Derfor bør vi interessere os for biodiversiteten hos mikroberne

Jordens største genetiske ressource

For alle os, der ikke har studeret biologi, er det en smule svært at følge udsagnet om, at mennesker og dyr ikke fylder særlig meget. Alene mennesket optager da en pæn del af planeten, skulle man mene. Men udsagnet skal ses i lyset af illustrationen over livet på Jorden, kaldet livets træ (se illustration nedenfor).

Det er inddelt i tre domæner: prokaryoter (herunder bakterier), arkæer og eukaryoter (herunder dyr og mennesker). Hvert domæne er illustreret som en gren, hvorfra livsformerne skyder, og træets grene indikerer, hvor forskellige (eller beslægtede) organismerne er rent genetisk. Dyr, herunder mennesker, hører altså til eukaryoterne, og vi udgør kun en enkelt kvist på livets træ. Vi er faktisk blot et lille vanris på den store eukaryotiske gren, der også omfatter planter, svampe og de førnævnte flagellater og ciliater samt mange flere livsformer med underlige navne.

”Målt på artsrigdom, dvs. genetisk variation, så vinder mikroorganismerne over alt andet liv på Jorden. En tidligere DTU-kollega, der var ekspert i at sammenligne sådanne gensekvenser, sagde ofte: ’Lone, du har genetisk mere tilfælles med en majsplante, end hvad to stammer af E. coli-bakterien har tilfælles.’ Hele denne usynlige verden af mikrober har en enorm genetisk variation, og mikroorganismerne udgør i virkeligheden vores største genetiske ressource på Jorden,” siger Lone Gram.

Den ressource, den genetiske variation, har givet mikroberne utallige funktioner, som vi mennesker har glæde af, fortæller professoren.

”Tænk bare på antibiotika, som sætter os i stand til at slå bakterieinfektioner ned; 60 pct. af de antibiotika, vi bruger i klinikken, har mikrobiologisk oprindelse. I en verden med stigende antibiotikaresistens har vi desperat brug for nye antibiotiske stoffer. Vi ved fra genetiske analyser, at mikroorganismer kan producere langt flere antibiotiske stoffer, end vi hidtil har fundet, så det er klart, at mikroberne er vores største håb i den sammenhæng. Men det kræver, at vi kan finde dem og ikke har udryddet dem,” siger Lone Gram, der nu bevæger sig ind på den bane, der i stigende grad optager både hende og mange andre mikrobiologer på verdensplan: biodiversiteten på mikroskopisk plan.

Bekymringen stiger

Internationalt er forskere i gang med at råbe verden op, bl.a. gennem artikler i videnskabelige tidsskrifter, der kredser om spørgsmål som: Har biodiversitetskrisen også ramt mikroorganismerne? Er vi i fuld gang med at miste arter blandt de mindste livsformer, akkurat som vi ser det med de større?

”Det er en bekymring, som er blevet stærkere inden for de sidste par år. Men vi har ikke særlig meget viden om, hvordan det står til med mikrobernes biodiversitet, for det er først de senere år, det er blevet et opmærksomhedspunkt,” siger Lone Gram, der uddyber:

”Det er vigtigt, at vi bevarer den mikrobielle diversitet, for hvis vi mindsker den, så mindsker vi med meget stor sandsynlighed også potentialet for at finde og udnytte de funktioner, som vi har brug for, som f.eks. deres omsætning af næringsstoffer, hvilket er nødvendigt for alt liv på jorden og i havet, men jo også deres bioteknologiske betydning som den førnævnte produktion af antibiotika.”

Gemmer mikrober til eftertiden

Ét spor, der peger på, at biodiversitetskrisen allerede har manifesteret sig på det mikroskopiske plan, er fundet af internationale forskere, der undersøger menneskers afføringsprøver fra hele verden. Prøverne sladrer om tarmes mikrobiomer – dvs. det samlede samfund af mikroorganismer, der findes i tarmene hos mennesker. Stadig mere forskning peger på, at vores tarmes mikrobiomer spiller en stor rolle for vores sundhed – såvel mentalt som fysisk – og at høj diversitet er godt for os.

