Sundhedsfremmende bioaktiv kost

Chr. Hansen og Institut for Systembiologi, byder dig velkommen til projektet ”Sundhedsfremmende bioaktiv kost”. Projektet er udarbejdet af Eva Roitmann i samarbejde med begge partnere. Gennem projektet vil du bl.a. lære om, hvordan probiotiske bakterier hjælper din krop med at holde dig sund. Projektet indeholder en række artikler der kan benyttes enkeltvis eller som et samlet undervisningsforløb. Materialet er specielt velegnet til undervisning i biologi og bioteknologi. Teorien er suppleret af to eksperimentelle øvelser, der primært henvender sig til biologi og bioteknologi.

 

I dag er samfundet meget fokuseret på, at folk skal leve sundt. Man er bevidst om, at kosten har stor indflydelse på, om vi har det godt. Det er ikke kun fordi, vi skal have den rigtige mængde essentielle stoffer, dvs. kulhydrater, fedtstoffer, proteiner, vitaminer og mineraler, men også fordi der i kosten findes bioaktive komponenter. Bioaktive komponenter kan enten påvirke kroppen på en god eller på en dårlig måde. En række stoffer har således en negativ virkning på kroppen såsom kræftfremkaldende farvestoffer. Der findes også masser af sundhedsfremmende komponenter i kosten, og dette projekt handler om to sådanne komponenter, nemlig probiotika (hovedsageligt sunde bakterier) og præbiotika (som regel fibre).

Både probiotika og præbiotika hjælper til at holde maven sund ved at skabe en balanceret tarmflora. Det er vigtigt med en sund mave, for det er netop her, at kroppen er meget udsat for farlige komponenter, da vores mad indeholder utallige mikroorganismer og potentielt skadelige stoffer. Desuden ligger 70 % af immunsystemet i mavetarmkanalen, og en sund tarmflora påvirker immunsystemet på en god måde.

Figur 1. Kosten har stor indflydelse på vores sundhed. Det skyldes bl.a. at kosten påvirker tarmfloraen. En balanceret tarmflora kan fx opnås ved at spise yoghurt, som indeholder (evt. probiotiske) mælkesyrebakterier og jordbær, som indeholder (evt. præbiotiske) fibre. 

Den sunde tarmflora hjælper med at opretholde helbredet på mange måder.

For det første trives de sunde bakterier rigtig godt i tarmen, hvilket medfører, at de udkonkurrerer andre evt. farlige bakterier. Desuden producerer de sunde bakterier også en form for naturlig antibiotika, som angriber de farlige bakterier.

For det andet påvirker de sunde bakterier som nævnt immunsystemet. De får fx visse immunceller til at producere en masse antistof, IgA, som udsendes i tarmen og får farlige bakterier til at klumpe sig sammen, så de bliver uskadelige. Det menes, at de sunde bakterier også kan få immunceller til at være mere opmærksomme, så de evt. kan genkende cancerceller og lignende, hvilket dog endnu ikke er endegyldigt bevist. Mange sygdomme såsom astma og allergi skyldes et forkert immunrespons. Det er altså din egen krop og dine egne celler, der angriber dig ved disse sygdomme. Her kan de sunde bakterier i tarmen i nogle tilfælde få immunsystemet til at opføre sig ordentligt.

Derudover har de sunde bakterier også et stofskifte (metabolisme), der er gavlig for os. Dvs. at bakterierne producerer stoffer, der hjælper os, og optager eller nedbryder stoffer, som vi ikke skal bruge. De kan fx hjælpe mod diarré, for bakterierne er gode til at optage vand. Der er også mange sygdomsfremkaldende stoffer, de kan nedbryde, fx stoffer der kan forårsage cancer. Bakterierne kan også hjælpe på forhøjet blodkolesterol ved at få mere kolesterol til at udskilles.

Figur 2. Probiotika og præbiotika virker ved at skabe en sund tarmflora (hovedsageligt i tyktarmen).

Figur 3. Mikroskopibilleder af nogle af de sunde bakterier – til venstre ses bifidobakterier, til højre ses lactobacilli. Billederne er fra Rowett Institute of Health and Nutrition, University of Aberdeen.

