i balance. Probiotika anbefales dog ikke til raske personer, da det ikke med sikkerhed er vist, at probiotika har en effekt på dem.
Gennem din hverdagskost kan du også styrke dine gode bakterier. Du kan nemlig vælge at spise fiberrige fødevarer, som netop er mikrobiomets livret. F.eks. er fuldkornsprodukter, havregryn, bælgfrugter og grove grøntsager som gulerødder og kål meget fiberholdige. Når mikrobiomets bakterier får masser af kostfibre, vokser de i antal og beskytter dig endnu bedre. Figur 5 viser, hvordan enten probiotika eller kostfibre kan styrke mikrobiomet.
Syrnet yoghurt og syltede grøntsager indeholder også nogle af de gode bakterier, som mikrobiomet behøver. Derfor er f.eks. A38, kimchi, sauerkraut og kombucha ofte gode for maven.
Faktaboks: Derfor prutter vi, når vi spiser kostfibre!
Tyktarmens bakterier elsker kostfibre. Når de nedbryder kostfibre til mindre kulhydrater, danner de også fedtsyrer, mælkesyre og gasser. Kroppen skal af med gassen, og derfor kommer den ud som prutter. Så jo flere kostfibre man spiser, jo mere mad får bakterierne i tyktarmen, jo mere gas producerer de, og jo flere prutter slår man. Det kan du også se på figur 6. Nogle af gasserne indeholder grundstoffet svovl, der gør, at ens prutter lugter.
Dit unikke mikrobiom
Alle mennesker har et helt unikt mikrobiom. Ingen andre har altså den præcis samme sammensætning af bakterier som dig selv. Dit mikrobiom minder meget om dine forældres og søskendes, men deres mikrobiomer er aldrig helt som dit. Mikrobiomet bliver skabt, idet vi bliver født. Her kommer vi i kontakt med de allerførste bakterier under fødslen. Den næste tid har modermælk og miljøet omkring babyen stor betydning for, hvordan barnets mikrobiom bliver resten af livet. F.eks. møder barnet mange nye bakterier, når det kæler med dyr, graver i jorden og spiser forskellig mad. Indtil barnet er ca. 3 år, opbygges og ændres mikrobiomet markant. Herefter forbliver mikrobiomet nogenlunde stabilt resten af livet.
Er hygiejne altid godt?
Vi mennesker går meget op i renlighed og hygiejne, og ovenpå Covid-19 pandemien er håndsprit blevet en del af mange menneskers hverdag. Men måske er der grænser for renligheden – i hvert fald for små børn. Som du nu har lært, dannes mikrobiomet i løbet af de første 3 år af ens liv. Derfor er det vigtigt, at et barn møder en masse forskellige bakterier i løbet af disse 3 år, så mikrobiomet bliver så stærkt og mangfoldigt som muligt. Så kan mikrobiomet beskytte dig resten af livet. F.eks. har det vist sig, at børn, der er opvokset på bondegårde og dermed tidligt udsættes for mange forskellige bakterier fra støv og husdyr, ofte har et stærkere mikrobiom end børn, der er opvokset i byer.
Fun fact
Når man giver et håndtryk til en anden person, udveksles der over 40 millioner bakterier.
Er mikrobiomet vores anden hjerne?
Forskere har fundet ud af, at mikrobiomet i tarmene er i tæt samspil med vores hjerne, og at de hele tiden ”snakker” sammen. Mikrobiomets bakterier kan nemlig danne signalstoffer, hvoraf nogle ender i hjernen. Signalstoffer påvirker hjernen og fortæller den om, hvordan det går i tarmene. Disse signalstoffer kan faktisk også ændre på hjernen. Forskning har nemlig vist, at man kan ændre mus’ adfærd ved at ændre på bakterier i deres tarmmikrobiom. Man kan f.eks. gøre mus mere modige, bange, depressive eller glade ved at tilføje eller fjerne bestemte slags bakterier i deres tarme. Måske man en dag i fremtiden kan kontrollere sine tarmbakterier, så man f.eks. kan forebygge psykiske sygdomme.
Introduktion til mikrobiomet
I denne video møder du forsker Martin Steen Mortensen, som fortæller dig alt det vigtigste om mikrobiomet. Du vil lære om mikrobiomets dannelse, dets betydning for vores sundhed, og hvordan det påvirker udviklingen af sygdomme som astma og allergi. Kom med!
