Det har tarmsjukdomar och Östersjön gemensamt

Du känner igen beskrivningen: I dina tarmar kryllar det runt cirka 2 kilo bakterier som kommunicerar med ditt immunsystem.

Den här situationen vill forskarna gärna studera och ta reda på mer om. Ett sätt för att uppnå det – bättre förståelse för hur bakterier fungerar och interagerar med sin omgivning – är att studera bakteriernas arvsmassa.

Problemet hittills har dock varit att det gått ganska långsamt att studera arvsmassan i bakterierna var och en för sig. Dessutom har vissa bakterier varit svåra att odla i laboratorium delvis för att de är beroende av andra bakterier runt omkring sig.

– Tillsammans har vi forskare utvecklat en metod, en algoritm, som grupperar fragment av arvsmassa från olika bakterier. På det här sättet blir det lättare att förstå ett ekosystem av bakterier. Metoden gör att vi slipper odla bakterierna, vilket kan vara svårt, utan kan plocka dem direkt från den plats där de lever, säger Anders Andersson, forskningsledare på KTH och verksam på Science for Life Laboratory.

Så här fungerar metoden: En hel "soppa" bestående av bakterier DNA-sekvenseras samtidigt. Fragmenten grupperas sedan så att varje så att säga pusselbit av arvsmassan kopplas samman med rätt bakterie. Information från DNA-sammansättning och mängd kombineras av programmet som använder en statistisk modell för att lista ut vilka fragment som kommer från en och samma art.

– Den här metoden är mycket kraftfull och helt automatisk. Den fungerar bra för bakterier och andra mikroorganismer, men tyvärr inte så bra för större livsformer. Man kan inte mala ner en skog och sedan särskilja att det här är arvsmassan från en gran, och den här arvsmassan kommer från en tall. Träd och andra större organismer har för stor arvsmassa för det, säger Anders Andersson.

Vad kan då forskningen och metoden leda fram till? Vilken användning har samhället för det? Sparar vi några pengar? Går något snabbare att utföra?

– Idag räddar metoden nog inga liv, men på sikt skulle den kunna göra det. Man har nu börjat använda metagenomik för att analysera kliniska prover för att på så sätt identifiera bakterier som orsakar sjukdomar, och i studien som vi är aktuella med nu har vi till exempel studerat bakterier från ett utbrott av aggressiv E. coli. som skördat människoliv. Men det behöver inte bara handla om hälsorelaterade problem. Metoden kan också användas på bakterieplankton. I Östersjön finns det tusentals olika arter, och även om ett fåtal är dominanta – ett par hundra stycken – så kan metoden komma till användning för nya insikter om just Östersjön, säger Anders Andersson.

Mer i detalj innebär metoden – som går under namnet metagenomik – att man extraherar DNA från ett prov och sekvenserar miljontals korta DNA-bitar som sedan pusslas ihop i datorn till längre genom-fragment. Kruxet är sedan att lista ut vilka genom fragment som tillhör samma art. Det är detta problem som forskarlaget har en lösning på med sitt nya datorprogram som kallas för CONCOCT.

– Jag fortsätter att fascineras av att statistisk teori och kraftfulla datorer kan ge oss ny kunskap om miljö och mikrobiologi. Metagenomik genererar stora datamängder och fler liknande algoritmer kommer att behövas i framtiden, säger Johannes Alneberg, doktorand på KTH och första författare för studien.

FAKTA
Metodutvecklingen har utförts av en grupp forskare ledda av Anders Andersson från KTH och Christopher Quince från University of Glasgow.

Studien har publiceras i Nature Methods med rubriken "Binning metagenomic contigs by coverage and composition" och författare är Johannes Alneberg, Brynjar Smári Bjarnason, Ino de Bruijn, Melanie Schirmer, Joshua Quick, Umer Z. Ijaz, Leo Lahti, Nicholas J. Loman, Anders F. Andersson och Christopher Quince