Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Elektriske kabelbakterier ånder med ilt på en hidtil uset effektiv måde

For snart 10 år siden beskrev forskere fra Aarhus Universitet for første gang nogensinde de flere centimeter lange kabelbakterier, der lever ved at sende en elektrisk strøm fra den ene ende til den anden ende af bakterien. Nu dokumenterer forskerne, at ganske få celler i bakterien kører med et ekstremt højt iltforbrug, mens resten af cellerne omsætter føde og vokser uden ilt. En helt enestående livsstil.

11.02.2021 | Peter Bondo Christensen

Figurtekst LP_VAAM!: Mikroskopbillede af kabelbakterier, der rækker den ene ende af bakterien ud efter ilt. Fronten mellem det øvre iltholdige og det nedre iltfrie lag ses som en mælket hvidlig linje, der er dannet af små bakterier, som aktivt holder sig i netop dette grænselag. (Foto: Stefano Scilipoti).

Figurtekst Opstilling: I laboratoriet blev kabelbakterier placeret i et lille fladt, gennemsigtigt kammer. Bakterierne havde adgang til iltfrit mudder fuldt af føde i midten af kammeret, mens der strømmede ilt ind fra kanterne. (Foto: Maria Blach Nielsen).

Vi mennesker skal have ilt og føde for at leve. Og ilten skal transporters ud til hver enkelt celle i kroppen, for at vores maskineri fungerer.

Forestil dig at der kun er ilt ved toppen af bjergene, mens føden befinder sig i dalene.

Sådan ser verdenen faktisk ud for kabelbakterier, der lever i bunden af have og søer. Der er der kun en tynd film med ilt allerøverst, mens føden findes flere centimeter længere nede i bunden. 

Biologiske elektriske ledninger

”Hvor andre organismer prøver at løse problemet ved at flytte ilt og føde op og ned, har kabelbakterierne udviklet elektriske kabler. Når bakterierne omsætter af føde nede i bunden, danner de elektroner, som de sender gennem de biologiske, elektriske ledninger op til overfladen, hvor elektronerne reducerer ilt fra det overliggende vand, ” forklarer professor Lars Peter Nielsen, der er centerleder for Center for Elektromikrobiologi og som var den, der opdagede de elektriske strømme.

Kabelbakterier består af mange celler, der ligger en efter en i én lang række. Den kan blive flere centimeter lang og cellerne holdes samen af en fælles ydre kappe, hvor også de elektriske kabler ligger.

I laboratoriet placerede forskerne nogle kabelbakterier i et lille fladt, gennemsigtigt kammer. Bakterierne havde adgang til iltfrit mudder fuldt af føde i midten af kammeret, mens der strømmede ilt ind fra kanterne. Lige der, hvor det indtrængende ilt slap op, dannede små, encellede bakterier en meget tydelig front. Præcist i dette lag kæmpede bakterierne for samtidigt at fange føde og ilt fra hver side af fronten.

”I mikroskopet kunne jeg se, hvordan de enkelte kabelbakterier i stedet placerede sig på tværs af denne front, og hvordan kabelbakterierne stak den ene ende op i zonen med ilt, ” forklarer Stefano Scilipoti, der er ph.d.-studerende ved Center for Elektromikrobiologi, Aarhus Universitet og som har stået i spidsen for de nye opdagelser.

Kun 10% af cellerne ”trækker vejret”

Stefano Scilipoti så, hvordan én kabelbakterie kunne bøje hele fronten. Den brugte så meget ilt, at de små, encellede bakterier måtte flytte sig tættere på yderkanten af kammeret for stadig at få ilt til deres respiration. Kabelbakterien flyttede ganske enkelt grænselaget mellem ilt og det iltfrie miljø og netop det gjorde forskerne i stand til at beregne, hvor meget ilt den enkelte kabelbakterier optog med de celler, den stak ud i det iltholdige lag.

”Mindre end 10% af cellerne i den enkelte kabelbakterie optog ilt, men det skete til gengæld med hastigheder, der svarer til de højst målte i den biologiske verden,” fortæller Stefano Scilipoti.

”Det kan kun lade sig gøre, fordi bakterierne danner en elektrisk strøm mellem cellerne. De celler, der optager ilt, kan koncentrere sig om det, fordi resten af cellerne sørger for at optage og omsætte føden og producere nye celler,” siger Lars Peter Nielsen.

På jagt efter aktører i maskinrummet

Kabelbakterierne har udviklet sig fra en form, der levede i områder helt uden ilt. Anaerobe bakterier, kalder man dem. For dem er ilt giftigt. Men med den elektriske forbindelse til ilt kan kabelbakterierne udnytte fordelene ved at ånde med ilt uden at udsætte ret mange celler for stresspåvirkninger fra ilt.

På Center for Elektromikrobiologi ved Aarhus Universitet fortsætter jagten for at finde og forstå de helt særlige molekylære mekanismer i de enkelte celler, der er nødvendige for at kunne leve et elektrisk liv – en helt enestående livsform.

Yderligere oplysninger:

Professor Lars Peter Nielsen, Center for Elektromikrobiologi ved Aarhus Universitet; mail: lpn@bio.au.dk; tlf.: 6020 2654.

Ph.d.-studerende Stefano Scilipoti,  Center for Elektromikrobiologi ved Aarhus Universitet; mail: ss@bio.au.dk; tlf: 9148 9338

 

Læs originalartiklen i Science Advances her: http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/7/7/eabe1870/DC1

Link til video: http://dx.doi.org/10.17632/jhwd3dtwmd.1

https://data.mendeley.com/datasets/jhwd3dtwmd/1

 

Kabelbakteriers bevægelser ved iltfronten. Hastigheden på videoen er forøget med 150 gange og den samlede optagelse svarer til 12 timer. Bemærk hvordan kabelbakterierne stikker en lille del af cellerne op i den iltholdige zone. Lange bakterier har kontakt med ilten i lang tid, mens mindre bakterier jævnligt trækker sig tilbage i det iltfrie lag. 

Institut for Biologi, Medarbejdere, Offentligheden / Pressen