Hvis du gerne vil vide mere om, hvad bakterier egentlig er, før du ser “Introduktion til mikrobiomet”, kan du lære meget mere om prokaryoters opbygning og funktion lige her.
Øvelsesvejledning del 1: De gode bakterier
2. De onde bakterier
Du har indtil nu lært, at din krop er hjemsted for ca. 40 billioner bittesmå bakterier – nemlig dit unikke mikrobiom. De fleste af disse bakterier er gode for dig, da de udfører arbejdsopgaver, som er til gavn for din krop. F.eks. hjælper bakterien E. coli (Escherichia coli) dig med at nedbryde kostfibre og producere vitaminer.
Udover bakterier som udfører gavnlige opgaver, findes der også neutrale og onde bakterier i mikrobiomet. Onde bakterier kan gøre skade på kroppen og uden behandling blive livstruende. Heldigvis lever gode, neutrale og onde bakterier fredeligt sammen i mikrobiomet, hvor de onde bakterier holdes i skak, så længe du er sund og rask.
Det kan være svært at skelne mellem, hvad der er gode, og hvad der er onde bakterier. Man kan ikke altid dele alle bakterier op i disse to kategorier, som ellers ses på figur 1. Nogle bakterier kan faktisk være begge dele. F.eks. kan nogle bakterier gavne os, når de befinder sig ét sted i kroppen, men gøre skade når de befinder sig et andet sted i kroppen. Andre bakterier kan gå fra at være gode til at være onde, hvis forholdene omkring dem ændrer sig. Disse slags bakterier skal du lære mere om i dette afsnit.
For at beskytte kroppen mod onde bakterier er det vigtigt, at vi tager vare på vores mikrobiom og vedligeholder det ved f.eks. at spise en fiberrig kost. Så kan mikrobiomet samtidig tage vare på os som en beskyttende rustning.
Gode bakterier kan blive onde, hvis de flyttes til et nyt sted i kroppen
Forestil dig din krop som en planet. Planeten består af forskellige områder med forskellige miljøer. Hvert miljø har et forhold, som nogle slags organismer har tilpasset sig til. Miljøet udenpå vores hud er f.eks. tørt og fladt, og temperaturen svinger meget – ligesom i en ørken. Miljøet i vores tyktarm er derimod altid lunt og fugtigt – ligesom i en regnskov. Og på samme måde som en regnskov er bosat af mange forskellige dyr og planter, så er tyktarmen også det sted i mikrobiomet, hvor der lever allerflest bakterier.
Hvert område på din krop har altså et bestemt miljø i forhold til f.eks. temperatur, overflade og iltniveau, og det passer perfekt til de bakterier, som bor der. Når bakterierne er i deres rette hjemsted på kroppen, har de mulighed for at arbejde og gavne kroppen. Men sker det, at en bakterie pludselig ankommer til et sted, hvor den ikke passer ind, kan den ende med at gøre skade frem for gavn.
E. coli: Fra ven til fjende
Et eksempel er bakterien E. coli, som også kaldes for ”colibakterier”. E. coli er en vigtig beboer i din tyktarms mikrobiom. Her nedbryder den kostfibre til næring og danner vitaminer. E. coli er altså en god bakterie – så længe den befinder sig i din tyktarm.
Forestil dig nu, at du er på restaurant med din familie. Kokken, som tilbereder din mad, har glemt at vaske hænder efter et toiletbesøg. Uheldigvis er der kommet E. coli på kokkens hænder, som ender i den mad, du spiser. Sammen med maden kommer E. coli ind i din mund, hvor den tygges, synkes, føres ned i mavesækken og videre ned i tyndtarmen. E. coli er nu endt et andet sted, end den plejer. Når E. coli er kommet ned i tyndtarmen, begynder den at danne et giftstof, som kort efter giver dig diarré og mavekramper. Dette er et klassisk eksempel på madforgiftning. Du kan se, hvordan E. coli opfører sig i hhv. din tyndtarm og tyktarm på figur 2.
Ved at holde dig i ro og indtage rigeligt med væske, salt og sukker, bliver du rask igen, så snart tyndtarmens mikrobiom får bekæmpet invasionen af E. coli.
