En mikroskopisk organisme med stort potentiale vinder 2. pladsen i DG’s Fotokonkurrence 2023
– Det er et sjældent syn, siger professor Mathias Middelboe om sit foto, der vandt 2. pladsen i DG’s Fotokonkurrence 2023.
– Ligesom alle andre organismer bliver bakterier også inficeret af virus, og billedet viser en inficeret bakterie lige i det øjeblik, hvor de her virusser har reproduceret sig selv inden i cellen og sprænger cellen. Så bakterien er fanget lige i det øjeblik, den bliver slået ihjel. Billedet af den eksploderende celle er taget med et elektronmikroskop og er forstørret 80.000 gange. Jeg har tilbragt mange timer med at kigge ned i et elektronmikroskop, og jeg har taget virkelig mange elektronmikroskopi billeder, men det er meget sjældent, man ser lige præcis det øjeblik – selve klimaks på infektionen.
Gensvopper
Professor Mathias Middelboe er marinbiolog og forsker i havvirus, der er den mest talrige biologiske enhed i havet. I hver eneste milliliter havvand er der ca. 10 mio. virus. Og indenfor de sidste 15-20 år har det vist sig, at virusser spiler en stor og vigtig rolle, fordi de har indflydelse på en lang række processer i havmiljøet.
– Vi er interesserede i at forstå virus’ betydning i havet, forklarer Middelboe.
– Når en celle fuld af virus sprænger, så bliver noget af det organiske stof, som er indbygget i bakterierne, frigivet. Og fordi den proces foregår millioner af gange om dagen i hver eneste liter havvand, spiller virus en stor rolle i hele omsætningen og genbruget af det organiske stof og næringsstoffer, og det påvirker det globale kulstofkredsløb. En virus, der har inficeret en bakterie, kan også samle nogle af bakteriernes gener op, der så spredes til andre bakterier, når cellen dør. Og på den måde bidrager virus også til diversiteten og evolutionen af det mikrobielle samfund i havet og kan gøre andre bakterier mere tilpasningsdygtige.
Den virale komponent giver inspiration til nye forskningsvinkler
Forskning i virus er en relativ ny forskningsdisciplin indenfor marinbiologi, og det har, ifølge Middelboe virkelig vendt op og ned på vores forståelse af, hvad der regulerer omsætning og nedbrydning og bakteriernes rolle i havet.
– Den første artikel indenfor det her område kom omkring 1989-90. Man opdagede lige pludselig, at virus var en meget vigtig og talrig komponent i de akvatiske systemer. Og nu er der mange forskergrupper i hele verden, der arbejder med den her problemstilling, fortæller Middelboe og fortsætter:
– Dengang var jeg ved at skrive min ph.d. og jeg blev også inspireret til at prøve og kigge på virus. Jeg var interesseret i at se nærmere på det, der sker, når en celle går i stykker, fordi den har en virusinfektion. Hvad sker der, når celleindholdet kommer ud af de her bakterier og bliver føde for andre bakterier. Altså, hvordan processen bidrager til kulstof- og kvælstof-kredsløb i havet. Og det var der ikke rigtig andre, der så på, på det her tidspunkt, så derfor kastede jeg mig over det forskningsområde. Og så er jeg blevet grebet af det, og er fortsat ad den vej. I dag er det et kæmpestort forskningsområde indenfor den mikrobielle biologi, specielt i havet. Men processerne er lige så vigtige i jordbunden og i søer m.m.
Og nu er der jo også en stigende interesse for at se på virus’ rolle i vores eget tarmsystem.
Kan virus blive fremtidens alternativ til antibiotika?
Middelboes forskningsområde er i søgelyset, fordi der er et enormt behov for at udvikle alternativer til antibiotika.
– De virus, vi kigger på, er meget specifikke, de inficerer kun nogle bestemte bakterier. Så i modsætning til antibiotika, der som regel slår det hele ihjel, så vil man i fremtiden måske kunne bruge virus i meget målrettet sygdomskontrol. Altså til at slå sygdomsfremkaldende bakterier ihjel.
Middelboe arbejder primært med fiskesygdomme i fiskeopdræt, men der er også andre grupper i verden, der for eksempel arbejder med virus-kontrol af sygdomme hos mennesker, fjerkræ eller kvæg.
– I min forskning handler det primært om at få en grundlæggende forståelse af virus’ rolle i havet. Vi skal overordnet forstå, hvordan for eksempel klimaforandringer vil påvirke interaktionen mellem virus og bakterier og effekten på de globale stofkredsløb. Men også i den mere anvendelsesmæssige side af vores forskning er det nødvendigt med en dyb forståelse af interaktionen mellem virus og bakterier. Hvis man skal bruge specifikke virus til at slå sygdomsfremkaldende bakterier ihjel med, så skal man vide, hvilke resistensmekanismer bakterierne har overfor de her virus. Og så er der alt det her med, hvordan virus virker, hvis vi tilsætter dem i foder, og de derved kommer ind i maven på en fisk, eller vi tilsætter dem på et biofilter for at rense vandet for sygdomsfremkaldende bakterier. Og vi skal også undersøge, om man for eksempel kan blive ved med at bruge de samme virusser, eller om de på et eller andet tidspunkt bliver uvirksomme, så man skal finde eller udvikle nogle andre. Og sidst, men ikke mindst, skal vi blive klogere på, hvordan virus inficerer bakterien: Hvor hurtigt det går, hvor længe effekten holder og så videre.
Jeg tror faktisk på, at vi på sigt kan udvikle et brugbart produkt til akvakulturindustrien, der kan være et alternativ til antibiotika, men der kommer til at gå nogle år endnu, før vi har optimeret på teknologien og ved, hvor effektivt den virker.
I sit rette element
Middelboe tilbringer meget af sin i den marine biologiske sektion på Københavns Universitet i Helsingør, der også huser Øresundsakvariet.
– Vi dækker marinbiologi meget bredt her. Fra dybdehavsforskning til mikrober og virus til fisk og alger, og her er vi både professorer, post docs, studerende og dyrepassere. Alle de mange forskellige ting, der forgår her, er inspirerende og motiverende, fortæller Middelboe. Og derudover er der meget samarbejde ud af huset med forskere, der har andre specialer og ekspertiser: Vi støder ofte ind i ting, hvor vores ekspertise stopper, og på den måde kommer samarbejder jo i stand, og vi får kontakt til folk, som kan andre metoder eller har andre tilgange til en problemstilling. Og sådan udvikler tingene sig jo, slutter han. Og til spørgsmålet om, hvad der virkelig motiverer ham i hans forskning, svarer han:
– Jeg er virkelig drevet af en nysgerrighed efter at forstå de her ekstremt komplicerede sammenhænge i de marine økosystemer. Jo mere, vi dykker ned i det, jo mere kompliceret viser det sig at blive. Det, synes jeg, er spændende.
Mathias Middelboe er tilknyttet grundforskningscentret Danish Center for Hadal Research, der blandt andet arbejder med at forstå virus´ rolle i dybhavet med speciel fokus på, hvordan de påvirker stofkredsløbet og bidrager til at forme de mikrobielle samfund i disse ekstreme miljøer.