kennis

Bacterie wordt meetinstrument met geheugen

Door Rob Ramaker - 23 november 2017

Een door wetenschappers aangepaste bacterie kan zelfstandig metingen doen en de resultaten opslaan in zijn DNA. De vondst maakt het eenvoudiger om te meten op ontoegankelijke plekken, zoals diep ondergronds.

Vier biologen van Columbia University in New York beschrijven het systeem op 23 november in het tijdschrift Science.

Wetenschappers bewerken al langer bacteriën, zodat ze bijvoorbeeld gif kunnen opsporen. ‘Deze bacteriën detecteren zware metalen of gevaarlijke virussen in extreem lage concentraties, iets wat andere technieken nog niet kunnen,’ zegt Bert Poolman (58), hoogleraar biochemie en programmadirecteur van het centrum voor synthetische biologie aan de Rijksuniversiteit Groningen. Wanneer de bacterie gif opmerkt, geeft hij licht. Mensen moesten dat signaal nog wel aflezen, want bacteriën konden de informatie tot dusver nog niet opslaan.

Darm is black box

Dankzij een systeem dat de bedenkers een ‘biologische taperecorder’ noemen, onthoudt de bacterie wel wat hij tegenkomt. Hierdoor kan hij informatie verzamelen in moeilijke omstandigheden en op plekken waar mensen of machines niet kunnen komen. Onderzoekers kunnen vervolgens terugkijken wat de bacterie tegenkwam. ‘Denk aan het darmstelsel bij de mens,’ zegt Stan Brouns (39), universitair hoofddocent bionanoscience aan de TU Delft. ‘Dat is een black box. Wat gebeurt er met de bacteriën die daarin zitten?’

De vondst werd mogelijk dankzij de ontdekking van het zogeheten CRISPR-Cas-systeem. Met dit in bacteriën ontdekte systeem kunnen onderzoekers makkelijker en nauwkeuriger dan voorheen DNA bewerken. In theorie kun je met Crisprs erfelijke ziekten genezen en planten veredelen. Afgelopen jaren zetten Crisprs de biologie op zijn kop. En nog elke maand bedenken wetenschappers verrassende nieuwe toepassingen.

CrisprMicrobioloog Edze Westra (33) promoveerde op een afweersysteem waarmee bacteriën zich tegen vijanden verdedigen. De techniek die hieruit ontstond, belooft de biologie en de geneeskunde op hun kop… lees verder

Bandrecorder

Ook de bandrecorder maakt gebruik van Crisprs. Het systeem knipte stukjes uit DNA dat het tegenkwam, en plakte deze op volgorde in zijn eigen DNA. Het is een lint dat steeds langer wordt, zoals een cassettebandje dat door het aloude opnameapparaat loopt.

De onderzoekers brachten vervolgens een DNA-fragment in, dat zich vermenigvuldigde wanneer de bacterie koper tegenkwam. Hierdoor kwamen Crisprs in een omgeving met veel koper dit stukje DNA vaker tegen. En dus werd het vaker ingeplakt, zoals er meer geluid te horen is op een cassettebandje in een lawaaiige omgeving. Toen de Amerikanen het DNA aflazen – ‘de band terugspoelden’ – konden ze dagen later zien hoeveel koper in de omgeving van de bacterie aanwezig was geweest.

‘Golf van verbazing’

‘Vergeleken met de bestaande biosensoren is dit voor zover ik weet de eerste keer dat er een “recording system” is ontwikkeld,’ zegt John van der Oost (59), hoogleraar microbiologie aan Wageningen University & Research. Het laat mooi zien hoe wetenschappers kunnen bouwen met leven. En de stroom van ontdekkingen is nog lang niet opgedroogd.

Afgelopen juni konden de onderzoekers zelf voor het eerst met eigen ogen zien hoe het systeem werkt. Een Japanse onderzoeker maakte een filmpje (zie boven) – met als beeldbreedte eenduizendste keer de breedte van een haar – waarin het systeem een stukje DNA doorknipt. Brouns was erbij toen het voor het eerst werd vertoond, op een conferentie in Big Sky in Montana. ‘Er ging echt een golf van verbazing door het publiek.’

Ingelogde abonnees van Elsevier Weekblad kunnen reageren.