Darmbacterie wordt taperecorder | De Ingenieur
Met speciale bacteriën kunnen onderzoekers opnames maken van virusinfecties. Daarmee zijn ziektes of besmettingen beter te volgen. Amerikaanse onderzoekers gebruikten het CRISPR-Cas-mechanisme om uit de darmbacterie E. coli een recorder te bouwen die elke aanvaller registreert.
Biotechnici van het Columbia University Medical Center maakten slim gebruik van CRISPR-Cas, een mechanisme in veel bacteriën. Als een virus een bacterie aanvalt, kopieert CRISPR-Cas een deel van het DNA van het virus. Daardoor kan de bacterie de aanvaller een volgende keer herkennen en zich beter tegen dat virus verdedigen. Op deze manier ontstaat in het DNA van de bacterie een soort geheugen, waarin chronologisch is vastgelegd door welke virussen hij allemaal ooit is aangevallen.
Dat mechanisme bleek het afgelopen jaar breed toepasbaar; CRISPR-Cas is een ultiem middel voor genetische manipulatie (lees: 'Techniek voor genbewerking breekt door'). Het is niet alleen geschikt om het DNA van virussen door te knippen, maar ook (onder andere) menselijk DNA. Daardoor zijn bijvoorbeeld de erfelijke ziektes (mogelijk) te verhelpen die veroorzaakt worden door een foutje in maar één gen (lees: 'Genbewerkte T-cellen genezen baby's van leukemie').
Herinnering aan virus
Maar die genmanipulatie was voor Columbia University minder interessant. De onderzoekers wilden in plaats daarvan gebruik maken van de 'herinnering' die CRISPR-Cas in de bacterie aanmaakt als er een virus langskomt. Door het DNA van een microbe uit te pluizen krijg je namelijk een perfect beeld van de aanvaller op het organisme.
Om deze 'opnamefunctie' van een bacterie uit te buiten, voegden de onderzoekers zogenoemde plasmiden toe, stukjes niet-chromosomaal DNA. Deze plasmiden kunnen zichzelf reproduceren in de bacterie, maar doen dat alleen na een bepaalde 'trigger'. In dit geval was er één plasmide die periodiek zichzelf kopieert en telkens hetzelfde DNA heeft. Een andere plasmide kopieert zichzelf alleen als er een virus of andere verstoring van buitenaf komt.
Het samenspel van die plasmiden levert een DNA-reeks in het genoom van de bacterie op die uit te lezen is. Een soort morse-code van 'niks aan de hand' en 'aanval van een virus'. Doordat één plasmide een neutraal signaal produceert, is er bovendien een tijdlijn, om ook te kunnen zien wanneer een aanval plaatshad.
Het mechanisme bleek drie verschillende aanvallen tegelijk te kunnen registreren en hield het een paar dagen vol voordat de microbe het opgaf. Dat kan genoeg zijn om een ziekteverloop te registreren of vervuiling van water te onderzoeken. Je slikt de aangepaste E. Coli-bacteriën in en een paar dagen later oogst de arts de bacterie en leest het DNA uit.
Het is niet de eerste keer dat data wordt opgeslagen in DNA. Eerder haalden wetenschappers al een record aan dataopslag via DNA (lees: 'Record voor dataopslag in DNA'). Deze recorder is bijzonder omdat hij ook het verstrijken van tijd registreert. De onderzoekers willen nu kijken of ze naast virussen ook andere verstoringen kunnen registreren met hun recorder, zodat het toepassingsgebied breder wordt.