Träffa dina nya kollegor: Bakterierna tar på sig arbetskläder

De lagar hål i betong, botar ­sjukdomar och röjer minfält. Forskarna har tämjt en armé av bakterier och lärt de ­högutbildad ­mikroslavarna att sköta uppgifter som ingen mänsklig hand ­någonsin skulle kunna klara av.

Illustreret Videnskab

Hantverkare

Bakteriebubblor lagar skadad betong

Vägar, broar, tunnlar och dammar tillverkas av betong som ständigt utsätts för väder och vind, vilket med tiden bryter ner byggnadsmaterialet. När sprickor bildas kan vatten och skadliga ämnen tränga djupt in i betongen och förstöra konstruktionen inifrån, så det är viktigt att reparera den i tid.

Därför har forskarna lärt en massa mikroskopiska hantverkare – som alltid står redo – att sköta underhållet.I så kallad biobetong har byggmaterialet berikats med dels bakterier som ligger i dvala, dels det naturligt kvävehaltiga ämnet urea som bland annat finns i urin.

Bakterierna väcks om det uppstår en spricka eller om vatten läcker in och får kapslarna med mikroberna att brista.

Bakterierna ligger i dvala i så kallade mikrokapslar som brister och släpper loss de små arbetarna när en spricka uppstår.

© KUNAMINENI VIJAY ET AL.

Strax efteråt börjar bakterierna lager för lager att fylla sprickan med kalk genom att använda urea och kalcium, som förekommer naturligt i ­betong, både som näringskälla och byggstenar.

Processens enda biprodukt är ammoniak, som i detta sammanhang är harmlös. När sprickan har lagats återgår bakterierna till dvala, avger sporer och väntar till nästa gång de små hantverkarna aktiveras.

Uppgiften kan utföras av flera bakteriearter vars ämnesomsättning kan omvandla urea och som överleva länge i betongens basiska miljö. Försök med bakterien Bacillus subtilis har visat att utfällningarna inte bara reparerar sprickorna utan till och med stärker betongen.

Så fungerar bakterierna

Ett flertal fingerfärdiga bakterier kan laga hål och till och med stärka konstruktioner inifrån med material som har byggts in i betongen.

SPRICKA VÄCKER BAKTERIERNA

Mikrokapslar med kalcium och bakterier i dvala har tillsatts i betongen, som även har berikats med kvävehaltig urea. När betongen spricker och vatten läcker in löses kapslarna upp så att bakterierna släpps ut.

BAKTERIER SKAPAR REAKTION

Bakterierna binder kalcium på sin yta och tar upp urea, som deras ämnesomsättning spjälkar och utsöndrar som kolhaltigt karbonat. Kalcium och karbonat ­reagerar och bildar kalciumkarbonat (kalk).

KALK FYLLER I HÅL

Så länge bakterierna får luft och vatten förökar de sig och bildar kalk. När sprickan har lagats återgår bakterierna till dvala. På så sätt kan biobetongen med åren komma att spara enorma summor för underhåll.

Läkare

Hudbakterie kan behandla diabetes

Bakterier långt ner i huden kan ta över bukspottkörtelns jobb och producera livsviktigt insulin till diabetespatienter.

Insulinpumparkan tillhöra det förflutna för personer med diabetes 1, detta tack vare nyligen upptäckta stafylokocker som lever längre ner i huden än man trott. I det djupa hudlagret finns blodkärl och därmed kan bakterien genmodifieras för att mäta när koncentrationen av glukos
i blodet är för hög.

En gen i bakterien producerar då insulin, som går över i blodbanorna och för sockret till musklerna och ­organen där det ska användas. Eftersom bakterierna finns naturligt i huden orsakar de inte någon infektion hos patienten.

Till skillnad från en insulinpump eller en transplantation av en bukspottkörtel ger bakterierna varken upphov till irritationer, ärr eller immunreaktioner. Ytterligare försök ska nu fastslå hur många bakterier det krävs för att producera det insulin som behövs.

Salmonella bombar cancertumörer

Forskare rekryterar genmanipulerade salmonellabakterier för att utföra kamikazeuppdrag mot cancertumörer.

En ny cancerbehandling får hjälp från oväntat håll: Salmonellabakterier. Forskare har modifierat bakterierna så att de fungerar som självmordsbombare och offrar sig för att döda cancerceller. Försök har gett hoppingivande resultat på möss med levertumörer.

Mössen matades med bakterierna, som tog sig till de delar av tumörerna som saknade blodkärl och syreförsörjning. Salmonellabakterier klarar av att överleva i den syrefattiga miljön, där kemoterapi inte fungerar.

Bakterierna är utrustade med en arsenal av vapen som exempelvis bryter ner cancercellernas skyddande membran och aktiverar en immunreaktion i kroppen.

1 / 3

undefined

123
© Claus Lunau

Bakterierna inleder en samlad attack när ett tillräckligt stort antal bakterier har tagit sig fram till samma område.I försök med möss hindrade bakterierna tumörernas tillväxt när de kombinerades med kemoterapi. Dessutom ökade livslängden med 50 procent jämfört med icke-behandlade möss. Självmorden ser också ut att hålla bakteriebeståndet under kontroll i kroppen.

Sophämtare

Mutantbakterier äter plastavfall

En nyupptäckt bakterie har lärt sig att bryta ner och äta plast. Nu ska dessa små organismer bana väg för ett sätt att avlägsna plast från naturen.