E. coli og andre slags bakterier er altså gode for os, så længe de befinder sig i deres rette hjem i kroppen. For E. coli er det rette hjem tyktarmen, hvor den har et dejligt bosted med masser af kostfibre at spise.
Faktaboks: Når du går på toilettet og kommer af med afføring, skyller du faktisk også en stor del af dit mikrobiom med ud i toilettet!
Hovedparten af dit mikrobiom befinder sig i tyktarmen, som er de nederste 1,5 meter af din tarm. Det er også her endestationen er for al det din krop ikke skal bruge.
I tyktarmen hiver mikrobiomets bakterier den sidste næring ud af det, der snart kommer ud som afføring. Derfor er der naturligvis en stor mængde bakterier fra mikrobiomet i selve afføringen. Faktisk består din afføring af 60% bakterier, hvis man ser bort fra mængden af vand.
Balancen mellem de gode og de onde bakterier
Er du sund og rask, lever dine egne celler og dit mikrobiom fredeligt sammen. Selvom der både er gode, neutrale og onde bakterier i mikrobiomet, bliver du ikke syg, så længe mikrobiomet er i balance. Men bare små ændringer i mikrobiomet kan rykke balancen mellem gode og onde bakterier og ende med at gøre skade i kroppen.
Karius og Baktus: En mund i ubalance
Et eksempel du sikkert kender, er historien om Karius og Baktus. Dette er fortællingen om bakterierne, der laver huller i tænderne. I virkeligheden betyder ordet ”caries”, som Karius stammer fra, for huller i tænderne, mens Baktus henviser til bakterier.
Når man får et hul i tanden, skyldes det faktisk en ubalance i mundens mikrobiom. Munden har sit eget mikrobiom, som består af ca. 700 forskellige bakteriearter, der beskytter din mund. Nogle af disse bakterier kan give huller i tænderne – lad os kalde dem caries-bakterier. Caries-bakterier elsker sukker. Er du dog god til at børste tænder regelmæssigt og skære ned på mængden af søde sager, er der kun få caries-bakterier til stede i din mund.
Men sker det, at du glemmer at børste tænder regelmæssigt og indtager mange søde sager, får caries-bakterierne mulighed for at dele sig til flere bakterier og dermed inficere munden. Sådan kommer din munds mikrobiom i ubalance, som du kan se på figur 3.
Caries-bakterierne laver sukker om til syre, og syren nedbryder tændernes beskyttende emalje-lag og skaber huller. En god mundhygiejne holder altså mikrobiomet i balance og du undgår huller i tænderne.
Det samme gælder andre mikrobiomer rundt om i kroppen. Derfor er det vigtigt at holde hele kroppen sund, så mikrobiomet forbliver i balance.
Mikrobiomet og immunforsvarets sammenspil
For at beskytte din krop bedst muligt har du både et mikrobiom og et immunsystem (også kaldet immunforsvar). Man kan forestille sig mikrobiomet, som det yderste beskyttende lag – som en slags rustning. Under rustningen af bakterier er et lag hud, og længere inde er blodet. I blodet bor immunsystemet. Disse tre lag er både til stede udenpå vores krop og nede i vores mavetarmsystem. Vores tarme består nemlig også af et slags hudlag, ligesom huden omkring din krop.
Når en ond bakterie inficerer os, skal den altså først forbi bakterielaget (mikrobiomet), så igennem hudlaget (huden eller tarmvæggen), og derefter skal den slås imod immuncellerne (immunsystemet) i blodet, før den kan gøre skade i kroppen. Dette er kroppens tre beskyttende lag, som vises på figur 4.
Forskere har fundet ud af, at mikrobiomet og immunsystemet arbejder tæt sammen og konstant kommunikerer med hinanden, hvilket du kan se på figur 5. Mikrobiomet kan dermed fortælle immunsystemet, når der er fare på færde udefra. Til gengæld sørger immunsystemet for at dræbe fremmede, onde bakterier, så mikrobiomets befolkning af gode bakterier opretholdes.
Dette sammenspil betyder, at hvis mikrobiomet er i ubalance, vil det påvirke immunsystemet negativt. Og omvendt vil et nedsat immunsystem også have en dårlig indvirkning på mikrobiomet. Når et af disse beskyttende lag fejler, fejler det andet også, og det kan have seriøse konsekvenser for kroppens helbred.