Udover at kende til, hvordan bioaktive komponenter påvirker kroppen, er det også interessant at vide, hvordan de produceres og anvendes i praksis. Dette beskrives i afsnittet om probiotika i praksis, med Chr. Hansen som case.

Rigtig god fornøjelse med projektet.

 

Teori:

Teoridelen af projektet består af seks artikler. De første to om fordøjelseskanalen og mavetarmkanalen er introducerende. De næste to om probiotika og præbiotika er en beskrivelse af disse komponenter og deres funktion og virkemåder i kroppen. Det næste afsnit om probiotika i praksis perspektiverer probiotika til, hvordan de produceres i industrien, og hvilke produkter de indgår i. Det sidste afsnit redegør for, hvilke analysemetoder, der anvendes til at forske i probiotika og præbiotika, og hvorfor de er så svære at undersøge. Afsnittet om analysemetoder beskriver også de forskellige teknikker, der anvendes i forsøgene.

Rigtig god fornøjelse med den teoretiske del af materialet!

Øvelser, videre læsning og ordliste:

 

  • Øvelse

    I dette projekt er der udviklet to forsøg til laboratoriet. Øvelsesvejledningerne kan downloades her:

    Forsøgsvejledning: Mælkesyrebakterier og holdbarhed

    Forsøgsvejledning: Undersøgelse af forskellige probiotiske stammer

    Til lærerne findes yderligere en vejledning (materialer, udstyr, forberedelse og kort oversigt over tidsplan for forsøgene) til hvert forsøg.

    Lærervejledningerne, og andre relevante dokumenter kan tilgås på Lærervejledning undersiden. Adgang til siden kræver et password, der tilsendes efter forespørgsel ved biotech@bio.dtu.dk


    Praktisk gennemgang af metoderne, der anvendes i forsøgene

    Generelt om mikrobiologiske teknikker

    Når man arbejder med bakterier, er det vigtigt at arbejde sterilt, da der ellers kan komme andre bakterier frem, end dem man ønsker at undersøge. Alt udstyr (pipettespidser, podenåle, agarplader mm.) er sterilt, og skal holdes væk fra andre bakterier. Hvis en pipettespids for eksempel har rørt hånden, er det vigtigt, at der tages en ny. Udstyr opbevares i lukkede poser eller beholdere, og man skal kun røre på de steder, der ikke kommer i kontakt med anvendte bakterier og medier.

    HUSK at skrive navn og dato på alle anvendte reagensglas, plader mm. På pladerne skrives der langs kanten på bunden, da lågene kan byttes om.

    Det er vigtigt ikke at indtage mad og drikkevarer, når der arbejdes med bakterierne. Husk at vaske hænder grundigt med sæbe inden I starter. Sprit bordet af og sørg for kun at have de ting fremme, der skal bruges.

    Alle laboratorietimer afsluttes med at vaske hænderne grundigt med sæbe.

     

    Udpladning

    I mikrobiologiens laboratorie er det ofte meget nyttigt at sprede bakterier på specielle plader, som indeholder et medie, bakterierne kan vokse på, og agar, som gør mediet stift. Udpladning kan for eksempel bruges til at tælle antal bakterier i en prøve, til at isolere bakterier, til at undersøge diversiteten af bakterier i en prøve, til at identificere bakterier og meget mere.

    Rent praktisk udføres udpladningen således:

    Der plades ud ved at overføre 0,1 mL fra en fortynding til en plade og sprede væsken hen over pladen med en steriliseret dridalski-spatel. Spatelen skal steriliseres mellem hver udpladning. Det gøres ved at dyppe den i 70 % sprit og føre den hurtigt ind over bunsenbrænderen (det er vigtigt at spatelen tages hurtigt ud af ilden, da den ellers sprænger). Ved denne metode går der ild i spritten, som damper af. Nu er spatelen meget varm, hvilket vil dræbe alle bakterierne, hvis den blev brugt direkte. Derfor sættes spatelen i siden af agarpladen, så der sker en hurtig afkøling.

