De koger i varmt vand, modstår syrer og stråling
Disse mikroorganismer trives i planetens mest ubarmhjertige hjørner og er i dag blevet stjerner i laboratorier, industri, miljøforskning og rumforskning. Nye analyser viser, at det bliver svært at forstå, hvordan levende materie på Mars eller på de iskolde måner omkring gaskæmperne kunne se ud – uden at studere dem grundigt.
Forskere kalder dem extremofiler. Det er bakterier og andre mikroorganismer, der ikke blot tolererer ekstreme forhold, men direkte kræver dem: meget høje eller meget lave temperaturer, enormt tryk, stærk saltkoncentration, syrer eller kraftig stråling. Du kan finde dem på steder, som enhver lægmand ville betragte som fuldstændig livløse – i hydrothermale skorstene på havets bund, i varme kilder, i permafrost, i dybe miner og endda i klipperne ved polerne.
Ekstremoenzymer: nøglen til overlevelse under ekstreme vilkår
Hemmeligheden bag deres succes er specialiserede molekyler – blandt andet de såkaldte extremoenzymer. Det er enzymer, der fungerer der, hvor almindelige proteiner for længst ville være brudt ned. De opretholder stabiliteten ved temperaturer tæt på kogepunktet, i stærkt basiske opløsninger eller under enormt tryk.
Disse mikroorganismer viser, at livets grænser på Jorden ligger langt videre, end man antog for blot et par årtier siden. Det er præcis dét, der fascinerer astrobiolger verden over.
Fra PCR-tests til vask ved lav temperatur
Extremofiler lyder måske som en kuriositet fra en biologibog, men i praksis har de allerede fundet vej til industri og medicin. Den populære PCR-test, der blev et hverdagsudtryk under pandemien, anvender et enzym fra en bakterie hentet i de varme kilder i Yellowstone. Brugte man et “almindeligt” enzym, ville reaktionens høje temperatur ødelægge det øjeblikkeligt.
Der er mange lignende eksempler. Enzymer isoleret fra extremofiler bruges blandt andet til:
- Vaskepulver og kapsler, så de virker effektivt i koldt vand
- Omdannelse af landbrugsaffald til biobrændstoffer
- Anlæg til oprensning af jord og vand for tungmetaller
- Fødevareproduktion, hvor enzymer skal forblive aktive under krævende produktionsforhold
- Bioteknologiske processer, der kræver ekstremt pH eller ekstrem temperatur
- Den farmaceutiske industri ved syntese af aktive stoffer
Inden for miljøbeskyttelse kan disse mikrober gøre endnu mere: de nedbryder giftige forbindelser, binder tungmetaller og kan sommetider “låse op” for forurenede områder, så planter igen kan vokse der. Det er en naturlig form for bioremediering, som laboratorier arbejder på at forbedre og udvide.
Genetisk ingeniørkunst åbner vejen til udnyttelse af ekstremt liv
Det er en logistisk mareridt at studere organismer, der er hjemmehørende på havets bund eller i kogende vand. At efterligne sådanne forhold i et laboratorium er dyrt og teknisk udfordrende. Et forskerhold beskrevet i tidsskriftet Frontiers in Microbiology har derfor valgt en anden tilgang: de anvender syntetisk biologi og computersimulering.
Forskerne udarbejder såkaldte metaboliske helgenomsmodeller – digitale modstykker til celler, hvor man kan verificere, hvordan en ændring i ét gen påvirker hele organismen. På baggrund heraf foreslår de DNA-modifikationer, og redigeringsværktøjer som CRISPR gør det muligt at implementere dem i virkelige mikroorganismer.
Kombinationen af kunstig intelligens, metabolisk modellering og præcis geneditering forvandler extremofiler til mikrofabrikker designet til specifikke opgaver. Sådanne modificerede mikrober kan producere biobrændstoffer, farmaceutiske stoffer, industri-enzymer eller biologisk nedbrydelige materialer. Forskere understreger, at denne metode samtidig kan reducere både industrielle procesomkostninger og emissioner, da reaktionerne foregår under mildere forhold med lavere energi- og kemikalieforbrug.
Hvorfor extremofiler interesserer Mars-rovere
Den mest fascinerende del af de nye analyser handler om rummet. Når der på Jorden eksisterer bakterier, der overlever ekstreme forhold, stiger sandsynligheden for, at visse livsformer også kan klare sig på andre planeter og måner. Astrobiolger bruger Jordens ekstreme miljøer som træningsarena.
