Gevaarlijke microben in lager veiligheidslevel lab? Met een nieuwe techniek zou het kunnen
Onderzoekers moeten in een gespecialiseerde omgeving werken zodra ze aan de slag gaan met gevaarlijke bacteriën en virussen. Alleen in laboratoria met een hoog bio-veiligheidsniveau mogen ze deze microben bestuderen. Helaas zijn dure microscopen nodig om de microben goed te bekijken, maar is dat soms onmogelijk omdat die niet in de labs staan. Nieuw onderzoek laat zien dat daar wellicht verandering in gaat komen.
‘Met ons onderzoek kijken we met een hele grote microscoop naar hele kleine dingen. Op die manier kunnen we heel nauwkeurig kijken hoe microben werken,’ vertelt Jamie Depelteau, een net-afgestudeerde promovendus van de Briegel-onderzoeksgroep en de eerste auteur van het artikel gepubliceerd in Communications Biology. ‘We bestuderen de microben, die bestaan uit eiwitten, om te kijken hoe ze reageren op hun omgeving.’
Voor dit soort onderzoek gebruiken onderzoekers vaak zogenaamde chemische fixatie. Dit deactiveert of doodt de microben, waardoor gevaarlijke varianten veilig worden om mee te werken. Toch zit er een groot nadeel aan het gebruik, want de chemische middelen veranderen de structuur van de bacterie of virus. Een ongewenste bijwerking wanneer je naar de oppervlakte van microben kijkt.
UV als oplossing
Na lang brainstormen in het Briegel-lab en medewerkers van het Jensen Lab van Caltech, vonden ze een mogelijke oplossing: UVC bestraling. Depelteau: ‘We maakten een simpele lichtbox, waarmee we de microben met ultraviolet C licht behandelden, oftewel UVC. Het DNA van virussen en bacteriën is heel gevoelig voor UVC, waardoor ze binnen seconden of minuten worden geïnactiveerd.’ De vraag bleef echter of de UVC-behandeling ook de eiwitten van microben veranderde?
Glasachtig ijs voor perfect zicht
Om het effect van de UVC bestraling te testen, maakte Depelteau et al. gebruik van cryo-electromicroscopie. ‘Met cryo-EM omgeven we onze samples met water en koelen we ze heel snel af tot -184 graden Celsius. Door die snelheid kristalliseert het water niet. Het verandert juist in een soort glas, waardoor we perfect de microben kunnen zien en ook heel ver kunnen inzoomen.’ Na het bevriezen van de microben bij het Instituut Biologie Leiden (IBL), werden de afbeelding gemaakt met eersteklas microscopen bij het Netherlands Centre for Electron Nanoscopy (NeCEN) bij Leiden Universiteit.
Van micrometers tot sub-nanometers
Als eerste analyseerde Depelteau UVC-behandelde bacteriën. ‘We kijken naar de cel als geheel en zagen geen beschadigingen. Dus zoomden we in op de bacteriële neus, oftewel chemotaxis array, die bacteriën gebruiken om hun omgeving waar te nemen en op basis daarvan bijvoorbeeld naar voedzamere plekken te verplaatsen. Ook in dit geval was ons beeld nog steeds duidelijk. En nog belangrijker: het zag er hetzelfde uit als bacteriën die niet met UVC behandeld waren. UVC bestraling veranderde dus niet het uiterlijk van de bacteriële neus,’ verkondigt Depelteau opgetogen.
Met cryo-EM is het zelfs mogelijk om op nog kleinere dingen in te zoomen. Daarom keek Briegels groep vervolgens naar een virus. ‘Dat werkte ook erg goed!’ En zelfs wanneer ze alleen naar de mantel van het virus keken, kon Depelteau nauwkeurig een enkel eiwit onderscheiden. ‘Zo hebben we bewezen dat alles goed te zien blijft, op een schaal van micrometers bij bacteriën tot sub-nanometers bij het eiwit.’
Nieuw gereedschap voor onderzoekers van gevaarlijke microben
Op deze manier eiwitten op een veilige en accurate manier kunnen bestuderen, zou een groot verschil kunnen maken volgens Depelteau. ‘Alle wezens zijn in de basis opgebouwd uit eiwitten. Het is dus belangrijk om te weten hoe ze eruit zien en hoe ze reageren in bepaalde milieus. Zeker wanneer we praten over ziekteverwekkende virussen en bacteriën. Als onderzoekers deze techniek zouden gebruiken voor zulke pathogenen, zou het veilig kunnen in minder beveiligde labs. UVC bestraling zou wel eens een belangrijk stukje gereedschap kunnen worden in de eiwit-bestuderende onderzoekswereld.
Lees het hele artikel in Communications Biology
Depelteau, J.S., Renault, L., Althof, N. et al. UVC inactivation of pathogenic samples suitable for cryo-EM analysis. Commun Biol 5, 29 (2022). https://doi.org/10.1038/s42003-021-02962-w