Geheugen bacterieel immuunsysteem beter dan verwacht

16 april 2014

De herinnering van bacteriën aan vijandelijke virussen is sterker dan gedacht. Ook wanneer binnendringers hun DNA-volgorde wijzigen, kan het immuunsysteem van bacteriën deze herkennen en vervolgens vernietigen. Dat concludeert NWO Vidi-onderzoeker Stan Brouns in het tijdschrift PNAS.

Een monster met fagen is op een bacterie groeiend in agar gepipetteerd. De heldere plekken, genaamd 'plaques', ontstaan als een enkel faagdeeltje zich vermenigvuldigt en alle omringende bacteriën doodt. Bij de nummer 3 zijn meer dan 100 plaques te zien, wat duidt op eenzelfde aantal fagen in het monster dat in staat is om deze bepaalde bacterie te infecteren.Een monster met fagen is op een bacterie groeiend in agar gepipetteerd. De heldere plekken, genaamd 'plaques', ontstaan als een enkel faagdeeltje zich vermenigvuldigt en alle omringende bacteriën doodt. Bij de nummer 3 zijn meer dan 100 plaques te zien, wat duidt op eenzelfde aantal fagen in het monster dat in staat is om deze bepaalde bacterie te infecteren.

Bacteriën worden continu aangevallen en gedood door binnenvallende virussen. Om deze wapenwedloop te overleven hebben bacteriën een immuunsysteem ontwikkeld, genaamd CRISPR-Cas (clustered regularly interspaced short palindromic repeats–CRISPR associated). Er bestaan weliswaar nog andere, minder ontwikkelde afweermechanismen, maar het immuunsysteem CRISPR-Cas heeft een 'geheugen', waardoor de bacteriën beschermd zijn tegen virusinfecties.

Bacteriën voegen stukjes DNA van binnendringende fagen (kleine virussen die alleen bacteriën infecteren) of plasmiden (DNA dat informatie uitwisselt tussen eencellige organismen) toe aan het herinneringssysteem van CRISPR-Cas. Het DNA van fagen wordt daarop afgebroken en de binnendringer is onschadelijk gemaakt. Maar fagen weten die herkenning door het CRISPR-Cas systeem weer te omzeilen door hun DNA-volgorde te veranderen. Hierdoor heeft het immuunsysteem van de bacterie moeite om het virus DNA te identificeren. 

Voorkennis

 

De Wageningse microbioloog dr. Stan Brouns heeft ontdekt dat het immuunsysteem van de bacterie meer robuust is dan gedacht: het kan virussen herkennen door gebruik te maken van vaag geworden herinneringen. Op de een of andere manier neemt het immuunsysteem opnieuw stukjes van het nu gewijzigde DNA op en vernietigt de binnendringer. De bacterie herhaalt in zekere zin hetzelfde trucje maar doet dat nu met voorkennis. Omdat een vage herinnering al in het geheugen is opgeslagen verloopt het proces nu efficiënter en sneller. Het CRISPR-Cas systeem blijkt daardoor in staat om niet alleen recente bedreigingen te weerstaan, maar kan ook resistentie bieden tegen oude binnendringende virussen en aan nieuwe virussen gerelateerde binnendringers.

 

Yoghurt

Het CRISPR-Cas systeem blijkt een beter geheugen tegen binnendringers te hebben dan gedacht; het maakt bacteriën resistent tegen ziekmakers van buitenaf en geeft bacteriën zo een voordeel in de evolutionaire strijd met binnenvallende virussen. Met deze kennis kunnen bacteriën versneld resistent worden gemaakt tegen fagen die melkfermentaties (zoals in yoghurt en kaas) in gevaar brengen.

 

Dit onderzoek is onderdeel van het Vidi-project van Stan Brouns. Vidi is een persoonsgebonden financiering aan talentvolle, creatieve onderzoekers. Het financieringsinstrument maakt het mogelijk onderzoek naar eigen keuze te doen.

 

Over NWO

De Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) is met een budget van 625 miljoen euro per jaar een van de grootste wetenschapsfinanciers in Nederland. NWO stimuleert kwaliteit en vernieuwing in de wetenschap door het beste onderzoek te selecteren en te financieren. NWO beheert onderzoeksinstituten van (inter)nationaal belang, geeft mede richting aan het wetenschappelijk onderzoek in Nederland en brengt wetenschap en maatschappij bij elkaar. Onderzoeksvoorstellen worden beoordeeld en geselecteerd door vooraanstaande wetenschappers uit binnen- en buitenland. Dankzij financiering van NWO kunnen meer dan vijfduizend wetenschappers onderzoek doen.


Bron: NWO

Contact

Neem voor meer informatie contact op met de afdeling Communicatie, via +31 (0)70 344 07 29 of mail naar: