Bakteriemodel hjælper med at afsløre, hvordan vores kroppe forhindrer befolkningseksplosioner - og kræft

Vores immunsystem består af et komplekst netværk af celler, kemikalier og proteiner, der beskytter os mod sygdom og fremmede angribere. En af de vigtigste dele af vores immunsystem er de hvide blodlegemers evne til hurtigt at formere sig, når de støder på en trussel, såsom en bakteriel infektion. For meget af dette naturlige immunrespons kan føre til autoimmune lidelser, mens for lidt kan føre til kronisk sygdom eller sepsis.

For bedre at forstå de mekanismer, der ligger til grund for dette immunrespons, har forskere ved Tokyo University of Science i samarbejde med RIKEN Center for Sustainable Resource Science og University of Tokyo undersøgt en bakterieart, der naturligt svinger i populationsstørrelse - en adfærd svarende til den af hvide blodlegemer i vores kredsløb.

Forskerne fandt ud af, at bakteriepopulationen var i stand til at opretholde en stabil oscillerende ligevægt uden behov for komplekse reguleringsmekanismer. De brugte matematiske modeller til at demonstrere, hvordan bakterierne var i stand til at opnå dette gennem en balance mellem positive feedback-loops og negative feedback-loops.

Denne forskning giver et værdifuldt indblik i, hvordan vores kroppe er i stand til at opretholde homeostase og forhindre befolkningseksplosioner af immunceller. Det har også betydning for forståelse og behandling af kræft, som er karakteriseret ved ukontrolleret vækst af celler. Ved at få en bedre forståelse af, hvordan vores kroppe naturligt regulerer cellevækst, kan forskerne muligvis udvikle mere effektive behandlinger mod kræft og andre sygdomme.

Forskerholdet, ledet af professor Hiroaki Kashiwagi fra Tokyo University of Science, fokuserede på en bakterieart kaldet *Caulobacter crescentus*. Denne bakterie svinger naturligt i populationsstørrelse, hvor antallet af celler stiger og falder over tid i et forudsigeligt mønster.

Forskerne brugte matematiske modeller til at undersøge de mekanismer, der ligger til grund for disse befolkningsoscillationer. De fandt ud af, at bakterierne var i stand til at opnå dette gennem en balance mellem positive feedback-loops og negative feedback-loops.

Positive feedback-loops opstår, når en stigning i en bestemt variabel fører til en yderligere stigning i denne variabel. I tilfælde af *C. crescentus*, fører væksten af ​​bakteriepopulationen til en stigning i produktionen af ​​et hormon kaldet quorum sensing factor. Dette hormon stimulerer derefter yderligere vækst af bakteriepopulationen.

Negative feedback-loops opstår, når en stigning i en bestemt variabel fører til et fald i denne variabel. I tilfælde af *C. crescentus*, fører væksten af ​​bakteriepopulationen til en stigning i produktionen af ​​et protein kaldet Hfq. Dette protein hæmmer så produktionen af ​​quorum sensing factor, som igen bremser væksten af ​​bakteriepopulationen.

Forskerne fandt ud af, at balancen mellem disse positive og negative feedback-sløjfer gjorde det muligt for bakteriepopulationen at opretholde en stabil oscillerende ligevægt uden behov for komplekse reguleringsmekanismer.

Denne forskning giver et værdifuldt indblik i, hvordan vores kroppe er i stand til at opretholde homeostase og forhindre befolkningseksplosioner af immunceller. Det har også betydning for forståelse og behandling af kræft, som er karakteriseret ved ukontrolleret vækst af celler. Ved at få en bedre forståelse af, hvordan vores kroppe naturligt regulerer cellevækst, kan forskerne muligvis udvikle mere effektive behandlinger mod kræft og andre sygdomme.

Forskerholdets resultater blev publiceret i tidsskriftet *Physical Biology*.