Bacteriën in de vorm van vierkantjes, driehoekjes, cirkels of zelfs letters. Waarom ook niet. Onderzoekers van de TU Delft ontwierpen bacteriën in elke wenselijke vorm, en ontdekten zo hoe bacteriën weten waar ze zichzelf moeten delen – interessant genoeg volgens een model van Alan Turing.
De bacterie E. coli komt van nature voor in onze darmen en heeft de vorm van een staafje van drie micrometer lang. Onderzoekers van het Kavli Institute of Nanoscience aan de TU Delft ontwierpen E. coli-bacteriën in een verscheidenheid aan geometrische vormen en zelfs letters. Zo lieten ze bacteriën de woorden TUDELFT en TURING spellen.
‘Ik probeer robots te ontwikkelen die ook echt een nieuwe stap maken’
Hoe werkt vliegen? Dat lijkt een simpele vraag, maar voor luchtvaarttechnicus en bioloog David Lentink is het een levenslange zoektocht.
Maar de experimenten dienden ook een doel. De onderzoekers ontdekten dat bacteriën ongeacht hun vorm weten waar ze zichzelf moeten delen. Daarvoor gebruiken de bacteriën eiwitten die de celvorm aftasten, zodat ze weten waar hun middelpunt ligt en dus waar ze zich moeten splitsen. Interessant genoeg gebeurt dat volgens een principe dat de wiskundige Alan Turing in 1953 al ontdekte.
‘Biologisch leven zou niet mogelijk zijn als cellen zich niet op de juiste manier zouden kunnen splitsen. Cellen moeten hun celvolume en genetisch materiaal over hun dochtercellen verdelen om zich effectief te kunnen vermenigvuldigen’, zegt Cees Dekker, hoogleraar moleculaire biofysica aan de TU Delft. ‘Het is fascinerend dat een eencellig organisme precies weet waar hij zichzelf moet delen. We weten dat de verdeling van bepaalde eiwitten binnen de cel daarvoor de sleutel is, maar de grote vraag was hoe die eiwitten zich zo weten te verdelen.’
Alan Turing
Alan Turing is vooral bekend van de turingtest om robots op menselijke intelligentie te testen, en de ontcijfering van de codeermachine Enigma in de Tweede Wereldoorlog. Maar minstens zo belangrijk was zijn bijdrage aan de biologie. Turing ontwikkelde ook het reactie-diffusiemechanisme, een model voor de interacties tussen moleculen dat voorspelt hoe patronen in ruimte en tijd ontstaan – in geval van E. coli voorspelt het de verdeling van eiwitten in de cel.
Bacteriën planten zich voort door zichzelf te delen. Daarbij spelen twee eiwitten een rol: MinD en MinE. Deze eiwitten bewegen zich in de bacteriecel heen en weer tussen de wanden van de bacterie, waarbij ze zich beurtelings verbinden en weer losmaken van de wand. Op die manier tast de bacterie de ruimte die hij inneemt af en bepaalt hij zijn middelpunt.
Vierkantjes, driehoekjes en rechthoekjes
‘Het netto resultaat van de bewegingen is een lage concentratie van eiwitten in het midden en hoge concentraties aan de uiteinden. Dat zorgt ervoor dat de celdeling precies in het midden optreedt’, zegt biofysicus Fabai WU van de TU Delft, die de experimenten uitvoerde. ‘Dit werkte bij alle vormen waarin we de bacteriën ontwierpen, zoals vierkantjes, driehoekjes en rechthoekjes van verschillend formaat. Ter illustratie maakten we zelfs de letters TUDELFT en TURING.’
In onderstaand filmpje is te zien dat bacteriën het woord TUDELFT spellen. De rode kleur geeft de inhoud van de cellen weer, en de groene kleur de Min-eiwitten.
Antibiotica
De experimenten helpen om het celdelingsproces van bacteriën beter te begrijpen, zodat bacteriën bijvoorbeeld geprogrammeerd kunnen worden om antibiotica te produceren. ‘Het ultieme doel is om kunstmatig een levende cel te bouwen die geheel uit onderdelen bestaat, want dat is de enige manier is om echt wezenlijk te begrijpen hoe leven werkt’, aldus Dekker.
Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.
Lees ook: