Hoe verbouw je het DNA van bacteriën voor de wetenschap?

‘Wat doe je voor werk?’ ‘Ik werk met bacteriën!’ Zo beginnen gesprekken over mijn onderzoek doorgaans en soms eindigen ze hier ook mee. De meeste mensen kennen bacteriën wel uit het nieuws, maar meestal is dit het slechte nieuws. Regelmatig lees je over antibioticaresistente ziekenhuisbacteriën en voedselvergiftigingen veroorzaakt door bacteriën. Ik wil vooral veel goed bacterienieuws met jullie delen.

15 maart 2016

Tussen de talloze bacteriën op aarde zitten heel veel interessante exemplaren en je vindt ze werkelijk overal, ja zelfs in kokendhete geisers. Maar de bacteriën het dichtste bij huis zitten letterlijk in jezelf, vooral in je darmen. Lang werd geroepen dat je tien keer meer bacteriën hebt dan cellen in je lichaam. Een paar wetenschappers hebben dat onlangs nog eens beter uitgerekend en kwamen tot de conclusie dat het aantal bacteriën in je lichaam naar schatting maar iets hoger is dan het aantal cellen in je lichaam.

Nico Claassens bij een hete geiser vol bacteriën in Yellowstone Park
Yue Lu

Geen-nieuws/goed-nieuws-bacteriën

Daarmee dragen we toch nog steeds zo’n 4000 miljard van die bacteriën mee. En daar merk je eigenlijk heel weinig van. Dat komt omdat het vooral geen-nieuws of goed-nieuws-bacteriën zijn. Sommigen doen niet zo veel of doen juist goed werk, zoals het maken van vitamines die we zelf niet kunnen maken. Dus zoals met veel dingen, zolang het goed gaat is het niet nieuwswaardig.

In het lab werk ik met zo’n eigenlijk geen-nieuws-darmbacterie, namelijk een onschuldige Escherichia coli stam (afgekort vanaf hier als E. coli). Sommige stammen van E. coli veroorzaken voedselinfecties. Maar dat zijn enkele slecht-nieuws-exemplaren in de E. coli familie.

Goed nieuws-bacterie E. Coli, 10.000 keer vergroot — Goed nieuws-bacterie *E. Coli*, 10.000 keer vergroot
Eric Erbe, digital colorization by Christopher Pooley, both of USDA, ARS, EMU. - ARS Image Gallery Image Number K11077-1 (highres), Publiek domein

Twintig miljoen bacteriën in een werkdag

Het mooie van de onschuldige, niet-zo-veel-nieuws E. coli’s (en ook van de slechte, helaas) is dat ze ontzettend snel groeien en delen. Als ze veel voedsel beschikbaar hebben, zoals in de darm, delen ze zich wel elke twintig minuten. Dus binnen een uur heeft een E. coli cel met een beetje mazzel al acht nakomelingen, en binnen een achturige werkdag al bijna twintig miljoen. En dan werk ik als laatste jaar promovendus ook nog wel eens wat langer dan acht uur, dus ik kan op een dag heel wat bacteriën laten groeien. Maar op een bepaald moment stoppen ze simpelweg, omdat hun voedsel (meestal suiker) op is.

Goed nieuws: van insuline tot bioplastic

Naast hun snelle groei is E. coli ook erg interessant omdat we al best lang het gereedschap hebben om het DNA van een E. coli cel een beetje aan te passen. Daarmee kunnen we allerlei interessante zaken onderzoeken en het is ook nuttig voor biotechnologische toepassingen. Zo kan met wat hulp de saaie, ongevaarlijke lab E. coli opeens een bijzonder-goed-nieuws-bacterie worden, en dat is gelukkig ook nieuwswaardig! Zo is er in de jaren tachtig van de vorige eeuw een kopie van een stukje menselijk DNA aan E. coli’s toegevoegd zodat ze ook menselijk insuline kunnen maken, een cruciaal medicijn voor diabetespatienten. Vroeger moest insuline uit varkens gehaald worden. E. coli maakt het sneller en ook beter, want het is geen varkensinsuline maar echt menseninsuline. Maar er is meer dan alleen insuline en andere medicijnen, in de afgelopen jaren hebben wetenschappers ook E. coli zo aangepast dat hij bijvoorbeeld bioplastic moleculen produceert.

Produceren met licht

Een nadeel is dat E. coli voor al dat delen en produceren dus suiker nodig heeft. Een insuline-of bioplasticfabrikant moet dus bijvoorbeeld best veel suiker kopen voor zijn reactoren vol E. coli’s. Een goedkoop alternatief voor suiker zou licht en CO² kunnen zijn, sommige bacteriën groeien hier namelijk prima op. Maar deze bacteriën zijn vaak moeilijker aan te passen om ze bijvoorbeeld insuline of bioplastic te laten maken.
Een paar jaar terug, toen ik met mijn project begon, realiseerden mijn begeleiders en ik dat het gereedschap om E. coli’s DNA aan te passen snel ontwikkelt.
Zouden we met die uitgebreide gereedschapskist E. coli zo kunnen aanpassen dat hij naast suiker ook op licht groeit?
Dat is een wat langere variant voor een gesprek over wat ik onderzoek. ‘Maar groeit je E. coli dan nu echt op licht?’ en ‘ Hoe doe je dat dan precies, met sleutelen DNA in een bacterie?’, zijn vervolgvragen die ik vaak krijg. Genoeg stof voor een volgend blog.