    Efter udpladning sættes pladerne til inkubering, så bakterierne kan få lov at vokse.

  • Ekstramateriale

    På denne side ligger valgfrit læsestof, til den interesserede læser. Det kan læses i stedet for nogle af afsnittene i teori-delen. Blandt andet kan du få mere at vide om:

    ·       Det specifikke immunsystem

    ·       Bakterier generelt

    Rigtig god fornøjelse!

    Det specifikke immunsystem

    Dette er en uddybende tekst om det specifikke immunsystem. For at få sammenhængen med, gentages nogle elementer, som nævnes i artiklen om mavetarmsystemet.

    Det specifikke immunsystem er mere specifikt og effektivt end det uspecifikke immunsystem. Det aktiveres, når et patogen er trængt igennem de første forsvarsmekanismer. De egenskaber, som gør det stærkere end det uspecifikke immunsystem, er følgende:

    • Det kan diskriminere mellem fremmede substanser og egne normale celler.
    • Det agerer specifikt med et bestemt respons mod et bestemt patogen.
    • Det kan genkende patogener, som det allerede er stødt på, fordi det danner hukommelsesceller (det er derfor mere effektivt mod efterfølgende udsættelse for samme patogen). Det er i øvrigt denne egenskab, der benyttes i udviklingen af vacciner.

    Den måde, cellerne kan være specifikke på, genkende og diskriminere gode strukturer fra dårlige, skyldes især et molekyle, som hedder MHC (major histocompatibility complex). De fleste celler i kroppen har dette molekyle på overfladen af deres membran. Cellerne tager stoffer fra cytoplasma og præsenterer dem på overfladen bundet til MHC.

    Figur 56. Figuren viser opbygningen af immunsystemet i mavetarmkanalen. Der ses lumen med mikroorganismer og slim. Der er immunceller såsom porøse M celler (dem med huller) og dendritiske celler (med en “arm” mellem epitelcellerne), der kan optage komponenter fra lumen, så de andre immunceller kan beslutte, hvilket respons der skal startes. Under epitelet er lymfeknuderne med B- og T-celler.

     

    Normale celler har MHCI, og disse normale celler præsenterer stoffer fra sig selv, mens nogle immunceller (antigenpræsenterende celler) også har MHCII, som bruges til at præsentere molekyler på overfladen fra de emner, disse immunceller har “spist”. Nogle af det specifikke immunsystems celler (T-cellerne) kan så scanne membranoverfladen og se, om molekylerne er farlige eller harmløse. De molekyler, som immuncellerne kan genkende, og som de skaber et immunrespons imod, kaldes antigener. MHCI kan fx præsentere virus- eller cancercelle-antigener, mens MHCII mest præsenterer bakterie- eller svampeantigener.

    I mavetarmkanalen kan det specifikke immunsystem danne tre former for respons: et systemisk respons, et tolerogent respons og et IgA-respons.

     

    Det systemiske respons

    Det systemiske respons er til for at alarmere resten af kroppen, når der er noget farligt til stede. Ved det systemiske respons er T-cellerne centrale. T-cellerne binder til antigen-MHC komplekser med T-celle receptoren (TCR), hvorved de aktiveres og prolifererer til huskeceller og effektorceller. T-cellerne beholder antigenspecificitet hele livet. Når kroppen udsættes for det samme specifikke antigen en anden gang, reagerer huskecellerne hurtigt på det, hvorved de prolifererer og danner flere huskeceller og effektorceller.

    Figur 57. Det specifikke immunsystem kan skelne mellem vores egne celler og fremmede substancer vha. MHCII på overfladen af antigenpræsenterende celler. Det kan også skelne mellem raske og syge celler vha. MHCI på overfladen af de fleste af kroppens egne celler. På denne figur har den raske celle en blå partikel præsenteret på overfladen, mens den syge har en orange partikel.

