Ny innsikt i bakterier som forårsaker jurbetennelse hos kyr

Forskningen avdekker sentrale mekanismer som gjør bakteriene i stand til å overleve og formere seg, og presenterer mulige strategier for forbedret antibiotikabehandling.

Her svarer hun på fire spørsmål om forskningen:

Kan du fortelle kort om doktorgraden din?

Jeg har utviklet nye molekylære metoder for å studere to viktige bakterier som forårsaker jurbetennelse hos kyr, nemlig Staphylococcus aureus (også kjent som gule stafylokokker) og Streptococcus dysgalactiae. Ved å etablere og bruke en metode kalt CRISPR interferens, har forskningen avdekket sentrale mekanismer som gjør Staphylococcus aureus i stand til å overleve og formere seg i melk – et viktig steg i infeksjonsprosessen. Dette belyser muligheter for å forbedre antibiotikabehandling av jurbetennelse, samt utvikling av nye antimikrobielle strategier.

Videre har jeg vist hvordan Streptococcus dysgalactiae, en bakterie som i økende grad forårsaker jurbetennelse, kan gjennomgå genetiske endringer ved hjelp av en prosess kalt naturlig transformasjon. Naturlig transformasjon gjør bakterien i stand til å ta til seg DNA fra omgivelsene, noe som kan føre til nye egenskaper hos bakterien – for eksempel antibiotikaresistens eller egenskaper som gjør den mer sykdomsfremkallende! Denne forståelsen åpnet også opp nye muligheter for genetisk manipulering av denne bakterien, noe som tidligere har vært utfordrende.

Ved å bruke denne nye metoden har jeg studert funksjonen til flere viktige proteiner hos disse streptokokkene. Spesielt interessant, fant jeg et protein som bakterien produserer for å drepe nært beslektede bakterier (såkalt fratricid eller «brodermord»).

Hvilket problem skal forskningen din bidra til å løse?

Jurbetennelse, også kalt mastitt, hos kyr er en stor utfordring for melkeproduksjon over hele verden. Denne betennelsen er som oftest forårsaket av bakterier, og i Norge er det bakteriene Staphylococcus aureus og Streptococcus dysgalactiae som forårsaker flest tilfeller av mastitt. I tillegg til at dette er smertefullt og ubehagelig for dyrene, påvirker mastitt både mengde og kvaliteten av melk, noe som fører til store økonomiske tap innen melkeindustrien.

Hvem/hva vil ha glede av resultatene?

Mastitt hos kyr kan være svært vanskelig å behandle og å bli kvitt, og vi trenger derfor å utvikle nye og bedre behandlinger. For å kunne gjøre dette er det derfor viktig å forstå hvordan disse bakteriene overlever og vokser i melk, samt hvordan de forårsaker sykdom, unngår immunforsvaret, og hvordan de responderer på antibiotikabehandling. Det overordnede målet med arbeidet mitt har vært å utvikle nye molekylære verktøy for å kunne studere disse bakteriene og forstå mer om hva som skal til for at de kan vokse, overleve og forårsake mastitt hos kyr.

På hvilke måter bidrar denne forskningen til løsningen?

I S. aureus har vi tatt i bruk en metode som kalles CRISPR interferens (CRISPRi) for å avdekke hvilke gener som er nødvendige for at S. aureus kan vokse og overleve i melk – et viktig steg på veien til infeksjon. Gjennom dette har vi identifisert viktige mekanismer som er avgjørende for S. aureus sin evne til å vokse i melk. Blant annet viser vi at bakterien sin evne til å produsere sine egne nukleinsyrer – byggesteinene til DNA – er enda viktigere i melk enn i vanlige laboratoriesettinger, og at antibiotikabehandlinger som angriper disse prosessene kanskje fungerer enda bedre enn dagens antibiotikabehandling. I tillegg identifiserte vi andre prosesser som er viktige i melk, for eksempel opptak av viktige metaller som jern og mangan. Sammen kan denne informasjonen bidra til å finne nye eller bedre behandlingsalternativer for mastitt hos kyr.

Videre har vi undersøkt evnen S. dysgalactiae har til å ta opp DNA fra omgivelsene og integrere dette inn i sitt eget DNA. Dette er en egenskap som bidrar til at bakterien kan tilegne seg nye egenskaper, for eksempel antibiotikaresistens. S. dysgalactiae er en bakterie som er relativt «ny i rampelyset» og det finnes derfor ikke så mange metoder for å studere de på gen-nivå. Vi har derfor utnyttet denne naturlige egenskapen bakterien har til å gjøre genetiske modifikasjoner – noe som åpner opp mange nye dører for å forstå bedre hvordan og hvorfor denne bakterien forårsaker mastitt. Ved å gjøre dette har vi studert et protein som bakterien produserer for å drepe nært beslektede bakterier, såkalt «broderdrap», i tillegg til hvordan denne bakterien er i stand til å beskytte seg selv fra selvmord med det samme proteinet – kanskje denne kunnskapen kan utnyttes videre til å finne nye behandlingsmetoder for mastitt.

om forskningen:

Marita Torrissen Mårli

• Har tidligere studert Bachelor i molekylærbiologi ved UiB og Master i bioteknologi (molekylær mikrobiologi) ved KBM, NMBU
• Er fra Bodø
• Har nå skrevet doktorgrad ved NMBUs fakultet for kjemi, bioteknologi og matvitenskap.
• Tittel på avhandlingen på norsk og engelsk:
• Bruk av nye molekylære verktøy gir ny innsikt i mastittpatogeners biologi 
• Elucidating the biology of bovine mastitis pathogens by novel molecular tools