Plastavfall i naturen är ett stort problem. Lösningen kan vara mikroskopisk. En forskargrupp har upptäckt att bakterien Ideonella sakaiensis utsöndrar enzymet PETase. Det bryter ner materialet PET som finns i exempelvis plastflaskor.

I. sakaiensis kan klistra sig fast vid exempelvis en plastflaska och utsöndra enzymet PETase, som bryter ned plast till så kallad MHET. Detta ämne kan bakterien ta upp och bryta ned till kortare, mer ofarliga molekylkedjor som CO2 och sockerämnen.

© Kohei Oda/Kyoto Institute of Technology

Genom att isolera enzymet skapade forskare muterade varianter som bröt ner PET på bara några dagar, vilket är 20 procent snabbare än normala enzym. Forskarna uppskattar att det kommer att ta mellan 450 och 1 000 år för en plastflaska av PET att brytas ner i havet eller på marken i en skog.

Under de senaste 60 åren har bakterierna utvecklat sina förmågor på soptippar, där de bara har plast att äta. Genom att lista ut bakteriernas hemlighet bakom PETase-produktionen hoppas forskarna att enzymen och bakterierna kan spela en avgörande roll i att få bort fler typer av plast från naturen.

Biljontals plastbitar flyter omkring i världshaven, men på cirka 60 år har en bakterie lärt sig att bryta ner plastmaterialet.

Shutterstock

Kockar

Bakterier gör mat mer näringsrik

Forskning visar på nya hälsoeffekter av att släppa in bakterier i köket..

Bakterier bidrar till livsmedel som oliver, surkål och yoghurt. De sätter i gång den så kallade fermenteringen, en kemisk process som förändrar matens smak och näringsinnehåll. I Asien har fermentering använts sedan år 8 000 före Kristus.

Ny forskning visar att processen bryter ner ämnen som hindrar upptag av näringsämnen och bevarar vitaminer som bryts ner av andra tillagningsmetoder.

Natto är fermenterade sojabönor, som innehåller enzymet nattokinase, vilket ser ut att ha blodtryckssänkande effekt.

© Shutterstock

Bakterier i inlagd gurka, natto och surkål producerar vitamin K2, som vi behöver få i oss via kosten eftersom kroppen inte kan tillverka det själv. De fermenterande bakterierna främjar även hjärt-kärlsystemet, immunförsvaret och ämnes omsättningen.

Mjölksyrabakterier är de mest använda bakterierna inom livsmedelsproduktion. De används exempelvis för att framställa yoghurt och ost genom att omvandla mjölksockret laktos till mjölksyra, som får mjölkproteinerna att klumpas ihop så att konsistensen blir tjockare.

Detektiver

Kolibakterier används som moderna minröjare

Normalt förknippas bakterier av arten Escherichia coli med matförgiftning, men de kan även fungera som detektiver. Genom genmanipulering har forskare lärt dem att spåra landminor.

Det finns över 100 miljoner landminor i världen som utgör en risk för befolkningar i tidigare konfliktdrabbade ­områden. Därför har forskare genmanipulerat bakterier av arten Escherichia coli för att hitta dödsfällorna.

Bakterier pekar ut landminor

  • BAKTERIEKULOR SPRIDS

    På natten sprids kulor av alger fyllda med genmodifierade bakterier av arten Escherichia coli ut där man tror att det finns minor.

  • SPRÄNGMEDEL LYSER UPP

    Efter tre timmar har bakterierna letat rätt på små förekomster av sprängmedlet trotyl. Förekomsten får dem att bilda proteinet GFP, som avger fluorescerande ljus när kulor belyses med strålar från ett laserbaserat skanningssystem från exempelvis en drönare.

  • LJUS AVSLÖJAR MINOR

    Drönarens kameror kartlägger de lysande pärlorna, som visar att det finns minor inom en radie av två meter. Minröjare avlägnsar minorna.

Trotyl, sprängmedlet i landminor, avger ångor som ansamlas i jorden. Bakterierna har fått gener som bildar självlysande proteiner när de kommer i kontakt med trotyl och DNT, en av dess nedbrytningsprodukter. Genom att lägga ut kulor av ett algmaterial med stora mängder bakterier i områden
med landminor kan en skanner upptäcka ljus från kulor som ligger nära minor.

Forskare hittar minor genom att sprida bakterier som lyser upp i närheten av trotyl.

Shutterstock

Forskarna bakom sprängmedelsdetektiverna arbetar vidare med att förfina tekniken. De vill bland annat kunna spåra andra typer av sprängmedel och öka skannerns räckvidd genom att koppla den till en drönare, så att större områden snabbt kan skannas av.

För att förhindra att genmodifierade organismer permanent släpps ut i naturen vill forskarna även begränsa bakteriernas livslängd, så att de dör efter avslutat uppdrag.

Läs också:

Livsmedel

Varför äter man alltid stark mat i tropikerna?

1 minut
Röjaren
Robotar

Jätterobotar redo för gruvdrift på djupet

1 minut
Røntgenbillede
3d-utskrifter

Cancerpatient får halskotor av 3D-utskriven titan

0 minuter

Logga in

Fel: Ogiltig e-postadress
Lösenord behövs
VisaDölj

Redan prenumerant? Prenumererar du redan på tidningen? Klicka här

Ny användare? Få åtkomst nu!