     

    Der er to slags T-celler: T cytotoksiske celler (Tc) og T hjælper celler (Th). Tc-celler genkender antigen-MHCI komplekser og eliminerer dermed celler, der har ændret sig (og kan give anledning til cancer) eller er blevet invaderet af patogener. Det gør de enten ved at udsende stoffer, som får cellerne til at dræbe sig selv (induceret apoptose – programmeret celledød) eller ved at aktivere de cellespisende celler, som tilhører det uspecifikke immunsystem (fx makrofagerne). Tc-celler kan også aktiveres af cytokiner. Th-celler genkender antigen-MCHII komplekser især på overfladen af dendritiske celler. Th-celler vil derefter kunne omdannes til bestemte effektor Th-celler afhængigt af cytokin-koncentrationen i vævet og af hvilken type antigen, de tidligere har mødt. Effektor Th-cellen udsender cytokiner, som aktiverer andre komponenter af immunsystemet.

    Foreløbig kendes fire typer effektor Th-celler, der funktionelt adskiller sig fra hinanden: Th1, Th2, Th17 og Treg. De fire typer effektorceller skaber hver deres type af immunrespons. Mens Th1, Th2 og Th17 alle hjælper til bekæmpelse af patogener på hver sin måde, så danner Treg grundlaget for det tolerogene respons.

    Figur 58. Der findes to slags T-celler (Tc og Th), som har hver deres rolle.

     

    Det tolerogene respons

    Det er meget vigtigt, at immunsystemet ikke bliver aggressivt over for ufarlige strukturer og mikroorganismer. Det er der mindst to grunde til: den ene er, at de ufarlige ting kan være gavnlige for kroppen og helst skal blive der, den anden er, at immunsystemet kan være farligt for kroppen, fordi det kan nedbryde kroppens eget væv i kampen (fx ved kronisk inflammation). Derfor er der et respons (kaldes det tolerogene respons), som nedregulerer de destruktive responser.

    Ved det tolerogene respons optager dendritiske celler harmløse antigener og stimulerer differentieringen af T hjælper cellerne til regulatoriske Th-celler (Treg). Treg sikrer kroppens tolerance overfor harmløse antigener ved at secernere cytokiner, der nedregulerer andre slags T-celler på tre forskellige måder:

    • Formeringen af andre T-celler hæmmes
    • Andre T-celler sættes ude af stand til at reagere på antigen-MHC komplekser
    • Der induceres programmeret celledød (apoptose) i andre T-celler.

    Det tolerogene respons er især vigtigt i mavetarmkanalen, fordi der bor så mange mikroorganismer, som er essentielle for, at fordøjelseskanalen fungerer ordentligt, og disse mikroorganismer skal ikke dræbes.

     

    IgA-responset

    Ved IgA-responset er B-cellerne i spil. B-celler har antistoffer på overfladen. Antistoffer er proteiner, som genkender og binder antigener. De har én del, som altid er den samme og bestemmer, hvilken af de fem eksisterende typer det tilhører (IgA, IgM, IgG, IgD og IgE), og en anden del, som er variabel og afgør, hvilket antigen det binder til. Hvert unikt antistof binder et specifikt antigen – fx kan ét IgA molekyle binde til et antigen fra en bestemt bakterie, mens et andet IgA molekyle binder til et antigen fra en svamp.

     

    Figur 59. Det systemiske respons er baseret på T-celler. Der findes T cytotoksiske (Tc)-celler og T hjælper (Th)-celler. På figuren ses, at en Th-celle binder til et MHCII-antigen molekyle med T-celle receptoren. Derved aktiveres den og omdannes til huskeceller og en specifik effektor Th-celle afhængig af, hvilket antigen det er. Dette ses ikke på figuren. Den aktiverede Th-celle udsender cytokiner, som har en bestemt virkning på andre komponenter i kroppen – fx kan de aktivere Tc-celler eller makrofager, som nedbryder patogenet. 

     

    B-celler kræver to aktiveringstrin. Det første trin er, at et antistof på overfladen af B-cellen binder direkte til et bestemt antigen. Det andet trin består i stimulering vha. Th2-celler. B-celler er antigen-præsenterende celler, som optager patogener og præsenterer fragmenter af dem på overfladen bundet til MHCII. Th2-celler binder til disse antigener. Dette resulterer i aktivering af B-cellen, som prolifererer og bliver til effektorceller og huskeceller.

