Massa's op microschaal: DNA van duizenden bacteriën ontrafeld /1 reactie

Massa
  • door: Hidde Boersma
    over: biologie, genetica
    op: 7 november 2008
  • Metagenomica haalt DNA rechtstreeks uit de natuur zonder tussenkomst van een laboratorium

  • Dit levert een ongekende hoeveelheid informatie op van duizenden bacteriën tegelijk

Een handjevol aarde bevat al snel meer medicijnen dan een goed gevulde apotheek. Tot voor kort konden we hier helaas geen gebruik van maken: het leeuwendeel van de bacteriën en schimmels die medicijnen produceren, hield zich verborgen voor ons. Met een nieuw ontwikkelde techniek, de metagenomica, lijkt daar verandering in te komen. We kunnen eindelijk een kijkje nemen in de voor ons zo lang verborgen gebleven schatten.

Oorlog

Een gram grond bevat ongeveer achtduizend verschillende soorten bacteriën. Achtduizend soorten die allemaal ruzie maken om het kleine beetje voedsel dat beschikbaar is. Onder je voeten vindt dan ook een ware biologische oorlogvoering plaats tussen organismen die elkaar bestoken met allerhande stoffen. Stoffen die de buurman omleggen om zo genoeg ruimte te creëren om te overleven of stoffen die net dat voordeel geven om die ene voedselbron sneller te kunnen benutten dan de concurrent. Stoffen die wij weer goed kunnen gebruiken als medicijn tegen bacteriële infecties, of om verontreinigde bodems schoon te maken.

Helaas laten maar tachtig van die achtduizend bacteriën zich kweken in het laboratorium. Van de rest weten we niet wat voor voedsel we ze moeten geven of wat voor omstandigheden ze nodig hebben om te groeien. Die tachtig waarbij het ons wel lukt, de zogenaamde cultiveerbare bacteriën, hebben ons erg veel geleerd over hoe het er aan toe gaat op het allerkleinste niveau. Ze hebben ons bovendien vele antibiotica geschonken die miljoenen levens hebben gered. Er lijkt echter een eind te komen aan wat we uit de cultiveerbaren kunnen halen, en dat komt slecht uit: resistenties tegen de laatst ontwikkelde antibiotica steken overal de kop op. Het wordt dus tijd om de overige 99 procent van de micro-organismen te leren kennen.

Metagenomica

Om de totale genetische informatie van een bacterie te ontleden moest tot voor kort het organisme eerst worden gekweekt in het laboratorium. Daar werd dan het DNA eruit gehaald om vervolgens afgelezen te worden. Dankzij een nieuwe genetische techniek, de metagenomica, is dit niet langer nodig. Het DNA wordt rechtstreeks uit de natuur gehaald zonder tussenkomst van een groeistap. Je krijgt zo een wirwar van informatie van duizenden bacteriën tegelijk, het zogenaamde metagenoom. Deze stukjes DNA bevatten genen met een schat aan informatie die kunnen leiden tot allerlei nieuwe toepassingen, zo hopen wetenschappers.

Route van de Sorcerer II-expeditie (copyright: Venter Institute)Een van eerste onderzoekers die zich gestort heeft op zo’n metagenomische analyse is de beroemde bioloog Craig Venter. Hij is vooral bekend geworden door als eerste het menselijk genoom te ontrafelen. Nu treden hij en zijn onderzoekers in de voetsporen van Charles Darwin door met de Sorcerer II, de moderne variant van Darwin’s Beagle, de zeeën af te struinen op zoek naar het onbekende leven. De onderzoekers begonnen met de analyse van zeewater uit de Sargossazee. Water bevat een stuk minder micro-organismen dan aarde en voor een eerste poging met een nieuwe techniek zou dat meer dan genoeg informatie moeten opleveren.

Filterapparaat aan boord van de Sorcerer II (copyright: Venter institute)De onderzochte liters uit de Sargossazee bleken enorm rijk aan microbieel leven te zijn: er werden in totaal 1,2 miljoen nog nooit ontdekte genen gevonden. Na lang puzzelen bleek dat van maar drie bacteriën de hele genetische informatie aan elkaar kon worden geplakt. De rest van het DNA lijkt te bestaan uit kleine delen van allerlei verschillende bacteriën. De verkregen informatie is dus nog lang niet compleet; nog steeds blijft een groot gedeelte van de genetische informatie verborgen.