Forskerne, der undersøger afføringsprøverne, kan konstatere, at diversiteten i menneskets tarmmikrobiom er for nedadgående. De kan bl.a. se, at tarmmikrobiomet hos mennesker, der bor i byer, har en lavere diversitet end den, man finder hos dem, der ikke bor i byer. Tarmens mikrobiom afhænger bl.a. af den kost, vi spiser, og man mener, at den stigende urbanisering, hvor mennesker flytter fra land til by, medfører kostændringer, der går ud over diversiteten i vores tarmmikrobiomer.

Det er fund som dette, der har fået en gruppe internationale forskere til at tage initiativ til at oprette Microbiota Vault. Det skal udgøre en slags global bankboks, hvor man vil opbevare nedfrosne mikroorganismer fra alverdens tarmmikrobiomer for at sikre, at vores efterkommere stadig kan få adgang til de mange arter. Planen er, at den skal indrettes i en tidligere militær bunker i De Schweiziske Alper. Idéen til Microbiota Vault udspringer af en tilsvarende bank, Svalbard Global Seed Vault, hvor man opbevarer nedfrosne frø fra alverdens planter for at sikre arterne til eftertiden.

Mikrober og klimaet

Ud over at spille en vigtig rolle i mindre økosystemer som menneskets tarme, så har mikroorganismerne også afgørende roller i de større økosystemer: i jordbunde, i havet, i koralrev, i tangskove og samlet endda på den helt store klinge, nemlig klimaet.

Især havets mikroorganismer er interessante i klimasammenhænge. Det globale forskningsnetværk Census of Marine Life anslår, at mikroberne udgør 90 pct. af havets biomasse. Mange af dem er fotosyntetiske, dvs. at de står for kritiske opgaver som at bruge lys som energi til at optage CO2 og omsætter det til organiske kulstofforbindelser, som andre organismer kan bruge. Og så producerer de ilt.

Det estimeres, at havets fytoplankton, dvs. planteplankton som mikroalger, står for halvdelen af det globale CO2-optag, der sker som følge af fotosyntese. Det er også fotosyntesen, der bevirker, at disse mikrober står for halvdelen af den globale iltproduktion.

Mikroorganismer sørger desuden for nedbrydningen af alt muligt organisk materiale – lige fra planter og fisk til andre mikrober – hvilket er vigtigt for kredsløbet af næringsstoffer, som igen er vigtigt for kvaliteten af de økosystemer, de indgår i, så nyt liv kan dannes, og forskellige dyr, planter og mikrober kan trives.

Reagerer mikrober på klimaforandringer?

Men hvilken betydning har det for mikroorganismerne, at havet er under forandring som følge af klimaforandringerne? Vandtemperaturen stiger, pH ændres, så vandet forsures, og vandmasserne påvirkes af den øgede afsmeltning af iskapperne.

”Vi må konstatere, at livsbetingelserne for havets mikroorganismer ændres, men vi har ingen anelse om, hvordan det påvirker mikroberne. Hvad betyder det f.eks. for deres evne til at optage CO2? Og for at omsætte næringsstoffer? Hvis jeg skal sige det skarpt: Det er fuldstændig ligegyldigt for kulstofomsætningen i havet, om der svømmer en hval mere eller mindre derude, og jeg må understrege, at jeg ikke er imod hvaler, og jeg synes, at de er pragtfulde og en vigtig del af vores økosystem, og at de – ligesom alt andet liv – skal bevares. Men den opgave, som havets mikrober udfører, og som har så stor en indflydelse på vores globale klima og for dannelsen af nyt liv, bør rykkes op på agendaen. For hvis klimaforandringerne betyder, at mikroberne enten går til eller bare holder op med at udføre deres opgaver, så er der ikke andre derude, der kan overtage opgaven med kulstofopbygning og næringsstofomsætningen,” siger Lone Gram.