    Ligesom T-huskeceller beholder B-huskeceller antigenspecificiteten fra den oprindeligt aktiverede celle. Dette varer hele livet hos mennesker. Effektorcellen producerer store mængder af det specifikke antistof (hvilket i tarmen mest er et IgA antistof), som bandt til antigenet i det første trin (ca. 2000 antistoffer pr. sekund i deres 5-7 dages levetid).

    De aktiverede IgA-producerende effektor B-celler kaldes også plasmaceller. IgA’s primære funktion er at hindre mikroorganismer i at klæbe sig til og trænge igennem slimhindeoverflader ved at få dem til at klumpe sammen, hvorefter de vil blive udskilt med fæces. IgA kan også binde sig til patogenet, hvorved det vil fagocyteres og nedbrydes af celler fra det uspecifikke immunsystem.

    Evnen til at danne huskeceller benyttes i øvrigt ved vacciner – man udsætter kroppen for et (harmløst) antigen, hvorved der dannes huskeceller. Ved næste møde med samme antigen, vil kroppen reagere hurtigt og udrydde kilden med det samme.

    Figur 62. IgA-responset. Ved aktivering producerer B-cellerne store mængder antistof, der udrydder patogenerne fx ved at få dem til at klumpe sig sammen, så de kan udskilles med fæces eller ved at binde sig til dem, hvorved celler fra det uspecifikke immunsystem fagocyterer og nedbryder dem.

     

    Figur 60. Det tolerogene respons nedregulerer immunresponser, for at de gavnlige strukturer og kroppens eget væv ikke nedbrydes. T hjælper celler bliver til regulatoriske hjælper celler ved kontakt med harmløst antigen.Tolerance via cytokiner induceres på tre måder –  formeringen af andre T-celler hæmmes, T-celler sættes ude af stand til at genkende antigen-MHC komplekser, og der induceres apoptose i andre T-celler.

     

    Figur 61. B-celler kræver to aktiveringstrin. Først skal et antistof på overfladen binde til et antigen, og derefter skal de stimuleres vha. Th2 celler.

     

    Figur 63. Immunsystemet kan huske, når det har været udsat for et antigen, og reagerer hurtigere og kraftigere ved næste udsættelse for samme antigen. Dette benyttes ved udvikling af vacciner. 

     

    Om bakterier generelt

    For at kunne forstå, hvordan probiotika virker, er det vigtigt at vide noget om bakterier generelt. Bakterier er meget vigtige i hverdagen – de findes overalt, i jorden, luften, vandet, maden, kroppen, osv. De har stor indflydelse på mennesket, og selvom man indirekte gennem årtusinder har interesseret sig for dem, var det først i 1600-tallet, at man så en bakterie i mikroskop og ikke før i starten af 1800-tallet, at de havde fået deres navn, ”bakterier”.

    Man skaber ny viden vha. forskning, der som regel er fokuseret på, hvad der økonomisk og socialt set har interesse. Traditionelt set har forskningen omkring bakterier været baseret på, at de giver mennesket infektioner, som kan være dødelige. Man prøvede derfor at finde bakterielle molekyler, som lægemidler kan rette sig mod, såkaldte “drug targets”. Disse drug targets kunne for eksempel være del afbakteriernes struktur eller metabolisme. Disse adskiller sig nemlig fra menneskets, og lægemidlerne derfor kan være specifikke mod bakterier. Det ledte til opdagelsen af penicillin i 1928 og senere til udviklingen af en række andre forskellige antibiotika især i 1950’erne.

    Figur 64. I begyndelsen var forskningen rettet mod at definere bakteriers struktur og metabolisme for at finde ud af, hvordan de kunne udryddes.Strukturen af en bakterie ses på figuren.

     

    Da man dengang mente, at infektioner var bekæmpet, blev bakterieforskningen trappet ned. Imidlertid er man igen begyndt at interessere sig for bakterier og denne gang især for deres livsstil. Det skyldes dels den stigende antibiotikaresistens hos bakterier, dels at man benytter dem til industriel produktion, og dels at man har fundet ud af, at bakterier også er vigtige for at opretholde sundheden. Nu forskes der derfor både i patogene, neutrale og sundhedsfremmende bakterier.

     

    Bakteriernes livsstil

    Bakteriers livsstilsstrategier er baseret på at have den størst mulige overlevelsesevne. For de fleste bakterier er disse strategier baseret på de samme principper, og probiotika er ingen undtagelse.

    Bakterier specialiserer sig til at eksistere et bestemt sted, så de bliver ekstra gode til at leve lige præcis dér. På den måde kan de udkonkurrere andre bakterier. For eksempel vil en bakterie, som normalt lever i lungen, ofte ikke kunne bosætte sig i urinrøret. På samme måde gælder det for eksempel også for lactobacilli, som for det meste kun findes i den nederste del af tyndtarmen, mens bifidobakterierne kan sætte sig fast i tyktarmen. Til gengæld vil det godt kunne ske at en bakterie, som lever i kyllingens tarm, vil kunne bosætte sig i menneskets tarm, hvilket er tilfældet for Salmonella typhi.

    Figur 65. Bakterier specialiserer sig til at leve et bestemt sted. Nogle kan leve i forskellige værter, men stadig ofte i det samme anatomiske område. Dette giver bakterierne den bedst mulige overlevelsesevne. For eksempel kan en bakterie, der inficerer huden (fx staphylokokker), som regel ikke leve på tænderne og omvendt.

     

    Bakterier, som er specialiserede i at kolonisere mennesket eller andre dyr, skal igennem flere stadier. Først er de uden for kroppen, derefter skal de igennem kroppens forsvarsmekanismer fx fordøjelsessystemet, hvorefter de bosætter sig og formerer sig. Endelig skal enkelte bakterier videre for at forsøge at kolonisere en ny vært. Det betyder, at bakterierne skal kunne overleve i meget forskellige miljøer, både uden for kroppen (fx i jord, vand og mad), og inden i kroppen. Disse bakterier skal kunne eksistere på flere former, så de er bedst udrustet til, hvad de møder.

    Uden for kroppen og lige når bakterierne kommer ind i kroppen, før de når til det sted, de vil bosætte sig, vil bakterierne møde meget modstand. Derfor har bakterierne forskellige beskyttelsesstrategier. Nogle bakterier vil danne en kapsel rundt om sig. Kapslen er dannet af kulhydrater, som forhindrer stoffer i at komme i direkte kontakt med cellen. Andre bakterier klumper sig sammen vha. korte receptorproteiner, der genkender og binder til hinanden. Dette gør, at selvom de yderste i klumpen angribes og dør, vil de inderste stadig overleve.

    Inde i kroppen kan bakterierne registrere på forskellige stoffer i miljøet, om de befinder sig et sted, hvor de kan bosætte sig, hvorefter de ændrer membranens overflade. Dette sker ved genregulering. De gener, der koder for receptorproteiner eller står for produktionen af en kapsel, bliver nedreguleret, mens andre gener, som er specialiserede i kolonisering, opreguleres.

    Figur 66. Bakterier lever i forskellige stadier alt afhængig af, hvilket miljø de befinder sig i. For at beskytte sig (mod immunsystemet, enzymer eller andre stoffer) kan de for eksempel danne en kapsel eller klumpe sig sammen. Bakterier ændrer stadie ved hjælp af genregulering, efter at de har registreret det miljø, de befinder sig i, og dermed hvilke proteiner, der er behov for at producere.

     

    Kolonisering

    Kolonisering er utrolig vigtigt for bakterier. Uden evnen til at bosætte og formere sig ville de hurtigt dø. Det er også vigtigt for menneskets sundhed, for uden mikrobiotaen ville vi hurtigt blive syge. For eksempel danner probiotikas evne til at kolonisere tarmen baggrunden for, at probiotika kan udføre sine sundhedsgavnlige opgaver (det er nu ikke alle effekter af probiotika, der kræver, at bakterierne koloniserer tarmen – nogle probiotiske stammer har faktisk også sundhedsfremmende effekter, når de indtages døde). Det er dog ikke så nemt for bakterier at kolonisere noget sted i kroppen, pga. de mange forhindringer.