Undrespørgsmål: Hvorfor dræber immunsystemet ikke mikrobiomets bakterier?
Da immunsystemet og mikrobiomet har udviklet sig sammen gennem hundredtusinder af år, har immunsystemet lært at leve med mikrobiomets bakterier og dermed ikke angribe dem. Nogle autoimmune sygdomme såsom inflammatorisk tarmsygdom (kaldet IBD) opstår, fordi immunsystemet fejlagtigt anser mikrobiomets bakterier som onde og derfor angriber dem.
Et svækket mikrobiom
Dit mikrobiom er sundt og stærkt, når det er bosat af mange forskellige gode bakterier. Dog kan det blive svækket under nogle omstændigheder som:
- Ved brug af antibiotika: Antibiotika såsom penicillin udskrives af din læge, hvis du er blevet inficeret med en ond bakterie. Antibiotika dræber nemlig de onde bakterier, som har gjort dig syg. Men desværre kommer antibiotika også til at dræbe nogle af de gode bakterier i mikrobiomet. Derfor får man ofte et svækket mikrobiom efter en omgang antibiotika.
- Ved fejlernæring over en lang tid: Fejlernæring betyder, at man får forkert kost – enten for meget, for lidt eller i forkerte forhold. Gennem kosten får du energi og byggesten, som kroppen bruger til at holde sig sund og rask. Mikrobiomet får også sin energi gennem din kost – især når du spiser en fiberrig kost. Men hvis man i en længere periode ikke får nok af de rette næringsstoffer såsom kostfibre, kan det betyde, at mikrobiomet ikke får nok mad til at være stærkt nok til at beskytte kroppen.
Når mikrobiomet bliver svækket, er det mindre kampdygtigt og har sværere ved at samarbejde med immunsystemet. Derfor er der større risiko for, at man kan blive syg.
Et nedsat immunsystem
Omvendt kan immunsystemet også blive nedsat og dermed ikke være i stand til at samarbejde med mikrobiomet. Dette kan bl.a. ske på følgende måder:
- Ved brug af immunsuppressiv medicin: Immunsuppressiv medicin betyder, at medicinen ”undertrykker” immunsystemet. Det kan lyde skørt at skulle tage medicin, som gør kroppens eget immunsystem svagere. Men for patienter der har fået foretaget sen organtransplantation og dermed f.eks. har fået en ny nyre, er det meget vigtigt. Immunsuppressiv medicin gør nemlig immunsystemet svagere, så det ikke angriber det nye organ. Desværre gør medicinen også kroppen mere modtagelig overfor infektioner, da immunsystemet ikke er lige så kampdygtigt. Du kan få mere viden om organtransplantationer her.
- Ved infektion med HIV (Human immundefektvirus): HIV er en virus, der svækker immunsystemet ved at dræbe immunceller. Det gør HIV ved at gemme sig inde i immuncellerne, hvor HIV formerer sig til et stort antal viruspartikler, som til sidst sprænger immuncellen og dræber den. Herefter finder HIV nye immunceller at dræbe. Da immunsystemets bestand af immunceller bliver færre og færre, har det sværere ved at bekæmpe nye sygdomme, og man kan derfor blive alvorligt syg af simple infektioner.
Opportunistiske bakterier
Du har nu lært, hvordan mikrobiomet og immunsystemet arbejder sammen, og du ved, at når den ene ikke virker, så påvirker det også den anden. Er uheldet ude, kan dette betyde, at onde bakterier får lettere ved at inficere kroppen og gøre os syge. Det kan endda gøre det muligt for bakterier, som ellers er harmløse, pludselig at blive skadelige for kroppen.
Nu skal du introduceres for en type bakterier, man på fagsprog kalder ”opportunistiske bakterier”. Navnet minder om det engelske ord ”opportunity”, der betyder ”mulighed”. Opportunistiske bakterier er harmløse hos en rask person. Men hvis forholdene i kroppen ændrer sig, får de pludselig mulighed for at blive onde.
Denne mulighed kan ske, hvis mikrobiomet og immunsystemet bliver svækkede, som du netop har lært, hvordan kan ske. Opportunistiske bakterier kan herved udvikle sig fra harmløse til skadelige.
Faktaboks: Ca. 25% af verdens befolkning bærer rundt på tuberkulose, som er den bakterie, der dræber allerflest mennesker på verdensplan hvert år!
