Heterotrofa bakterier
Tillgången på organiskt kol i naturliga vatten varierar. Under vissa perioder av året, som under och strax efter algblomning, är tillgången på denna typ av näring stor. Perioder däremellan är tillgången på organiskt kol mycket låg och de heterotrofa bakterierna, det vill säga de som lever på organiskt material, utsätts för perioder av svält. Dessa encelliga bakterier måste därför kunna stänga av ämnesomsättningen under perioder av svält och samtidigt ha en metabolisk beredskap för näringsupptag när organiskt material finns närvarande.
Några bakteriearter har utvecklat speciella strategier för att klara perioderna av svält. Caulobacterna, till exempel, har utvecklat ett stjälklikt utskott för att öka cellytan så att mer näring kan tas upp. De kan också ackumulera näringsreserver. De flesta bakteriearter kan dock inte differentiera. Hur klarar då dessa icke-differentierande, heterotrofa bakterier svält och den stress som uppstår under perioder av näringsbrist? När uppstår svältlika förhållanden för bakterier?
Man har gjort försök att dela in den heterotrofa bakteriepopulationen i två kategorier: oligotrofa och eutrofa organismer. Oligotrofa organismer skulle vara bakterier som kan leva och dela sig i näringsfattiga vatten med mindre än 15 mg organiskt kol per liter, och eutrofa organismer skulle bara kunna leva och dela sig under näringsrika förhållanden. Det visade sig att samtliga undersökta bakteriearter kunde leva och dela sig i näringsfattigt vatten förutsatt att lämplig kolkälla var tillgänglig. Alltså kan alla bakterier leva under mycket näringsfattiga förhållanden förutsatt att små mängder av rätt kolkälla finns närvarande.
Naturligtvis måste heterotrofa, icke-differentierande bakterier reagera på näringsbrist, men hur? Man har studerat morfologiska förändringar, endogena metaboliska och genetiska förändringar samt reaktioner på flera stressmoment som till exempel svält, värme och UV-ljus, svält och oxidativ stress med mera. Reaktioner på flera stressmoment är speciellt intressanta, för om svältande bakterier inte reagerar som bakterier i tillväxt, hur fungerar då våra desinfektionsmetoder för till exempel dricksvatten, sjukvården och livsmedelsindustrin? Dessutom är det intressant då det kan tala om hur stressgener regleras.
Morfologiska förändringar under svält
När heterotrofa bakterier har brist på organiskt kol blir cellytan mer hydrofob och sammansättningen av fettsyror i cellmembranet ändras. Detta tror man är bakteriens strategi för att nå ytor där det ansamlats fettsyror som ej är vattenlösliga, till exempel vattenytan eller fasta ytor. Den svultna hydrofoba bakterien dras fysiskt till den hydrofoba ytan och där äter den av fettsyrorna. Bakterien kommer då att öka i storlek, cellmembranets fettsyrasammansättning ändras, bakterien blir mer hydrofil och stöts bort från ytan. När den sedan får brist på kol igen, ändras cellytan och bakterien når ytfilmen av fettsyror, äter av den, stöts bort och så vidare.
Fysiologiska förändringar under svält
De metaboliska reaktionerna på svält kan delas in i tre faser:
Fas 1 är bakteriens omedelbara reaktion (0–30 minuter) på kolbrist. Syntesen av RNA, proteiner och cellvägg minskar snabbt. Nedbrytningen av proteiner (proteolysen) i cellen ökar.
Fas 2 är en anpassningsfas som varierar i längd beroende på organism och tidigare kolkälla. Sammansättningen av fettsyrorna i cellmembranet ändras, syntesen av makromolekyler ökar för att sedan minska igen, halveringstiden på mRNA ökar och rRNA bryts ej ner. Detta betyder att cellen är beredd på proteinsyntes så fort organiskt kol finns närvarande.
Fas 3 är en fortsättning på fas 2 där syntesen av makromolekyler fortsätter att sjunka. Cellmaterial som DNA, RNA, ribosomer, kolhydrater, proteiner och lipider bryts långsamt ner.
Det är absolut nödvändigt att svältande bakterier kan sänka/stänga av ämnesomsättningen för att överleva. Svältande bakterier stänger inte av sin metabolism helt, utan går på sparlåga. Bakteriens anpassning till svält- lika förhållanden verkar vara både en aktiv process och en avstängningsprocess. Genom att studera förändringar i proteinsammansättningen kan man identifiera vilka gener som aktiveras vid svält och vilka som stängs av.
När man kom på att bakterier i stationärfas egentligen var bakterier som levde under näringsbrist tog svältforskningen fart. Man visste att bakterier som var i stationärfas var mer motståndskraftiga mot sekundär stress som värme, UV-ljus och exponering för väteperoxid. Detta visade sig gälla även för svältande bakterier. Man fann att olika typer av stress gav upphov till syntes av samma proteiner. Detta behöver dock inte betyda att dessa proteiner styrs av samma reglerande gener.
Idag har svältforskningen utvecklats till allmän forskning om hur celler överlever och hur celler klarar olika typer av stress, hur gammal en cell kan bli och vad som skyddar cellen mot åldrande.
Åsa Jouper-Jaan
metabolism = ämnesomsättning
differentiera = ombilda eller förändra sin ursprungliga form och struktur
morfologisk = som avser kroppens, organens, vävnadernas, cellernas m.m. strukturella uppbyggnad och form
endogen = inifrån kommande
stationärfas = period av oförändrat tillstånd