    Bakterier, som fx probiotika, der vil bosætte sig i tarmen, har det hårdt. Tarmen er en slagmark fyldt med bakterier, som kæmper om mad, om plads til at klæbe sig fast på og om plads i tarmlumen. Derudover skal bakterierne også undgå, at immunsystemet dræber dem, samtidig med at de skal overleve, selvom epitelcellerne, som de sætter sig på, ofte skiftes ud. Alt dette skal i øvrigt udføres, mens tarmen hele tiden bevæger sig og renses ud i gennemsnit ca. en gang om dagen (defækation, ved toiletbesøg).

     

    Figur 67. Der er mange forhindringer for bakterier i tarmen, og det er ikke nemt for dem at bosætte sig der. Bl.a. skal de kæmpe mod andre mikroorganismer om næringsstoffer, plads i lumen og på epitelet. Derudover skal de overleve, at epitelcellerne udskiftes hver 2.-5. dag, samt at de skal undgå immunsystemet. De skal også modstå bevægelse og udrensning af tarmen samt de kemiske påvirkninger, de udsættes for (fx enzymer, antimikrobielle peptider og pH).

     

    Det første skridt i koloniseringen er binding til en overflade (adhæsion). Bakterier har ofte flere forskellige mekanismer, de bruger, men hver mekanisme er som regel meget specifik. Bakterier adhærer ved at danne nogle ekstracellullære strukturer (strukturer uden for cellen), som har bindekomponenter (adhesins på engelsk) for enden af strukturen. Strukturerne sidder enten direkte på bakteriens overflade eller er formet som lange hår, kaldet fimbriae (de er ca. lige så lange som bakterien er bred dvs. 2-5 nm), der stikker ud fra overfladen. Bindekomponenterne binder så til bestemte receptorsites, som enten sidder i slimhindelaget, der dækker epitelcellerne, eller direkte på overfladen af epitelcellerne. Bindekomponenterne og receptorsites’ene er ofte glykoproteiner, som generelt har tendens til at klumpe sammen.

    Det næste trin for at kunne blive i tarmen er, at bakterierne skal danne biofilm. Dvs. at de skal formere sig og danne et stærkt fællesskab af samme slags bakterie. Her klæber bakterierne til hinanden ofte vha. ekstracellullære strukturer som før ved adhæsion, blot med en anden specificitet. Når der er mange af samme slags bakterier samlet på det samme sted, kommunikerer de med hinanden vha. quorum sensing og begynder så at producere en masse andre stoffer, som skal hjælpe dem til at blive siddende i tarmen. De producerer bl.a. en ekstracellulær matrix, som både beskytter dem og gør biofilmen mere stiv. Hos patogene bakterier vil denne kommunikationsmetode (quorum sensing) også bidrage til at registere, hvornår de er mange nok til at bruge energi på at producere giftige stoffer og dermed forårsage sygdom. Biofilmdannelsen beskytter bakterierne mod nedbrydende enzymer og immunforsvarets celler og stoffer, da de har svært ved at trænge igennem og ind til bakterierne.

    Figur 68. Bakterierne må adhære til epitelet for at sidde fast. De benytter sig af ekstracellulære strukturer – enten direkte på overfladen eller for enden af længere strukturer kaldet fimbriae – til at binde sig til slimhindelaget eller direkte på epitelcellerne.

     

    Figur 69. Efter at have sat sig fast formerer bakterierne sig og danner biofilm, som er tætte samlinger af bakterier i ordnede strukturer på enhver form for overflade. Dette gør de ved at kommunikere med hinanden, klæbe til hinanden og danne en ekstracellulær matrix.

     

  • Ordliste

    Aerob/anaerob/fakultativ anaerob: Aerobe organismer kan kun leve, når der er oxygen tilstede, mens anaerober kun kan leve uden oxygen. Fakultative anerober kan leve i et miljø både med og uden oxygen.

    Antigen: de molekyler, som immuncellerne kan genkende og skaber et immunrespons imod.