Tuberkulose er en opportunistisk bakterie, som lever i dvale i ca. hver fjerde person. Heldigvis gør tuberkulose ikke skade i de fleste af disse personer. Men bl.a. diabetes, rygning, fejlernæring eller et nedsat immunsystem kan ændre forholdene i kroppen og aktivere tuberkulose. Uden behandling med antibiotika kan tuberkuloses medfølgende sygdom blive livstruende.
C. difficile – en bakterie i skjul
Ca. 4000 danskere indlægges hvert år med en opportunistisk infektion grundet bakterien C. difficile (Clostridioides difficile), som du kan se på figur 7.
Ca. 4000 danskere indlægges hvert år med en opportunistisk infektion grundet bakterien C. difficile (Clostridioides difficile), som du kan se på figur 7.
Fæcestransplantation
For at bekæmpe C. difficile-infektion forsøger man først at give patienten antibiotika, som er rettet mod lige netop C. difficile. Men i nogle tilfælde virker det ikke, og infektionen fortsætter eller vender tilbage efter kort at have været væk.
Hvad gør man så, når man pludselig ikke kan dræbe en ond bakterie med antibiotika? En smart måde at udkonkurrere C. difficile på er ved at tilsætte en masse gode bakterier til tarmens mikrobiom, så de igen kan holde C. difficile nede. Det kan man gøre på en ret speciel måde. Man kan nemlig lave en fæcestransplantation. Her tager man noget afføring (også kaldet fæces) fra en rask person og fører det over i patienten, som er inficeret med C. difficile. Som man siger på engelsk: ”One man’s trash is another man’s treasure”.
En rask persons afføring indeholder millioner af gode bakterier fra personens mikrobiom. Når en patient med ubalance i mikrobiomet modtager denne afføring, vil de gode bakterier begynde at bosætte sig i patientens mikrobiom og genoprette balancen – og dermed overvinde infektionen med C. difficile. På figur 8 får du et overblik over en fæcestransplantation.
Det kan lyde lidt specielt at modtage en anden persons afføring. I dag er lægerne heldigvis rigtig dygtige, og afføringen tilføres gennem en kikkert eller sonde, som sidder i tarmen. Man kan også modtage afføringen i form af kapsler, som skal sluges. Under alle omstændigheder ender den sunde afføring i tarmen, hvor et raskt mikrobiom genoprettes.
Selvom fæcestransplantation er smart, er det i dag et stort problem, at flere og flere bakterier såsom C. difficile ikke kan dræbes af antibiotika. I fremtiden kan det blive svært at behandle blot en simpel bakterieinfektion, hvis tendensen fortsætter. Du kan læse mere om, hvorfor flere bakterier bliver modstandsdygtige overfor antibiotika her.
Udover at udkonkurrere onde bakterier, er ny forskning i færd med at undersøge, om fæcestransplantation også kan bruges til at helbrede mentale sygdomme. Udvikling af angst, depression, spiseforstyrrelser og andre psykiske lidelser har nemlig vist sig at have en sammenhæng med bakterierne i tarmens mikrobiom. Mangel eller overskud af nogle slags bakterier kan være årsag til dette. Overførslen af tarmbakterier fra en rask til en syg person kan derfor være en mulig behandlingsform mod psykiske lidelser i fremtiden.
Mikrobiomet og sygdomme
Øvelsesvejledning del 2: De onde bakterier
3. De hjælpsomme bakterier
Ved du hvad en ingeniør er? En ingeniør er en titel på en person, som arbejder med at løse virkelighedens tekniske problemstillinger. Det kan være problemstillinger indenfor f.eks. medicinal-, bygge-, elektro-, og kemiindustrien. Ingeniører bærer rundt på en værktøjskasse med viden fra både matematik, kemi, biologi og fysik, som de bruger, når de planlægger løsninger. En ingeniør bruger f.eks. matematik og fysik til at beregne, om en bro kan holde eller vil falde sammen, inden den bygges.
Kan andre organismer end mennesker være ingeniører? Man kan sige, at bakterierne i vores mikrobiom er bittesmå ingeniører, der løser opgaver i vores krop. På figur 1 kan du se en bakterie med sine forskellige ingeniørredskaber. Nogle bakterier har redskaber til at opbygge nye molekyler såsom vitaminer og fedtsyrer. Andre bakterier har redskaber til at nedrive molekyler såsom kostfibre. Tilsammen hjælper de små ingeniører kroppen med at fungere, og vi kan faktisk slet ikke leve uden dem.
