KU Leuven ontwikkelt 'controleerbare' bacterie, en dat is ook voor landbouw interessant

Bacteriën zijn niet alleen ziekmakers. Er bestaan ook ‘goede’ bacteriën. Die worden vandaag al op grote schaal ingezet in diverse sectoren. In de medische wetenschap zijn er bijvoorbeeld probiotica die je kan innemen om je darmgezondheid te herstellen. In de landbouw helpen ze gewassen beschermen tegen schimmels en insecten. Ze worden ook ingezet bij waterzuivering en het saneren van vervuilde gronden.

Het probleem: bacteriën groeien van nature exponentieel. Eén cel wordt twee, twee worden vier, enzovoort. In een ongecontroleerde omgeving, zoals op een akker, brengt dat een inherent risico met zich mee. “Je wil niet dat genetisch gemanipuleerde bacteriën zich zomaar ongebreideld kunnen voortplanten op een akker”, zegt onderzoeker Ronald Van Eyken aan Vilt. “Ze kunnen de lokale ecologie verstoren. Dat wil je absoluut vermijden, en dat kan door de bacterie trager en meer gecontroleerd te laten groeien, en de cellen zichzelf te laten verwijderen uit het ecosysteem zodra hun werk gedaan is.”

In de ‘proof of concept’-studie hebben de onderzoekers een techniek ontwikkeld om de groei van E. colibacteriën te herprogrammeren. Deze techniek wil men later ook toepassen op andere bacteriën. “De E. coli is het typische modelorganisme dat in labosettings wordt gebruikt, maar in principe kan de techniek ook geïmplementeerd worden in andere bacteriën. Al is dat nog nooit formeel getest.”

Van exponentieel naar één plus één

De techniek werkt als volgt: de wetenschappers bouwden een genetisch systeem waarbij een molecule die nodig is om bepaalde voedingsstoffen te benutten, uitsluitend wordt aangemaakt vanuit een speciaal ontworpen eiwitcomplex in de cel. Dat complex wordt telkens aan slechts één van de twee dochtercellen doorgegeven. Enkel deze cel is dan nog in staat om zich voort te planten, in plaats van allebei. “In plaats van een explosieve groei, vermeerdert je cel van één naar twee, drie, vier, enzovoort”, zegt Van Eyken.

Kortweg: geen exponentiële vermenigvuldiging maar een optelsom. Bovendien wordt het eiwitcomplex van de ‘voortplantende’ cel geleidelijk aan afgebroken. De gecontroleerde groei kent dus een ingebouwde einddatum.

“We schakelen bacteriën niet uit, maar veranderen hun groeilogica,” zegt onderzoeker Ronald Van Eyken. “In plaats van achteraf nog in te moeten grijpen, zoals de tot nu toe gebruikte methodes voornamelijk doen, kunnen wij vooraf bepalen hoeveel keer een bacterie zich kan delen. Dat maakt het systeem veel veiliger.”

Door de bacteriën ‘voorspelbaar’ te maken, worden ze inzetbaar in moeilijk controleerbare omgevingen zoals het menselijk lichaam of een akker. In de medische wetenschap kunnen ze bijvoorbeeld geprogrammeerd worden om een medicijn lokaal te produceren in de darm, of zelfs om specifiek bepaalde tumoren aan te vallen. In de veehouderij opent de techniek mogelijkheden om vaccins te ontwikkelen, op basis van bacteriën die een immuunrespons triggeren, om daarna weer vanzelf te verdwijnen.

Extra veiligheid

“Wanneer zulke micro-organismen in open veld of in dieren worden toegepast, is volledige controle onmogelijk. Onze techniek die de groei al vooraf begrenst, biedt dan een extra veiligheid”, zegt onderzoeker Ronald Van Eyken.

“Het mooie is dat alles hieraan op voorhand kan worden voorbereid”, zegt Van Eyken nog tot slot. “Het systeem werkt dus volautomatisch en gecontroleerd.”

“Door een van de meest fundamentele eigenschappen van bacterieel leven te herprogrammeren, kunnen we ze beter aan de leiband houden,” voegt coauteur professor Abram Aertsen nog toe, verbonden aan het Departement Microbiële en Moleculaire Systemen. “Onze techniek opent de weg naar nieuwe mogelijkheden en veilige toepassingsgebieden voor bacteriën.”

De ‘proof-of-concept’ studie werd gepubliceerd in Nature Communications. Op de technologie loopt momenteel een patentaanvraag.