Bepaalde eiwitten houden op een bepaalde manier het geheugen van een bacterie op peil. Dit gegeven is belangrijk omdat een bacterie dankzij een goed geheugen zich kan weren tegen aanvallen van bacteriofagen, de natuurlijke vijand.
Wetenschappers van de TU Delft hebben ontdekt hoe eiwitten dat geheugen goed laten werken. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in Nature. Met behulp van de kennis kan onder meer worden achterhaald hoe een tumor zich bij mensen ontwikkelt.
Het bacteriële geheugen als systeem is interessant omdat het kan worden omgebouwd tot DNA-recorder. De eerste versies van zo’n recorder zijn al gebouwd. Maar die zijn volgens de TU Delft inefficiënt en werken niet in menselijke cellen. De nieuwe fundamentele kennis over bacteriële geheugenvorming door het Delftse onderzoek kan worden gebruikt voor het ontwikkelen van toekomstige DNA-recorders.
Modificeren DNA
Bij deze tak van onderzoek speelt zogeheten Crispr-Cas9 een rol voor gene editing. Het is een methode om DNA te modificeren met grote precisie. Er is nog veel onduidelijk over de werking van Crispr-systemen en de daarbij betrokken eiwitten. Dit komt omdat Crispr-Cas9 niet door de mens ontwikkeld is, maar een biologisch afweermechanisme van bacteriën tegen bacteriofagen, de virussen van bacteriën.
Deze bacteriofagen klampen zich in de natuur aan bacteriën vast om DNA in de cel te injecteren. Vervolgens is het afwachten wie er ‘wint’. Herkent een bacterie niet op tijd het vijandige DNA om het onschadelijk te maken, dan de bacteriofaag de cel om zich te kopiëren totdat uiteindelijk de bacterie uiteen spat. De nieuwe bacteriofagen gaan op zoek naar een nieuw slachtoffer.
Sommige Cas-eiwitten kunnen stukjes vijandig DNA opslaan. „Dit gebeurt op een plek die de ‘Crispr-array’ wordt genoemd,” vertelt groepsleider Chirlmin Joo van de TU Delft. Die plek functioneert als een soort logboek waarin informatie wordt opgeslagen welke vijand de bacterie heeft aangevallen. Als een bacterie een DNA-fragment van bacteriofaag heeft staan, kan die ‘de vijand’ bij een volgende aanval herkennen en onschadelijk maken.
Die bacteriofagen kunnen voortdurend veranderen om het immuunsysteem van een bacterie te omzeilen. Joo:„Het is voor een bacterie dus zaak dat hij zijn geheugen blijft verversen.”
Rol eiwitten bij bacterie
Dat kan met behulp van twee samenwerkende eiwitten: Cas1 en Cas2. De Delftse onderzoekers hebben ontdekt hoe ze dat doen en dat er meer nodig is dan die twee Cas-eiwitten. Er blijkt ook een enzym nodig: DNA-polymerase III.
Behalve de verworven kennis dat die DNA-polymerase een sleutelrol speelt bij de geheugenvorming in bacteriën, weten de onderzoekers ook waar vijandig DNA aan moet voldoen zodat de Cas-eiwitten weten hoe ermee om te gaan. En hoe de eiwitten het DNA bewerken en inbouwen in het geheugen.
De fundamentele kennis over geheugenvorming in bacteriën is een bouwsteen voor DNA-recording. “De afgelopen jaren hebben meerdere onderzoeksgroepen laten zien dat het mogelijk is om op basis van deze systemen een soort biologisch logboek te bouwen,” vertelt onderzoeksleider Sungchul Kim.
Over de link met het volgen van een tumor: dat logboek kan informatie over processen in de cel bevatten. Omdat Cas1 en Cas2 informatie in chronologische volgorde opslaan kan door na verloop wat cellen uit de tumor te halen worden bekeken hoe de tumor zich heeft ontwikkeld. Dat is weer handig voor artsen. Die kunnen deze diagnostische gegevens gebruiken bij een behandelplan op maat voor een patiënt.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