Du består af 1% menneskegener og 99% bakteriegener
Du har tidligere lært, at mikrobiomet består af ca. 40 billioner bakterier, som beskytter og hjælper vores krop. Samtidig er selve kroppen opbygget af ca. 30 billioner menneskeceller. Vi består altså af flere bakterieceller end menneskeceller.
Oven i det har man fundet ud af, at der er 100 gange flere slags bakteriegener end menneskegener i kroppen. En gennemsnitlig krop indeholder altså 1% menneskegener (ca. 20.000 forskellige gener) og 99% bakteriegener (ca. 2.000.000 forskellige gener). Denne fordeling kan du se på figur 2.
Menneskegenerne ligger gemt i vores egne menneskeceller. Generne er opskriften på alle vores egenskaber: Hvordan vi ser ud, hvordan vi tænker, hvilke sygdomme vi har risiko for at udvikle, og hvordan vores krop virker. Et gen er mere præcist en del af DNA’et, der ”koder” for en bestemt egenskab. Denne ”kode” er en opskrift på, hvordan kroppen laver egenskaben. En egenskab kan f.eks. være øjenfarve. Genet for øjenfarve er opskriften på, om man har blå, grønne eller brune øjne.
Mikrobiomets bakterier har selv 100 gange flere slags egenskaber end menneskecellernes egenskaber i en krop. Og heldigvis bruger bakterierne oftest egenskaberne til at hjælpe os. Nogle bakterier har den egenskab, at de kan nedbryde molekyler som kostfibre og dermed frigive lettere optagelige næringsstoffer til os. Andre bakterier er i stand til at opbygge molekyler som vitaminer, der er vigtige for kroppens funktioner.
En værktøjskasse fuld af enzymer
Bakteriernes gener koder for forskellige slags proteiner. Nogle af disse proteiner kaldes enzymer, og det er proteiner, der kan udføre arbejdsopgaver i bakterien. Enzymerne er altså bittesmå værktøjer indeni bakterien, der opbygger, nedriver eller ombygger molekyler. Når bakterien f.eks. ”spiser” kostfibre i tarmen, er der enzymer inde i bakterien, som kan klippe fibrene til mindre stykker og på den måde nedbryde dem til frie næringsstoffer. De frie næringsstoffer kan vores egne celler derefter optage og få energi af. Denne proces kan du se på figur 3. Menneskecellerne har ikke generne, som koder for disse enzymer, og derfor kan mennesket ikke selv nedbryde kostfibre uden bakterier.
Andre bakterier har enzymer, som gør, at de kan opbygge vitaminer som K, B1, B9 og B12 vitamin. Og en tredje slags bakterier har enzymer, der kan omdanne glukose (sukkerstof) til mælkesyre – vi kalder dem for mælkesyrebakterier.
Bakterier i industrien
Bakterierne i mikrobiomet bærer rundt på en enorm værktøjskasse af enzymer, så de kan opbygge, nedrive eller ombygge molekyler. Mon vi kan bruge denne smarte værktøjskasse til andre ting i den virkelige verden? Netop det spørgsmål stiller mange forskere sig selv.
Tænk hvis man kunne udvælge en bakterie med et bestemt enzym, tage den ud af kroppen og få den til at fremstille enzymet, som genet koder for. Man kunne f.eks. udvælge en bakterie med genet, som koder for enzymet, der danner B12 vitamin. Ved at dyrke en masse af disse bakterier, ender man med en stor mængde B12 vitamin, der kan bruges i kosttilskud.
Man kunne også udvælge en bakterie, som har enzymer, der kan nedbryde fedtstoffer ved 30°C. Dyrker man et stort antal af disse bakterier, vil man kunne anvende enzymerne i vaskepulver til at fjerne fedtpletter.
Ekstreme bakterier
Forskere må være taktiske, når de skal finde bakterier med særlige enzymer. Vil man have et enzym, som skal kunne tåle meget høje temperaturer, kan man lede efter bakterier, som lever i varme kilder og gejsere. Søger man et enzym, der kan nedbryde græspletter på tøj, kan man lede efter bakterier i køers maver. Skal man bruge et enzym, som fungerer ved minusgrader, må man lede i indlandsisen. Og kigger man ned i vores egen mavesæk, kan man finde enzymer, der trives i ætsende saltsyre.
