Tegen de faag

Bacteriën slaan stukjes erfelijke code van virussen op in hun DNA. Dat versterkt hun afweer. Hester van Santen

Drie petrischalen uit het onderzoek: rechtsboven bezwijkt de crèmekleurige bacteriecultuur door een infectie met een virus (vandaar de gaten). De andere twee zijn resistent gemaakt. foto stan brouns / magnus lundgren

Ook bacteriën hebben een afweersysteem. Dat is nodig ook, want ze kampen met virusinfecties die tot massaslachtingen leiden. Een virus kan binnen twee uur 99,9 procent van een bacteriekolonie in een laboratorium omleggen. Zulke virussen zijn geen zeldzame verschijning: zeewater, bijvoorbeeld, bevat vijf tot tien keer zoveel bacteriële virussen als bacteriën.

Pas drie jaar geleden ontstond onder biologen het besef dat bacteriën dan toch ook wel een afweersysteem zullen hebben. En gisteren publiceerde Science de eerste blik op het ‘binnenwerk’ van het systeem, in een artikel van de Wageningse microbioloog Stan Brouns en zijn collega’s. Hij maakte een bacterie resistent tegen een bacteriofaag, een virus dat op bacteriën parasiteert. „De afweer werkt heel goed”, vertelt hij van achter een houten vergadertafel. “Als je één faag per cel toevoegt – en dat is veel – groeit de bacteriecultuur al snel weer vrolijk door.”

De bacteriën blijken een immuunsysteem te hebben dat zelfs een geheugen heeft. Zoals afweersystemen van dieren ook adequater reageren als een binnendringer die eerder is geweest opnieuw langskomt. Bacteriën blijken een immuungeheugen te hebben zonder de T-cellen en lymfeklieren die dieren hebben: alles in één eenvoudige cel.

opbergkast

Het systeem dat Brouns en promovendus Matthijs Jore de afgelopen tweeënhalf jaar grotendeels ontrafelden, is een soort opbergkast in het

De unieke ‘woorden’ in de CRISPR’s blijken korte stukjes DNA van deze bacteriële virussen, ontdekte onder anderen de Amerikaanse bio-informaticus Eugene Koonin, specialist in het vergelijken van DNA-volgordes. Postdoc Brouns: “Koonin was in 2005 in Wageningen als opponent bij een promotie. Toen voorspelde hij dat de CRISPR’s een afweersysteem zouden zijn, en hoe het kon werken. Daardoor hadden we een voorsprong.”

Franse en Amerikaanse biologen uit de voedingsindustrie (de zuivelsector heeft een hekel aan fagen, want die vernietigen yoghurtcultures) leverden vorig jaar het bewijs dat CRISPR’s bij het afweersysteem horen. De bacterie legt genetische informatie van het virus vast, om het later met hulp van de Cas-genen weer uit de kast te halen en een aanval te pareren.

De Wageningers, met CRISPR’s bezig sinds Koonin bij hen zijn verhaal hield, zetten de volgende stap.

“Zal ik hem laten zien?” vraagt promovendus Matthijs Jore terwijl hij bij een labtafel staat vol flessen met gele en blauwe doppen. Uit een bakje haalt hij een doorzichtige, gelatineachtige plak met blauwe strepen, het resultaat van een standaard eiwitanalyse. Hij wijst vijf strepen een voor een aan. “De dikste is CasC, en dit zijn CasA, B, D en E.”

De vijf eiwitten, allemaal gecodeerd door een ander Cas-gen, vormen samen een structuur die inmiddels Cascade gedoopt is. Cascade knipt tijdens een infectie de benodigde virusfragmenten uit een lange RNA-kopie van de CRISPR zodat ze beschikbaar komen voor de verdediging. Ze losten ook details op: dat CasE in het Cascade-complex cruciaal is, bijvoorbeeld. En dat de bacteriële afweer waarschijnlijk geen vorm van RNA-interferentie is, het veelbesproken mechanisme waarmee vooral planten virussen onderdrukken. CRISPR valt geen RNA, maar DNA aan.

code

En ze bewezen dat een lab zélf bacteriën resistent kan maken tegen fagen. Ze rustten hun E. coli uit met vier genfragmenten van faag-lambda, de bekendste faag uit de microbiologie. Dat is de laatste jaren gemakkelijk geworden. Schrijf een genetische code op, en bedrijven leveren stukken bacterie-

De gemanipuleerde bacterie was nauwelijks meer door faag-lambda kapot te krijgen. Handig voor industrieën die met bacteriën werken en nu met faag-uitbraken kampen? Je kunt denken aan enzymproducenten, zegt Brouns. “Of van geur- en smaakstoffen. Die worden soms ook door bacteriën gemaakt. Maar voor voedingsmiddelen zoals yoghurt kun je het niet gebruiken, want daar mogen geen genetisch gemodificeerde organismen in zitten.”

    • Hester van Santen