Mikroorganismer, som finns i enormt antal och rik mångfald på vår planet, har stor betydelse för människors välmående – direkt genom att påverka vår hälsa, och indirekt genom t ex kretsloppet av närningsämnen och påverkan på klimatet.

Det mesta man känner till om mikroorganismer har man lärt sig från att studera dem man lyckats isolera och odla på labb. Det stora flertalet är dock mycket svåra att odla, därför har man alltmer övergått till att analysera mikrobiella samhällen direkt utan odling, ofta med DNA baserade metoder.

En sådan metod är så kallad metagenomik där man extraherar DNA från ett helt prov, t ex ett vattenprov från en sjö, och sekvenserar hundratusentals DNA fragment. Dessa kan sedan pusslas samman till mer eller mindre kompletta arvsmassor av de bakterier och arkéer (tidigare kallade arkebakterier, en egen grupp mikroorganismer vid sidan av bl a bakterier), som finns i provet.

– En analys av geninnehållet ger inblick i vilka metaboliska processer som det mikrobiella samhället kan utföra, samt vem som gör vad i samhället. Det kan också ge insikter i hur evolutionära processer fungerar i verkliga naturen, berättar Anders Andersson, nu verksam vid avdelningen för limnologi vid Uppsala universitet.

En ännu större mångfald finns bland de virus som attackerar mikroorganismerna. Det finns cirka tio gånger fler virus än bakterier och arkéer och att bli dödad av ett virus är ett vanligt öde för en mikrobiell cell. För att förstå dessa processer, och för att i framtiden kanske kunna reglera de mikrobiella samhällenas struktur, är det viktigt att t ex veta vilka virus som attackerar vilka bakterier och arkéer. I den nya studien presenteras en analysmetod som gör det möjligt att utifrån enbart metagenomdata ta reda på just detta.

Forskarna använde sig av DNA-sekvenser i den del av bakteriernas och arkéerenas arvsmassa som ingår i ett DNA-baserat immunförsvar, kallat CRISPR-regionen (Clusters of Regularly Interspaced Palindromic Repeats). När en bakterie eller arkée blir attackerad av ett virus plockas ett litet fragment av virusets arvsmassa upp och inkorporeras i denna region och kan sedan användas som försvar mot en attack av ett likadant virus.

– Vi använde sådana fragment från arkéer och bakterier som lever i biofilmer i sura underjordiska källor och lyckades kartlägga arvsmassan för ett antal viruspopulationer denna miljö, där ingen tidigare lyckats isolera några virus, säger Anders Andersson.

Analysen visade att vissa arkéevirus var specialiserade på en enda värdorganism medan andra hade flera olika arter som värd. Den visade vidare att det i en och samma biofilm finns en mycket stor mångfald av närbesläktade virus i en population. Denna mångfald uppstår genom ett utbyte av arvsmassa mellan virusen och kan vara en strategi för att undvika att bli igenkända av mikroorganismernas immunförsvar.

– Denna nya metod att länka ihop värdorganism och virus öppnar för att kunna studera hur virus påverkar mikrobiella samhällen i detalj. Vi jobbade i en relativt artfattigt miljö, men i framtiden skulle man kunna använda samma metod för att studera mer komplexa mikrobiella samhällen som t ex i tarmfloror eller havsvatten.

Arbetet har utförts på University of Carlifornia i Berkeley.

För mer information, kontakta Anders Andersson, tel: 018-471 27 25, 073-983 89 62, e-post: Anders.Andersson@ebc.uu.se