Forskare har länge anat att honungsbin har ett liknande förhållande till vissa mag- tarm-bakterier som vi människor. Men det har varit svårt att ta reda på vilka bakterier som påverkar binas mående. När Siv Andersson riktade sitt sökande mot den så kallade honungsmagen så fann hon en mjölksyrebakterie som ger binas larver ett skydd mot sjukdomen yngelröta. En sjukdom som kan slå ut ett helt bisamhälle om den får fäste.

Bina använder honungsmagen som ett transportkärl för nektar mellan blommor och kupa.

– Många trodde därför att bakterierna i honungsmagen inte fyllde någon funktion. Men när vi undersökte arvsmassan hos en viss mjölksyrebakterie så upptäckte vi gener för att producera antimikrobiella peptider, säger Siv Andersson.

Peptider är ett slags mini-protein som kan ha förmågan att fungera som ett slags antibiotika. Men förvånande nog så hade långt ifrån alla mjölksyrebakterier i kolonin förmågan att producera de skyddande ämnena.

Byter DNA

Efter att ha skapat en genetisk modell i labbet kunde Siv Anderssons forskargrupp studera arvsmassan hos bakterierna närmare. Då såg de hur bakterierna kunde byta DNA-sekvenser med varandra. Bland sekvenserna som skickades runt fanns generna som producerar de antimikrobiella peptiderna.

– Vi tror att de byter olika sekvenser ganska fritt med varandra i ett dynamiskt samspel. Även om deras enskilda genom är väldigt litet så innebär det att de har tillgång till en genpool som i princip är oändligt stor, säger hon.

Nu går forskarna vidare för att förstå vad som driver det genetiska samspelet.

Vanligtvis anses bakterier som mycket själviska organismer men dessa har utvecklat förmågan att samarbeta.

– Här är det inte individen som tjänar på samarbete utan hela gemenskapen av bakterier. Nu vill vi förstå vad som driver detta dynamiska utbyte. Förståelsen kan i en förlängning ge oss mer kunskap om den evolutionära processen.

För att öka kunskapen används både bioinformatiska metoder och labbförsök där genförändrade bakterier kan odlas under kontrollerade förhållanden.

– Vi tänker på bin som samhällsbyggande varelser och så visar det sig att deras magar rymmer en organism som även den lever i en samhällsliknande gemenskap. Det är fascinerande att se hur samarbete föder samarbete på det här sättet.

Cellernas ursprung

Under sin forskarkarriär har Siv Andersson arbetat mycket med olika symbiotiska bakterier som bidrar med vitaminer och aminosyror till sina värdar. Arbetet har väckt nyfikenheten på skillnaderna mellan bakterier och de eukaryota celler som bygger upp djur, växter och svampar. Medan bakterieceller saknar cellkärna har eukaryota celler både cellkärna och något som går att likna vid inre organ omslutna av membran. Ett exempel är cellens energisystem, mitokondrien, som tros vara en kvarleva från en symbiotisk bakterie.

– Detta fick mig intresserad av den eukaryota cellens ursprung, vilket är ett omdebatterat ämne i många forskarkretsar.

I grund och botten vill jag förstå de evolutionära processerna och hur de har utvecklats från urtid till nutid. Hur fungerar livet egentligen, och hur har det förändrats genom historien?

Särskilt har hon tittat närmare på såkallade planctomyceter. Det är en sorts bakterie som upptäcktes för närmare hundra år sedan. Planctomyceter har ett komplext inre nätverk av membraner. Detta har fått vissa forskare att kalla dem för den felande länken mellan bakterieceller och eukaryoter.

– Men när vi undersöker dem genetiskt så ser vi att de är bakterier som har utvecklat flera egenskaper som får dem att likna den eukaryota cellen. Men vi tror att det har skett helt oberoende från eukaryoterna, säger hon.

Till skillnad från andra bakterier har planctomyceterna även förmågan att ”svälja” stora molekyler, proteiner och även andra bakterier. Detta ger dem fördelen av att kunna lägga upp ett lager av näring inför perioder av svält.

– Nu vill vi identifiera vilka gener som ger dem dessa unika förmågor. Den kunskapen kan ge oss fler ledtrådar till hur den eukaryota cellen utvecklats. Vi vill veta vad som hände när bakterier, eukaryoter och arkéer tog olika utvecklingsspår i evolutionen.                     

Ny kunskap om bakteriernas arvsmassa kan även leda fram till nya behandlingsmetoder. Bakterier med skräddarsydda egenskaper har potentialen att hjälpa oss finjustera vårt eget immunsystem. 

– I dag finns ett enormt fokus på människans mag-tarm-bakterier. Kanske kan vi hitta sätt att ersätta ett utslaget mikrobiom eller komplettera det med nya funktioner, vilket kan det leda fram till nya behandlingar. Men samtidigt är mikrobiomet hos en frisk människa så mycket mer komplext än hos till exempel ett honungsbi.

Förstå livets utveckling

Siv Andersson är en av de svenska pionjärerna inom genomforskning. I slutet av 1990-talet var hon en av de första i världen att kartlägga hela genomet för en organism. Hennes forskargrupp kartlade tyfusbakteriens arvsmassa helt egen hand utan att delta i något större internationellt projekt.

Sedan en längre tid arbetar hon med beredning av projektanslag vid Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse. Men på gymnasiet drömde hon först om att bli antingen poet eller astronom.

– Sen fick vi lära oss om DNA-spiralen på biologin och jag insåg att det var vägen till att förstå livets utveckling.

Vid universitet erbjöds hon en doktorandtjänst där det ingick att åka till Paris för att lära sig tillverka DNA, vilket då var en mycket mer komplicerad process än i dag.

– För mig är det tydligt att du först måste förstå de evolutionära processerna innan du kan förstå hur livet fungerar. Samtidigt som allt i livet är förändring så hittar vi hela tiden robusta, stabila system. Det är oerhört fascinerande.

Text Magnus Trogen Pahlén
Bild Magnus Bergström