Varme kilder, saltlager, isørkener og dybe huler efterligner de situationer, man kan forvente på Mars, på månen Europa eller på Enceladus. De kameraer, bor og sensorer, vi sender ud i rummet, designes i dag med henblik på de fine signaler, som mikroorganismer svarende til extremofiler kan efterlade sig.
Hvis en celle på Jorden effektivt kan beskytte sit genetiske materiale mod frost, stråling og lysmangel, kan analog biologi måske også fungere under den iskolde skorpe på fjerne måner. Forskere fra NASA og den Europæiske Rumorganisation tester derfor systematisk detektorer for organiske molekyler under forhold, der minder om overfladen af Mars eller de underjordiske oceaner på Europa.
Hvad skal man lede efter på Mars og de iskolde måner
Data fra forskning i extremofiler hjælper med at definere såkaldte biosignaturer – spor efter aktivitet fra levende organismer. Det kan være specifikke kemiske forbindelser, ændringer i klippestruktur, karakteristiske isotopforhold eller usædvanlige koncentrationer af bestemte grundstoffer.
Takket være dette “leder” rummissioner ikke efter liv i al almindelighed, men sigter mod konkrete tegn, for eksempel:
- Tilstedeværelsen af organiske forbindelser, der er stabile ved lav temperatur
- Mineralmønstre forbundet med tidligere mikroorganismeaktivitet
- Ellers uforklarlige forskelle i kulstof- eller svovlisotopforhold
- Spor efter gamle hydrothermale systemer, hvor liv på Jorden trives særligt godt
- Specifikke lipider eller aminosyrer, der er typiske for extremofiler
- Geologiske formationer, der minder om stromatolitter fra Jordens varme kilder
Mikrober fra Jordens yderpunkter giver også fingerpeg om, hvor det er værd at lande med fremtidige missioner. Hvis en bestemt type bakterie klarer sig særlig godt i saltis, bliver lignende isaflejringer på Mars en prioritet for forskerne. Universiteter i Californien og München tester allerede i dag detektionsudstyr netop på baggrund af disse erkendelser.
Kan vi bevidst sende liv til andre planeter
Den voksende viden om extremofiler åbner et følsomt emne: bevidst udsendelse af mikroorganismer i rummet for at “teste” deres overlevelseschancer. En del forskere ser det som risikabelt, fordi det truer med at forurene fremmede miljøer med jordiske livsformer. Andre foreslår, at kontrollerede forsøg i lukkede orbitale moduler kan afklare meget uden en sådan risiko.
Hertil kommer et andet problem: hvordan sikrer man sig, at eventuelle livsspor på Mars virkelig stammer derfra og ikke er ankommet med vores raketter? Også her hjælper kendskabet til extremofiler. Jo bedre vi forstår, hvilke arter og i hvilken form der kan overleve rejsen gennem rummet, desto mere effektivt kan vi sterilisere instrumenter og skelne kontaminering fra en ægte fremmed organisme. Japanske forskere offentliggjorde for nylig en undersøgelse, der beskriver bakterien Deinococcus radiodurans, som overlevede tre år på ydersiden af den Internationale Rumstation.
Hvordan disse forskningsresultater påvirker vores hverdag
Selv om emnet lyder som science fiction, mærker du konsekvenserne på en meget jordnær måde. Enzymer fra extremofiler gør det muligt at vaske ved lavere temperaturer, hvilket reducerer elregningen. Biobrændstoffer fra affald kan mindske økonomiens afhængighed af olie. Et “mikroeldorado” af tungmetalbindende bakterier fremskynder oprensningen af forurenede industriområder.
Samtidig giver enhver bedre forståelse af livets grænser os mulighed for at betragte vores egen planet med mere kritiske øjne. Jorden er ikke en steril kugle med et tyndt lag liv på overfladen, men et aktivt system, hvor mikroorganismer trænger ind i næsten alle zoner – fra iskernernes indre til dybe revner i klipperne. University of Colorado opdagede for nylig bakterier, der lever tre kilometer under overfladen i granit.
For lægfolk kan begreber som astrobiologi eller syntetisk biologi lyde fjerntliggende. I praksis arbejder forskere, der lærer af mikroorganismer fra yderpunkterne, imidlertid samtidig på billigere energi, renere vand, mere effektive lægemidler og en bedre plan for at søge efter liv uden for vores planet. Denne diskrete bakterielle “elite” fra varme kilder og isørkener er blevet et af nutidens mest værdifulde videnskabelige redskaber – og forbinder laboratorium, industri og rumforskning i ét stadig mere sammenhængende billede. Måske er det netop takket være dem, vi snart finder ud af, om vi virkelig er alene i universet.