Der findes bakterier overalt i verden – både på toppen af Mount Everest, 10 km nede på havets dybe bund, i millioner år gamle gletsjere, i radioaktivt affald og i stinkende svovlsøer. Det gælder om at lede nogle ekstreme steder for at finde bakterier med særlige enzymer, vi kan bruge. Nogle af disse ekstreme miljøer kan du se på figur 4.
Cellefabrikker
En smart måde at udnytte bakteriernes værktøjskasser af enzymer er gennem cellefabrikker. En cellefabrik er en celle, som optimeres til at producere et ønsket produkt. En cellefabrik kan f.eks. være en celle, som er rigtig god til at producere insulin i store mængder.
Cellefabrikker bruges i dag til at fremstille b.la. medicin (f.eks. insulin), vitaminer (f.eks. B12), antibiotika (f.eks. penicillin), pesticider, sundhedsfremmende stoffer, biokemikalier og biobrændsel.
Sådan fungerer en cellefabrik
Man kan forestille sig en cellefabrik som en rugemor. En rugemor er en kvinde, som har fået opsat et befrugtet æg. Det befrugtede æg kommer fra et andet menneske, og det er derfor ikke rugemoderens egne gener, som fosteret er dannet ud fra. Gennem 9 måneder ”ruger” hun på fosteret i sin mave, mens det vokser sig større og større. Efter babyen er født, overgår den til de biologiske forældre.
På samme måde er en cellefabrik en slags rugemor. Cellefabrikken er rigtig god til at fremstille produkter, men den har ikke selv naturligt generne for det ønskede produkt. Den mangler altså opskriften (genet) for at lave produktet. Forskere har udviklet gensplejsning, som netop er den teknik, hvor genet fra én organisme tages ud og sættes over i en anden organisme.
På den måde kan man indsætte et ønsket gen i en cellefabrik – som at indsætte et befrugtet æg i en rugemor. Denne proces kan du se på figur 5, hvor genet koder for et bestemt enzym.
Det næste trin er at få cellefabrikken til at formere sig og producere store mængder af det ønskede produkt (enzymet i dette eksempel).
Pektinase: Et vigtigt redskab i juiceindustrien
Et eksempel kan være, at man har fundet en bakterie, som kan nedbryde frugtkød (også kaldet pulp). Bakterien danner nemlig et enzym, som hedder pektinase. Enzymet pektinase kan nedbryde sukkerstoffet pektin, som findes i planteceller – altså i de celler som frugt er opbygget af. Når pektin nedbrydes, opløses frugtkødet, og man står tilbage med saften fra frugten. På figur 6 kan du se pektinases egenskab.
En stor juiceproducent har hørt om denne bakterie og ønsker at bruge pektinases egenskaber til at gøre det lettere at lave juice. Normalt bruger juiceproducenten store maskiner til at findele og presse frugten til juice, men med pektinase behøves denne proces ikke nær så meget. Dette gør, at virksomheden sparer tid og strøm.
Juiceproducenten ansætter en forsker til at gensplejse bakteriens gen for pektinase-enzymet over i en cellefabrik. Cellefabrikken formerer sig til milliarder af cellefabrikker, der alle fremstiller pektinase. Nu kan juiceproducenten udnytte pektinase til at udvinde juice fra frugten på en billigere og mindre energikrævende måde.
Gæringstanke er hjemstedet for cellefabrikker
Efter forskeren har overført genet fra en bakterie over i en cellefabrik, skal cellefabrikken have tid til at vokse og formere sig til flere cellefabrikker og producere store mængder af produktet. Det gør cellefabrikken i en stor metalbeholder, som kaldes en fermenteringstank eller bioreaktor. Tanken fyldes med vækstmedie og cellefabrikken. Vækstmedie er en væske, som indeholder alle de næringsstoffer og salte, som cellefabrikken har brug for. Cellefabrikken bruger vækstmediets næringsstoffer til at lave en ”fermentering” (også kaldet ”gæring”). Fermentering er processen, hvor cellefabrikken omdanner næringsstof til produkt. Netop derfor kalder man tanken for en ”fermenteringstank”.
