Bacterie gemaakt die pesticide herkent, afbreekt en rond zwemt

Een bacterie die drie kunstjes kan. Dat is de pesticidevretende Escherichia coli die onderzoekers van Emory University hebben gemaakt (Nature Chemical Biology, 9 mei).

De bacterie reageert op het bestrijdingsmiddel atrazine. Komt hij met dat pesticide in contact, dan herkent hij de stof, begint te zwemmen en breekt atrazine af. De drie ‘kunstjes’ zijn volledig ontworpen door genetici. In de toekomst kan zo’n bacterie vervuilde bodems saneren. Maar vooral is de verregaande genetische manipulatie van de bacterie bijzonder, en waarschijnlijk ook toepasbaar om een E. coli andere functies te ‘leren’.

Synthetisch-genetische constructies voor de darmbacterie E. coli zijn de specialiteit van geneticus Justin Gallivan van Emory (Atlanta, VS). Het is op zich niet moeilijk om een bacterie te maken die atrazine afbreekt. Er bestaan bodembacteriën die het middel van nature onschadelijk maken. Het gen ervoor kan verplaatst worden naar andere bacteriën, zoals E. coli. Maar lastiger is het om een bacterie complex gedrag te laten vertonen als reactie op atrazine (of welke andere substantie dan ook). De bacterie moet atrazine herkennen en vervolgens andere genen activeren die de gewenste reactie mogelijk maken.

Hoe vind je een stof die atrazine bindt, en dan als een schakelaar werkt voor een groepje genen? Een krachtige manier om dat te doen, wordt snel goedkoper. Gallivan maakte met een machine een astronomische hoeveelheid verschillende korte stukjes DNA: 100 tot 1.000 biljoen (1014 tot 1015), elk met een andere willekeurige code. Het idee was dat er één ervan wel zou coderen voor de schakelaar.

Na een eerste selectie voorzag hij een serie van 600.000 manke E. coli-bacteriën (hun zweepstaarten waren stuk) van die stukjes DNA, plus een aanvullende genetische machinerie. Achter het synthetisch DNA kwam een gen dat de zweepstaart van de bacterie weer herstelt, en een gen voor atrazine-afbraak uit Pseudomonas. Let wel: wie dit soort trucs wil uithalen, moet die genfuncties dus wel eerst kennen.

Gallivans analisten testten al die bacteriën in het lab, tot ze zes bacteriën vonden met de juiste schakelaar. Normaal gesproken liggen die manke E. coli’s stil, maar in een petrischaal vol atrazine bewegen ze en breken ze het pesticide af.

In principe zijn op deze manier genenschakelaars te maken die op allerlei stoffen reageren. Een voordeel is dat Gallivans schakelaars geen eiwitten zijn, maar kleine gevouwen stukjes RNA: riboswitches (‘ribo-schakelaars’). Zulke riboswitches komen ook van nature voor. Het is eenvoudiger en goedkoper om een klein synthetisch RNA te maken dan een (veel groter) synthetisch eiwit. Gallivans synthetische riboswitch is de eerste die zonder natuurlijk voorbeeld gebouwd is.

In een vervuilde bodem zal deze E. coli weinig uithalen. Hij werkt bij abnormaal hoge concentraties atrazine. En dat de bacteriën willekeurig bewegen, is ook niet nuttig. De coli’s zouden het bestrijdingsmiddel ook moeten opzoeken. Dat wordt moeilijk, zegt Gallivan. Hester van Santen