Je leest:

Zoutbacterie onthult geheimen

Zoutbacterie onthult geheimen

Auteur: | 16 september 2004

Een oerbacterie uit de Dode zee is momenteel het studieobject van Amerikaanse wetenschappers. De bacterie, Halobacterium genaamd, heeft allerlei trucs om DNA schade te repareren.

Je kunt een hoop leren van een bacterie. Een oerbacterie uit de Dode zee is momenteel het studieobject van Amerikaanse wetenschappers. De Bacterie, Halobacterium genaamd, heeft allerlei trucs om DNA schade te repareren. Wie weet dat de trucs ook wel ingezet kunnen worden om mensen te beschermen tegen DNA schade. Vooral astronauten kampen met gevaarlijke ruimtestraling die hun DNA beschadigt.

De onderzoekers die betaald worden door de ruimtevaartorganisatie NASA hopen veel van de bacterie te kunnen leren. Zo hopen ze uit te vinden hoe mensen zich kunnen beschermen tegen gevaarlijke ruimtestraling. Astronauten dragen een speciaal pak om zich te beschermen tegen de gevaarlijke UV-straling die van de zon afkomt. De ruimtestraling beschadigt namelijk het DNA in de cellen waardoor kanker kan ontstaan.

Hier zie je een aantal Halobacterium cellen onder een electronenmicroscoop. foto: Amy Shober

Halobacterium is een meester in het repareren van beschadigd DNA. Welke trucs de bacterie gebruikt om het DNA te repareren zijn de onderzoekers nu aan het uitvinden. “We hebben de bacterie flink onder druk gezet door hem te bombarderen met UV-straling. Maar wat bleek, de bacteriën zijn in staat om in een paar uur tijd de kapotgeschoten genen te repareren zodat ze weer vrolijk verder kunnen delen”, aldus Adriana Kish van de Universiteit van Maryland. De bacterie is nog meer gepest door de onderzoekers. Naast dat Halobacterium een voor gewone bacteriën dodelijke dosis UV-straling overleefde, trotseerde deze ook extreme droogte en zelfs ruimtevacuüm.

De onderzoekers zagen dat 80 procent van de Halobacteriumkolonies het overleefde als deze blootgesteld werd aan UV-C licht met een golflengte van 254 nanometer. Dat is de meeste dodelijke straling en de gewone darmbacterie E. coli zou hier resoluut aan onder doorgaan. In een ander experiment stopten de onderzoekers van het Goddard Space Flight Center de bacterie in een kunstmatig ruimtevacuüm van minder dan 1 miljoenste atmosfeer druk (1 millitorr). Ook dat is voor een bacterie geen pretje want zo’n enorme onderdruk ontrekt al het vocht uit de bacterie.

Hoe is de bacterie in staat om te overleven in deze barre omstandigheden? Om dat te begrijpen moeten we even teruggaan naar de extreme omstandigheden in de Dode Zee. Want het meeste leven uit de gewone zee zou het niet lang volhouden in de Dode Zee die 5 tot 10 keer zo zout is als de meeste zeeën. De extreme zoutconcentratie ontrekt namelijk vocht aan de cellen. Niet alleen de cel is afhankelijk van water ook het DNA kan alleen maar goed functioneren als het in een waterig milieu zit. De dubbele helix heeft watermoleculen om zich heen nodig om zijn specifieke vorm te behouden. In extreem zout water verdrijven de zoutmoleculen de watermoleculen. Hierdoor loopt het DNA schade op en kan het zelfs in stukken breken waardoor de cel niet slecht gaat functioneren en zelfs dood kan gaan.

