Nieuws
Nieuw ontdekt bacterieel afweersysteem werkt als zelfvernietigingsknop
Wageningse wetenschappers hebben in een bacterie op zeewier een moleculaire zelfvernietigingsknop ontdekt waarmee de bacteriën zichzelf opofferen als ze ziek zijn. Zo beschermen ze hun soortgenoten tegen infecties. Door dit mechanisme te herprogrammeren willen onderzoekers het in de toekomst gebruiken in diagnostische (zelf)testen.
Het zelfvernietigingsmechanisme behoort tot het bacteriële immuunsysteem CRISPR-Cas dat wetenschappers al ruim tien jaar breed toepassen in onderzoek. Dat verdedigingssysteem komt voor in ongeveer de helft van de bacteriën en bestaat in allerlei vormen en maten.
Wat een inefficiënt systeem, dacht ik toen. Dat heeft me nooit lekker gezeten.
Het nieuw ontdekte systeem activeert zelfvernietiging zodra het een binnendringend virus detecteert. Normaal gesproken gebruikt zo’n virus de bacterie als een productiefabriek om meer virussen te maken. Door zichtzelf op te offeren, voorkomt de bacterie een uitbraak. “We hadden altijd al een vermoeden dat bacteriën zichzelf konden opofferen met dit systeem, maar nu hebben we bewijs”, vertelt Raymond Staals, universitair hoofddocent Microbiologie.
Aan gort knippen
Zodra een virus zijn genetisch materiaal in een bacterie injecteert, slaat het immuunsysteem alarm. “Dit specifieke immuunsysteem van de oceaanbacterie onderscheidt DNA of RNA van een virus van zijn eigen genetische materiaal”, verklaart Staals. Toen Staals dit mechanisme dertien jaar geleden voor het eerst bestudeerde, ontdekte hij dat dit CRISPR-Cas-systeem RNA knipt. Onlogisch, want virussen maken steeds nieuw RNA aan. “Wat een inefficiënt systeem, dacht ik toen”, zegt Staals. “Dat heeft me nooit lekker gezeten.” Nu blijkt dat de RNA-schaar slechts een stap in het hele immuunsysteem is. Uiteindelijk activeert het immuunsysteem enzymen die ongecontroleerd essentiële biomoleculen vernietigen: RNA, DNA en eiwitten. Die vernieling van binnenuit overleeft de bacterie niet.
Controleposten
“Wat dit hele systeem zo mooi maakt, zijn de controleposten erin”, zegt Staals. “Daardoor drukt de bacterie niet ‘per ongeluk’ op die zelfvernietigingsknop.” De truc is een moleculair domino-effect met zogenoemde feedbackloops die het proces regelen. De domino’s beginnen te vallen wanneer de bacterie een indringer detecteert. Hij maakt dan signaalstoffen die andere eiwitten aanschakelen. Op hun beurt activeren zij dan ‘de grote vernietiger’. Tijdens dat proces breekt de cel ook continu gemaakte stofjes af. Daarmee verbreekt hij het domino-effect. Het zelfvernietigingsproces vervolgt dan alleen als de bacterie vreemd RNA of DNA blijft herkennen. Zo voorkomt de bacterie dat een vals alarm leidt tot zelfvernietiging. “Het is een bizarre kettingreactie die doet denken aan geprogrammeerde celdood (apoptose) bij mensen, maar dan iets simpeler”, vertelt Staals.
De precisie van dit nieuw ontdekte CRISPR-Cas-systeem maakt het ideaal voor de ontwikkeling van diagnostische tests voor ziekten. In samenwerking met TNO en Staals’ spin-off bedrijf Scope Biosciences zullen Wageningse onderzoekers de komende jaren werken aan de ontwikkeling van diagnostische tests. Daarmee willen ze tests ontwikkelen die meerdere doelwitten, bijvoorbeeld ziekten, tegelijk detecteren en eenvoudig af te lezen zijn te produceren. Vanaf maart zal een promovendus dat project oppakken. Staals verwacht de eerste diagnostische test vervolgens in 2025 in handen te hebben.