En biofilm består af en række forskellige bakterier, der alle kæmper for at overleve og dele sig. Det sker i konkurrence med andre bakterier, og derfor foregår der reelt en krig i en biofilm, hvor de forskellige arter af bakterier på forskellige måder forsøger at bekæmpe hinanden og blive dominerende. 

Nogle går i kamp med et arsenal af kemiske våben, mens andre beskytter sig selv ved at danne netværk af fibre og proteiner som et mikroskopisk beskyttelsesrum. Men der foregår også en masse samarbejde og arbejdsfordeling til alles bedste. 

Det samlede resultat er komplekst patchworktæppe af forskellige bakterier i én stor koloni, hvor bakterierne indtager forskellige nicher i biofilmen og forsøger at holde fast på deres plads der.

Liselotte Jauffreds forskning går ud på at lave forsøgsopstillinger, hvor forskerne kan undersøge, hvordan forskellige aspekter af fysiske begrænsninger og mekanikken mellem bakterierne spiller en rolle for biofilmdannelsen og bakteriernes indbyrdes kamp. Hun forklarer, at det ikke er helt simpelt at studere bakterier i biofilm under “naturlige” forhold, og at det derfor kræver noget specielt af de anvendte forsøgsdesigns. For eksempel kan man godt studere interaktioner mellem forskellige bakterier i en væske i et reagensglas, men her vil de fysiske forhold slet ikke være de samme som i en biofilm. 

Vil man undersøge for eksempel antibiotikaresistens hos givne bakterier i en biofilm og gør det ved at udsætte bakterier i et reagensglas for forskellige former for antibiotika, vil man med andre ord ikke kunne være sikker på svaret. En bakterieart kan nemlig sagtens være følsom over for et antibiotikum i et reagensglas, men helt og aldeles ufølsom overfor det i en biofilm. Der kan tætheden mellem bakterierne og deres matrix nemlig gøre, at antibio­tikummet aldrig kommer i nærheden af bakterien.

Sammen med sine kolleger arbejder Liselotte Jauffred med bakterier i idealiserede modelsystemer, hvor hun farver bakterierne, så hun kan følge, hvordan de enkelte bakteriearter udvikler sig i kolonien eller biofilmen. Det vil sige, at bakterien X måske bliver farvet rød, Y blå og Z grøn. Forskerne kan derefter følge, hvordan de forskellige bakterier deler sig og bliver til flere eller færre over tid. De kan også se, hvordan de organiserer sig i den samlede biofilm, og hvad der sker i kontaktfladerne mellem de forskellige stammer af bakterier.

»Denne rumlige organisering er afgjort af bakteriernes gener, men også de fysiske forhold. I en væske kan bakterierne blive ved med at dele sig, så længe der er vækstmedie nok, men på en agarplade omgivet af andre bakterier kommer de fysiske begrænsninger for vækst i spil. Så har selve organiseringen indflydelse på, hvad generne kan få lov til at udtrykke,« siger Liselotte Jauffred.

Et af Liselotte Jauffreds seneste forsøg var som eksempel med formålet at undersøge, hvordan en bakteries fysiske form har betydning for dens muligheder i en biofilm. En bakterie som colibakterien er stavformet, og det har betydning for, hvilken rolle den kan spille i en biofilm – uafhængigt af alle mulige biologiske forhold. 

I forsøget undersøgte forskerne mutationer i colibakteriernes gener for dannelsen af cytoskelettet, der er med til at give colibakterien sin form. Disse mutationer gjorde blandt andet, at colibakterierne blev mere runde i formen og mistede deres stavformede struktur. 

Efterfølgende lod forskerne både normale stavformede colibakterier og runde colibakterier danne en biofilm sammen og undersøgte så, hvordan formen havde betydning for deres individuelle organisering og overtag i biofilmen. Forsøget viste, at når bakterierne ikke længere var stavformede, groede de helt anderledes og dannede helt andre mønstre i biofilmen. 

Forskernes egentlige spørgsmål var, om de runde eller stavformede bakterier ville vinde en kamp mellem de to i en biofilm, og hvordan den fysiske form havde betydning for udfaldet af denne kamp, hvis der indledningsvist havde været flere eller færre af den ene eller anden bakterie. 

Forskningen viste, at det entydigt er en fordel for colibakterierne at være stavformede, når de skal leve i en biofilm. Det gjaldt både, når der var flere stavformede end runde bakterier til at starte med, og når der kun var ganske få stavformede bakterier fra begyndelsen af.
Liselotte Jauffred forklarer, at formen på bakterierne har betydning for, hvilke muligheder de enkelte colibakterier har. 

Er bakterierne stavformede, kan de lægge sig parallelt med hinanden som blyanter i et penalhus, og det kommer med nogle fordele i en biofilm. Når bakterierne er stavformede, bliver de skubbet sammen i nogle kanaler, og de kanaler bevæger sig ud mod periferien af biofilmen, hvor der både er mere plads og bedre adgang til næringsstoffer sammenlignet med midt inde i biofilmen, hvor der både er pladsmangel og kamp om de få ressourcer derinde. Når de stavformede bakterier når ud til periferien af biofilmen, overtager de det område af biofilmen med mest plads og bedst adgang til næring, og over tid betyder det, at de fuldstændigt overtager dominansen i biofilmen. 

»Laver man genetiske undersøgelser, kan det være svært at identificere, hvorfor den ene bakterie har bedre muligheder for at vokse i en biofilm sammenlignet med den anden. Det omtalte forsøg er et eksempel på, hvordan mekanikken mellem bakterierne er den afgørende faktor. Det viser også, hvorfor man ikke altid kan sammenligne det, som sker i et reagensglas, med det, som sker i en biofilm. 

Lavede man det samme forsøg i et reagensglas, ville det være en fordel for bakterierne at være runde. Den slags forsøg har andre lavet, og der kan de se, at hvis man kører forsøget over flere år, vil flere bakterier udvikle sig mod at være runde, mens der over tid vil være færre stavformede bakterier. I en biofilm er det omvendt,« forklarer Liselotte Jauffred.

Bakterier beskytter hinanden mod antibiotika

Liselotte Jauffred laver med sine kolleger også andre forsøg, der belyser betydningen af forskellige aspekter af fysiske forhold for bakteriers vækstmuligheder i en biofilm. Blandt andet laver forskerne forsøg, hvor de undersøger, hvad der sker, når forskellige bakterier maser til hinanden for at få mere plads, hvilket sker i alle biofilm. 

I starten vil bakterierne have rigeligt med vækstmuligheder, men i takt med at de nærmer sig hinanden, og pladsen bliver trang, skaber friktionen mellem bakterierne et fysisk stress inde i biofilmen. Dette kan lede til små udposninger eller rynker i biofilmstrukturen, og disse rynker har i sig selv betydning for de biologiske forhold i biofilmen, og hvad biofilmen som helhed kan og ikke kan.