De dode zee ligt in het midden van Israël tegen de grens met Jordanië. In de dode zee leven alleen een paar micro-organismen omdat het zo verschrikkelijk zout is. Rechts, kun je de zoutkristallen zien die langs de kustlijn ontstaan. klik op de afbeelding voor een grotere versie

Halobacterium is goed aangepast aan de zoute omstandigheden en kan zich daarom ook wapenen tegen straling en zelfs extreme onderdruk. Leider van de onderzoeksgroep Jocelyne DiRuggiero legt uit: “De hoge zoutconcentratie veroorzaakt net als de UV-straling op gelijksoortige wijze breuken in het DNA. Blijkbaar werkt het DNA-reparatiesysteem niet alleen voor schade vanwege het zout maar ook voor schade door UV-straling.” Maar hoe zit het dan met vacuüm? DiRuggiero:“in vacuüm werkt het zout juist als een bescherming. De zoutkristallen zijn net een klein huisje die de bacterie beschermt tegen de extreme droogte die buiten heerst.” In het vacuüm verdampt al het water en blijven er zoutkristallen over met binnenin de bacteriën en een klein beetje water. Dat kleine beetje water is net genoeg voor de bacterie om in leven te blijven. Binnenin de zoutkristal gaat de bacterie in een soort winterslaap wachtend op nattere tijden. Op die manier kunnen ze heel lang in leven blijven. Zodra de slapende bacteriën weer in water opgelost worden blijken ze springlevend. Ze gaan als een gek aan de gang om de door droogte opgelopen DNA-schade te repareren zodat ze zich weer kunnen vermenigvuldigen.

Leven op Mars?

Sommige wetenschappers beweren levende Halobacteriumcellen te hebben gevonden die in zoutkristallen van wel 250 miljoen jaar oud. Die bewering is nogal speculatief maar mocht het waar zijn, dan is het koren op de molen voor de jacht naar leven op Mars. Want de ruimterobots Spirit and Opportunity lieten afgelopen maart zien dat sommige delen van Mars zoutwater bevatte. Die zoutwaterpoelen zijn in de loop der tijd langzaam verdampt. Dus is het in theorie mogelijk mocht er leven geëvolueerd zijn op Mars, dat nu opgesloten zit in Martiaanse zoutkristallen.

Links zie je een close-up van een DNA-chip waaraan te zien is welke van de duizenden genen nu actief zijn. In dit voorbeeld staan de rode puntjes voor genen die ‘aan’ staan. Rechts een weergave van een reparatie-enzym dat bezig is de dubbele helix te herstellen.

Met behulp van de DNA microarray techniek – ook wel DNA-chip genoemd – hebben de onderzoekers bekeken welke genen de bacterie gebruikt om het DNA te repareren. Zodra de bacterie aan de slag moet om het DNA te repareren leest de bacterie allerlei genen af om repareer enzymen te maken. Met de micro-array kan de genactiviteit van wel duizend genen tegelijk worden gemeten. De bacterie heeft een genoom van ongeveer 2400 genen coderend voor verschillende reparatie-enzymen. Zo ontdekten de onderzoekers dat Halobacterium enzymen gebruikt die in planten en dieren en ook in andere bacteriën teruggevonden worden. Het lijkt er op of de zoutliefhebber gebruik maakt van alle trucs die er in de natuur te vinden zijn. Sterker nog, wetenschappers vonden ook enzymen die ze nog nooit zijn tegengekomen. En dat is leuk legt DiRugierro uit:" tenslotte kon de Biotech-industrie zich pas ontwikkelen na de ontdekking van één enkel enzym (Taq polymerase). Ontdekt in het warmteminnende neefje van Halobacterium genaamd Thermus aquaticus. Zonder deze ontdekking was er geen Human Genome Project. Helemaal zo gek nog niet van de NASA dat ze onderzoek doen naar zo’n eenvoudige bacterie.

Meer over:

Dit artikel is een publicatie van NASA.
© NASA, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 16 september 2004

NEMO Kennislink Agenda

NEMO Kennislink vertoont op deze plaats normaal gesproken wetenschappelijke activiteiten uit heel Nederland. Door de maatregelen tegen het nieuwe coronavirus zal daarvan een groot gedeelte worden afgelast. Omdat we geen achterhaalde informatie willen verspreiden, laten we voorlopig geen activiteiten zien.
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.