Deze recorder kun je gewoon doorslikken. En ja, dat is handig!

Wetenschappers hebben de bacterie Escherichia coli – een microbe die van nature in onze darmen aanwezig is – zo aangepast dat deze niet alleen zijn interacties met de omgeving opneemt, maar ook ‘noteert’ wanneer ze hebben plaatsgevonden. De onderzoekers maakten daartoe handig gebruik van CRISPR-Cas: een trucje dat wij voornamelijk kennen van de opkomende gentherapieën – maar dat bacteriën al heel lang gebruiken (zie kader).

Wanneer een bacterie door een virus wordt aangevallen, integreert de bacterie het DNA van dit virus in een bijzondere DNA-sequentie die onderzoekers Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (kortweg CRISPR) noemen. Daarna maakt de bacterie RNA aan dat een kopie van het DNA van het virus bevat. Dat RNA wordt weer opgenomen door CRISPR-associated proteins (kortweg Cas genoemd). Deze eiwitten laten zich door het RNA (ook wel guide-RNA genoemd) naar het virus loodsen. Eenmaal bij het virus aangekomen, knipt Cas het DNA van het virus in stukjes. Het resultaat: het virus kan zich niet meer vermenigvuldigen. En als hetzelfde virus de bacterie – of diens nageslacht – nog eens benaderd, kan het CRISPR-Cas-systeem het virus direct herkennen en uitschakelen.

Biologisch geheugenapparaat
“Het CRISPR-Cas-systeem is een natuurlijk biologisch geheugenapparaat,” aldus onderzoeker Harris Wang. “Het is een systeem dat dankzij de evolutie al heel goed is in het opslaan van informatie.” En daar hebben Wang en collega’s nu handig gebruik van gemaakt.

Plasmiden
Ze pasten korte fragmenten van DNA – plasmiden genoemd – zo aan dat ze elk een eigen functie kregen en samen een recorder vormden die niet alleen gebeurtenissen, maar ook het tijdstip waarop die gebeurtenissen plaatsvonden, vastlegden. De eerste plasmide deed dienst als een tijdwaarnemer en voegde regelmatig kopieën van een zogenoemde spacer sequence toe op de plek waar de bacterie normaliter CRISPR integreert. Een tweede plasmide werd zo aangepast dat deze in reactie op een signaal van buitenaf een kopie van zichzelf maakte en toevoegde. Deze plasmide kun je zien als de recorder. En door te kijken naar de hoeveelheid spacer sequences tussen de signalen van deze plasmide kan bepaald worden wanneer de bacterie het signaal waar de tweede plasmide op is ingesteld, tegenkwam. Experimenten wijzen uit dat de recorder zeker drie signalen tegelijkertijd kan vastleggen en dagenlang signalen kan ‘opnemen’.

Onderzoekers zien grote mogelijkheden voor hun bijzondere recorder. “Dergelijke bacteriën kunnen – als ze door een patiënt worden doorgeslikt – veranderingen die ze dwars door het gehele maag-darmstelsel ervaren, vastleggen en ons een uniek beeld geven van fenomenen waar we eerder niet bij konden komen,” aldus Wang. De onderzoekers willen nu dan ook op zoek gaan naar ‘markers’ in bijvoorbeeld de darmen die onder invloed van ziekte veranderen en door deze microben kunnen worden gesignaleerd. Daarnaast kan de piepkleine recorder wellicht ook worden ingezet om veranderingen in het milieu te monitoren.