Celwandloze bacteriën slurpen DNA uit omgeving op
Een bacterie die zich verschuilt voor het immuunsysteem en stukjes DNA uit zijn omgeving oppikt. Het resultaat: nieuwe eigenschappen krijgen, zoals beter beschermd zijn tegen antibiotica. Gelukkig hebben we zo’n doemscenario nog niet eerder gevonden. Wel vond promovendus Renée Kapteijn de eerste aanwijzingen, die ze vandaag publiceert in Nature Communications.
De bacteriën die Kapteijn onderzoekt, streptomyceten, kunnen tijdelijk zonder celwand leven. ‘Die stevige wand beschermt voor gevaren van buitenaf, maar nu blijft alleen het dunne celmembraan over. Dat heet de L-vorm,’ legt ze uit. ‘De afwezigheid van de celwand geeft bacteriën mogelijkheden, zoals schuilen voor virussen die het op hen gemunt hebben.’
De veiligheidskant van nieuwe biotechnologische uitvindingen
Kapteijn maakt deel uit van de labs van Gilles van Wezel en Dennis Claessen (Instituut Biologie Leiden). ‘Ik begon in 2018 als promovendus op het TargetBio-project. Dat kijkt naar de veiligheidskant van allerlei nieuwe biotechnologische uitvindingen. Een mogelijk voorbeeld daarvan is DNA dat onbedoeld in het milieu terecht komt. In mijn artikel laat ik nu zien dat bacteriën zonder celwand daarmee aan de haal kunnen gaan.’
Inwendige bubbel om het DNA te vangen
Kapteijn ontdekte dat de L-vorm-bacteriën in staat zijn om spontaan DNA op te nemen. De L-vormen gebruiken daarvoor een manier die voor bacteriën tot nu toe onbekend was: endocytose. Daarin buigt het celmembraan zich steeds verder naar binnen, als een soort inwendige bubbel. Zodra de membraan de vloeistof helemaal omringt, gaat het als een blaasje de cel in. ‘We zagen dat roze fluorescent gelabeld DNA op deze manier ‘gevangen’ werd in zo’n blaasje.’
‘We wisten al dit dat mogelijk is bij meercellige organismen, zoals planten- en dierencellen. Maar nu laten we dat voor het eerst zien in bacteriën. Heel gaaf om onder de microscoop te bekijken,’ vertelt Kapteijn enthousiast.
Testen met grote nano-deeltjes
Het gaf ook de mogelijkheid voor verdere testen. Bijvoorbeeld door te kijken hoe groot de deeltjes konden zijn die de L-vormen opnemen. Daarvoor werkte ze samen met de groep van Alexander Kros van het Chemisch Instituut van Leiden (LIC), die nano-deeltjes van 150 nano-meter maakte. Ook die werden opgenomen door de L-vormen, wat aangeeft dat opname niet specifiek is voor DNA. Ze lijken alles op te nemen wat in de vloeistof rond de cel aanwezig is. ‘Wel zagen we dat het de bacterie energie kost, dus het blijkt niet een eindeloze methode om omgevingsstoffen op te nemen,’ meent Kapteijn.
Symbiose tussen biologie en scheikunde
Kapteijn vond de periode tot de publicatie toch ook wel spannend. ‘Ik heb het grootste deel van vier jaar promoveren hiernaartoe gewerkt. Een goede publicatie schrijven is ook uitdagend. Maar ik ben trots dat we dit mooie onderzoek samen voor elkaar hebben gekregen. En dat we ook van zoveel kanten naar het project hebben gekeken.’ Ook Alexander Kros is het daarmee eens. ‘Dit gezamenlijke project is een uitstekend voorbeeld van een symbiose tussen biologie en de scheikunde. Dat komt nu samen in dit mooie artikel. Het geeft ook zeker mogelijkheden om in de toekomst nog meer uitdagende problemen aan te pakken, en het beste van twee werelden te combineren.’
Lees de publicatie
Kapteijn, R., Shitut, S., Aschmann, D. et al. Endocytosis-like DNA uptake by cell wall-deficient bacteria. Nat Commun 13, 5524 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-33054-w