Forholdene i fermenteringstanken styres meget nøje. Tanken holdes ved en bestemt temperatur, tryk, pH-værdi og iltniveau, som passer perfekt til cellefabrikkens vækstkrav.
Cellefabrikken ”svømmer” altså rundt i en kæmpe tank med masser af mad og perfekte forhold, og det får den til at vokse og formere sig til massevis af cellefabrikker på kort tid.
Efter et par dage er tanken fyldt med en ”suppe” af milliarder af cellefabrikker. Hver cellefabrik indeholder genet, der koder for enzymet, som kan fremstille det ønskede produkt og blive brugt i industrien. Figur 7 viser et eksempel på en fermenteringstank med cellefabrikker i vækstmediet.
Fordele ved cellefabrikker
En af de ældste måder at fremstille stoffer til f.eks. medicin og fødevarer på er ved at udvinde stoffet direkte fra sin naturlige kilde. Før i tiden brugte man f.eks. bugspytkirtlen fra slagtesvin til at udvinde insulin til diabetikere. Det er desværre en langsommelig, besværlig og dyr proces at udvinde et stof direkte fra sin naturlige kilde. Produktet er sjældent rent, så der skal bruges tid og energi på at fjerne urenheder.
Man kan også bruge kemisk syntese til at fremstille et ønsket stof. Desværre bruges der ofte giftige opløsningsmidler i de kemiske reaktioner, som kan være skadelige for miljøet. Og hvis det ønskede stof er meget komplekst, kan det kræve mange besværlige trin at nå frem til det.
At udvinde et stof fra sin naturlige kilde eller bruge kemisk syntese til at fremstille et stof kaldes konventionelle produktionsmetoder. Cellefabrikker har mange fordele frem for konventionelle produktionsmetoder. F.eks. kan man optimere cellefabrikkerne, så de stort set kun producerer det ønskede stof. På den måde mindsker man mængden af affaldsprodukter og ender med et meget rent produkt. Cellefabrikker er også en billig produktionsmetode, og man kan let fremstille enorme mængder af produktet. Desuden vokser cellefabrikker under miljøvenlige forhold såsom lun temperatur, neutral pH og uden kemikalier.
De tre metoder til at producere et stof på er illustreret på figur 8.
Valg af cellefabrik
Cellefabrikker er ofte svampeceller eller bakterier. Svampen Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae), som faktisk er bagegær, du kan købe i supermarkedet, bruges bl.a. som cellefabrik til at producere insulin. Det er sådan Novo Nordisk laver insulin. Her har man taget menneskegenet for insulin og sat det ind i gærcellen. Gærcellen er altså cellefabrik (eller rugemor), der fremstiller store mængder insulin til diabetikere.
Bakterien Escherichia coli (E. coli) bruges også ofte som cellefabrik. Du har tidligere lært, at E. coli også lever i vores tyktarm. Der findes mange forskellige stammer af E. coli, og det er derfor en anden stamme, der bruges som cellefabrik end den i tyktarmen.
Fordelen ved E. coli er, at den har simple vækstkrav, vokser hurtigt og er billig at holde i live. Dens gener er velstuderede, og det er derfor en fordel for forskere at bruge en bakterie, som de kender rigtig godt og ved, hvordan opfører sig under forskellige forhold.
Øvelsesvejledning del 3: De hjælpsomme bakterier
4. Videoer om mikrobiomet
I denne video møder du forsker Martin Steen Mortensen, som fortæller dig alt det vigtigste om mikrobiomet. Du vil lære om mikrobiomets dannelse, dets betydning for vores sundhed, og hvordan det påvirker udviklingen af sygdomme som astma og allergi. Kom med!
Hvis du gerne vil vide mere om, hvad bakterier egentlig er, før du ser “Introduktion til mikrobiomet”, kan du lære meget mere om prokaryoters opbygning og funktion lige her.
Videoen hører til teoriafsnittet “De gode bakterier”.
Mikrobiomet og sygdomme
I denne video fortæller læge Trine Nielsen om, hvordan mikrobiomet påvirker resten af kroppen og faktisk kan have en stor indflydelse på overvægt og sygdomme som diabetes, depression og autisme. Kom med!
Videoen hører til teoriafsnittet “De onde bakterier”.