    CFU (colony forming units): bruges meget i mikrobiologiens laboratorie og er en metode der bruges til at kvantificere bakterier. Ved udpladning af opløsninger med bakterier kommer en masse små prikker på pladerne. Disse prikker kaldes kolonier, og i teorien er hver prik fremkommet af én enkelt bakterie, som har formeret sig og dannet så mange bakterier, at de danner en synlig prik. Denne bakterie kaldes en ”colony forming unit” (CFU). Antallet af CFU’er skulle derfor gerne stemme overens med, hvor mange bakterier, der har været fra start.

    Cytokin: intercellulære signalmolekyler, der er vigtige for immuncellernes kommunikation.

    Enzymer: er proteiner, der fungerer som kroppens biologiske katalysatorer.

    Epitel: et lag specialiserede celler på overflader af forskellige kropsstrukturer. Disse celler har helt specielle roller og kan se meget forskellige ud alt afhængig af, hvor de sidder. Dette kan fx være på indersiden af lungerne, i blodkapillærer, på huden eller i mavetarmkanalen. Cellerne sidder meget tæt og har bl.a. til opgave at beskytte organerne, udsende sekreter, selektivt at absorbere forskellige stoffer og meget mere. Epitelet beskrives i artiklen ”Mavetarmsystemet”.

    Fagocytose: cellers måde at ”spise” større komponenter fra omgivelserne ved at indkapsle komponenten i membranen.

    Fermentering: er en metabolisk metode bakterier bruger til at producere energi fra fx kulhydrater ved en delvis forbrænding. Fermentering står overfor cellulær respiration, hvor oxygen forbruges, og produkterne er energi, vand og CO2.

    Fæces: medicinsk ord for afføring.

    Genekspression: udtryk for hvilke gener, der rent faktisk kommer til udtryk. Det er sådan, at organismer har rigtig mange gener, men det er ikke alle, der bliver udtrykt til protein på samme tid. Genekspressionen er altid nøje reguleret og afhænger af, hvad cellen har brug for at gøre på et bestemt tidspunkt i et bestemt miljø.

    Lumen: indre hulrum. I mavetarmkanalen er det der, hvor maden kommer igennem.

    Metabolisme: betegnelse for de kemiske reaktioner, der forløber i en levende organisme, for at opretholde liv.

    Mikrobiota: mikroorganismer, der lever i en rask mavetarmkanal. Beskrives i artiklen ”Mavetarmsystemet”.

    Mikroorganismer: organismer som er mikroskopiske og ikke kan ses af menneskeøjet. De er meget diverse og inkluderer bl.a. bakterier og fungi (svampe).

    Patogen: kommer fra græsk: ”patho” betyder lidelse og suffixet ”-gen” betyder skabende. Patogen betyder derfor sygdomsfremkaldende.

    Stamme: alle organismer klassificeres i- og benævnes ved genus, art og stamme. Det kan eksemplificeres ved mennesket: Homo (genus) sapiens (art), og stammen angiver fx, om man er afrikaner eller asiat.

    ”Vokse”: i mikrobiologiens verden bruges ordet ”vokse” om bakterier, der deler sig og bliver til flere. Det hentyder altså ikke til, at den enkelte bakterie bliver større, men i stedet at bakteriekolonierne bliver større.

     

Kildehenvisning:
Dette projekt blev udgivet i december 2010. Det er udarbejdet af Biotech Academy og er blevet opdateret løbende.

null

Projektet er udarbejdet af Eva Roitman.
Eva er i dag færdig som civilingeniør i Bioteknologi fra DTU og har en bachelor i Human Life Science fra DTU.

Eva Roitmann

null

Chr. Hansen producerer ingredienser som bruges i fødevarer, agrikultur og farmaprodukter eksempelvis probiotika, bakteriekulturer, enzymer og naturlige farvestoffer. Chr. Hansen har været sponsor og partner på projektet.

Chr. Hansen

null

Institut for Systembiologi har Danmarks største biovidenskabelige og bioteknologiske forskning på universitetsniveau.
Instituttet har været partner og sponsor på projektet.

Institut for Systembiologi