16. oktober 2006

Bedre, billigere og bæredygtig bakteriebekæmpelse

Bakterier

Det er lykkedes en tværfaglig forskergruppe på Institut for fødevarevidenskab på Det Natur- og Biovidenskabelige Fakultet at anvende en optisk pincet, der er en fokuseret laserstråle, til at indfange og fastholde en enkelt bakterie. Forskerne anvender den optiske pincet som et overvågningskamera for mikrobiologiske partikler, der kan følge en indfanget, isoleret bakteries bevægelses- og reaktionsmønstre på faste overflader på helt tæt hold. Perspektiverne af projektet er store. For den nye viden kan føre til mere målrettet og bæredygtig bakteriebekæmpelse og til renere fødevarer.

Af Morten Dahl, kommunikationsmedarbejder.

Bakterier findes overalt. De trives på faste overflader, som vi har berøring med flere gange dagligt. Alligevel stammer vores viden om dem fra studier af bakterier i væsker. Derfor har forskningen hidtil ikke kunne svare på, hvordan bakterier opfører sig på faste overflader. Og dermed har den heller ikke kunne pege på den mest effektive strategi for at komme dem til livs.

Det betyder, at fx levnedsmiddelindustrien anvender meget omfattende og dyre rengøringsprocedurer i fødevareproduktionen - for at være på den sikre side. Resultatet er sandsynligvis overdosering af rengøringsmidler og dermed unødig belastning af miljøet, for at beskytte vores fødevarer mod kontaminering. Vi ved det virker, men vi ved ikke hvorfor. Det kan forskningsprojektet med titlen PathogenCombat måske ændre på.

Sikrere fødevarer og renere miljø

"I dag undersøger man effekten af rengøring, ved efterfølgende at tage nogle prøver. De kan give svar på om rengøringen virker, men ikke hvorfor den virker," fortæller lektor Henrik Siegumfeldt fra fødevaremikrobiologi, der udgør den ene halvdel af forskerteamet på Det Biovidenskabelige Fakultet."

Derfor er det svært at afgøre hvad, der er den bedste måde at bekæmpe bakterierne på. Vi har i dag ikke videnskabeligt grundlag for at vurdere, hvornår man får mest for pengene," forklarer han.

"Den optimale måde at sikre effektiv rengøring på er ikke at øge mængden af rengøringsmidler, fordi mange af produkterne kan være relativt giftige. Det handler om at gøre rent så lidt som muligt men så meget som nødvendigt," siger Henrik Siegumfeldt og fortsætter:

"Bakterier, som for eksempel Listeria monocytogenes, har tendens til at sætte sig på overflader og danne kolonier."

"Der er mange forskergrupper, der har undersøgt kunstigt fremprovokerede bakteriekulturer i biofilm. Men nogle af bakterierne overlever rengøringstiltag som vand og varmebehandling, og har tendens til at udvikle ny modstandsdygtighed, når vi sætter ind over for dem," fortæller Siegumfeldt.

"Derfor er det vigtigt at få indblik i, hvad der sker i det øjeblik bakterierne sætter sig på og frigør sig fra faste overflader, og hvorfor de sætter sig. Det er der kun få forskergrupper i verden, der ser på, og derfor er vores undersøgelse unik. Hvis vi kan svare på disse spørgsmål, kan vi måske lave en strategi for at få færre bakterier til at sætte sig," forklarer han.

Den optiske pincet

Det frugtbare samarbejde har gjort det muligt at isolere og studere enkelte bakterier opførsel på faste overflader.

Et unikt forskningsfelt, der kan føre til betydelige forbedringer af fødevaresikkerheden og mere bæredygtige og effektive rengøringsprocedurer.

"Vi havde på Niels Bohr noget interessant apparatur, og Det Biovidenskabelige Fakultet havde en interessant biologisk problemstilling at anvende det på," fortæller Mette Bredmose Rasmussen, der stadig indgår i Forskningsgruppen Optisk Pincet på Niels Bohr Instituttet på Københavns Universitet.

"Samtidig er det interessant at arbejde på tværs med en anden faggruppe," tilføjer hun.

Big Brother overvåger bakterierne

Når en bold ligger og hopper på toppen af en vandsøjle, er det fordi den søger mod midten af strålen hvor kraftpåvirkningen er størst, og fordi den er fanget mellem modsatrettede kræfter. Det er samme princip, der i slutningen af 1980´erne førte til anvendelse af laserlys som en optisk pincet til at fastholde og flytte meget små genstande og partikler.

- Lasestrålen kastes gennem et objektiv på et mikroskop, hvorved lyset fokuseres i et punkt, som har den egenskab, at det kan indfange, fastholde og flytte partikler i en optical trap – en optisk fælde, forklarer Mette Bredmose Rasmussen. Med dette nano-instrument kan man fastholde biologiske partikler helt ned til 1 mikrometer og analysere endnu mindre molekyler som f.eks DNA (som måles i nanometer).

- Den optiske pincet påvirker bakterien med en meget lille kraft og laseren har en bølgelængde på 1064 nm, der minimerer skaden på det biologiske materiale. Intensiteten er størst i midten af lysstrålen og mindst ude ved kanten. Derfor vil lyset presse bakterien ind mod midten og fremad. Men når lyset brydes gennem objektivet kan man fokusere den og få vendt nogle af kræfterne, så de virker den anden vej. På denne måde ”fanger” man bakterien.” forklarer Mette Bredmose Rasmussen.

Når bakterien flyttes rundt, eller rettere når dens omverden – prøvekammeret på mikroskopet – flyttes omkring den, kan partiklens bevægelsesmønster følges på tæt hold, ved at studere det lys der går gennem bakterien og opsamles på en fotodiode. Udfordringen for forskergruppen er at blive i stand til at flytte bakterien langsom nok til, at bakterien kan fastholdes i fælden, mens man bevæger den.

Metoden kan kombineres med en metode der anvendes til at måle bakteriernes intracellulære pH, som er et mål for om cellen er levende eller død. Derfor kan forskerteamet både undersøge hvilke tiltag over for bakterien, der virker og hvordan de virker. 

Billedsekvens, der viser, hvordan en enkelt bakterie af typen Debaryomyces hanseni fastgør og løsriver sig fra en glaskugle. Cellen holdes fanget i laserstrålen, imens den store glaskugle skubbes ind mod cellen (A-B). Når glaskuglen langsomt trækkes tilbage igen, strækkes gærcellen (C-D), inden den til sidst løsriver sig (E-F). Dette viser de vekselvirkende kræfter mellem en mikrobiologisk celle og en fast overflade, som vil blive kvantificeret i den næste fase af projektet PathogenCombat Følg den genstridige bakteries bevægelse på nedenstående film.