Det er budskaber, som mikrobiologer og andre forskere verden over forsøger at skabe opmærksomhed omkring, så vi kommer i gang med at skaffe os mere viden om mikroorganismerne, deres rolle og de udfordringer, de nu udsættes for. Viden kan nemlig være nøglen til, at vi kan genoprette nogle af de skader, der opstår i økosystemerne som følge af klimaforandringerne.

Sådan kan mikroberne hjælpe os

Dét at udnytte mikrober til genopretning af både store og små økosystemer, eller endda at redde arter med, kaldes for mikrobiel intervention. Det er et forskningsfelt, som i disse år er under kraftig udvikling. Lone Gram har sammen med en gruppe internationale forskere udgivet en artikel om mikrobielle interventioner i Nature Microbiology, der bl.a. præsenterer eksempler på, hvordan løsningen kan hjælpe os – eller rettere genoprette den natur, vi er i færd med at smadre.

Mikrobiel intervention kan hjælpe os med at bevare eller forbedre biodiversiteten i både mindre systemer som f.eks. tarmene og i større systemer som f.eks. koralrev. Man forsøger sig også med mikrobiel intervention til at bevare bestande af honningbier, til at øge robustheden i planter, så de kan modstå sygdomme og tørke, samt til at redde padder som frøer og salamandere fra udryddelse som følge af svampeangreb.

Mikrobiel intervention er noget, Lone Grams kollega postdoc Nathalie Suhr Eiris Henriksen skal udforske i de kommende år. Hun modtog i efteråret 2023 en bevilling gennem programmet Villum International Postdoc, der er målrettet talentfulde kvindelige forskere inden for teknisk og naturvidenskabelig forskning. Nathalie Suhr Eiris Henriksen skal undersøge de mikroorganismer, der er vigtige aktører i økosystemer, som man finder i havets tangskove.

”Jeg vil identificere de mikroorganismer og deres samspil, som driver nedbrydningen af organisk materiale i tangskove. Det er vigtige kystnære økosystemer, der er under hårdt pres i hele verden pga. klimaforandringer og andre menneskelige påvirkninger. Mikroorganismernes rolle her er afgørende for kvaliteten og funktionen af disse økosystemer, da de mikrobielle processer er fundamentale for alt liv. Ambitionen er, at min forskning skal føre til, at vi også kan benytte os af mikrobiel intervention i tangskove, så det er muligt at genoprette disse marine økosystemer, hvor de er kollapset,” siger Nathalie Suhr Eiris Henriksen.

Mikrober skal redde koralrev

Andre forskere har allerede vist lovende resultater med at gøre koraller mere robuste over for klimaforandring med hjælp fra bakterier. Men kun i laboratoriet. Der er stadig mange ubekendte i forhold til at implementere mikrobielle interventioner i stor skala i marine miljøer. Men da resultaterne ser så lovende ud, er man netop nu begyndt at teste det ude i koralrevene, pointerer Nathalie Suhr Eiris Henriksen.

”Vi er begge mikrobiologer og elsker at være på og i havet. Havet er stort! Så hvordan får vi rent praktisk udført mikrobielle interventioner derude? Skal mikroorganismerne bare drysses ud fra rælingen af et skib? Dykker vi ned med dem? Skal mikroberne indkapsles? Hvordan sikres det, at vi tilfører de rette doser? Hvordan får vi overvåget interventionen og sikret, at den ikke har utilsigtede effekter? Hvor tit skal vi ud at tage prøver?” lyder spørgsmålene fra Nathalie Suhr Eiris Henriksen og Lone Gram.

For at få mikrobiel intervention til at lykkes skal biologi og teknologi gå op i en højere enhed. Det kræver mange fagligheder at udvikle løsningerne – måske et helt teknisk universitet.