Bacteriën zijn de nieuwe supertools | Bright Ideas

Bacteriën zijn de nieuwe supertools
door Arnoud Groot
leestijd: 7 min
Bacteriën associeer je vaak met ziekte en verderf. In de natuur vervullen deze
minuscule levensvormen echter een essentiële rol. Wetenschappers leren nu hoe ze
daar gebruik van kunnen maken om de brandstoffen en medicijnen van de toekomst te
produceren.
Bacteriën hebben geen fijne reputatie. Het woord roept direct vervelende associaties op met
het ziekenhuis, bedorven eten of een in een maandenlange lijdensweg veranderde
droomvakantie. Bacteriën, daar wil je liever niets mee te maken hebben. Natuurlijk is dat schier
onmogelijk. Al was het maar omdat voor elke cel in je lichaam ook tien bacteriën in te vinden
zijn. Dat weten we dankzij grootschalig onderzoek door het Amerikaanse National Institute of
Health (NIH). Het Human Microbiome Project, waar ruim 200 wetenschappers van bijna 80
verschillende universiteiten aan meewerkten, bracht de microkosmos van ons lichaam
nauwkeurig in kaart.
Wat blijkt: ons lichaam wordt door zo'n 10.000 verschillende soorten bacteriën bewoond. Dat
betekent dat een volwassene met een gezond lichaam van 90 kilo triljarden onzichtbare
levensvormen met zich meedraagt, die een gezamenlijk gewicht van bijna 3 kilo kunnen
bereiken. Belangrijke verzamelplek is ons spijsverteringsstelsel, waar bacteriën helpen om
eiwitten, vetten en koolhydraten om te zetten in bruikbare voedingsstoffen. Dat dit bij
verschillende mensen ook verschillende microbacteriële soorten zijn, is mogelijk een
belangrijke reden waarom sommige mensen sneller ziek of dik worden dan anderen.
Chemische fabriekjes
Koppel aan die wetenschap de kennis dat miljarden andere bacteriesoorten hun onzichtbare
invloed uitoefenen op de wereld buiten ons lichaam, en je begrijpt hoe waardevol deze levende
chemische fabriekjes kunnen zijn. Steeds meer wetenschappers onderzoeken daarom hoe ze
op constructieve manieren kunnen worden ingezet. Belangrijke aandachtspunten van deze
biotech-sector zijn mogelijkheden om afval te verwerken, brandstoffen te produceren en
nieuwe medicijnen te ontwikkelen. En soms gaan dat heel goed samen, zeker als de bacteriën
een handje geholpen worden.
Met behulp van gentechnologie, waarmee het DNA van levende wezens kan worden
aangepast, is het namelijk mogelijk bacteriesoorten subtiel te veranderen. Een van de meest
opzienbarende wetenschappelijke doorbraken van 2015 was CRISPR, een 'genetische knip- en
plakset' waarmee het DNA van levende cellen naar believen kan worden gemanipuleerd. Op
deze manier produceerden onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT)
bijvoorbeeld microben die koolstofdioxide en andere giftige uitlaatgassen 'eten'. En alsof het
nog niet genoeg is dat die beestjes op deze wijze grote hoeveelheden schadelijk broeikasgas
onschadelijk maken, produceren ze in één moeite door ook nog een waardevolle biobrandstof.
Brandstof uit afval
Dat is goed nieuws voor iedereen. Maar vooral voor elektriciteitscentrales, staalfabrieken en
andere bedrijven die steeds strengere milieu-eisen opgelegd krijgen. De onderzoekers testten
de inmiddels gepatenteerde technologie het afgelopen jaar bij een staalfabriek in Shanghai,
waar luchtverontreiniging inmiddels is uitgegroeid tot een plaag die jaarlijks duizenden
slachtoffers eist. "Het gaat om een geïntegreerd systeem waar je uitlaatgas inbrengt en
biodiesel uithaalt", aldus professor Gregory Stephanopoulos van het MIT. "Dat betekent dat je
niet alleen brandstof uit afval produceert, maar ook de Co2-footprint van de fabriek kunnen
verlagen."
Dat trucje is ook toepasbaar op veel andere afvalstoffen. Toyota heeft bijvoorbeeld een manier
gevonden om hun nieuwste pilot car, de Mirai, op menselijke uitwerpselen te laten rijden. Met
een paar tussenstapjes uiteraard. In de waterzuiveringsinstallatie van de stad Fukuoka filtert
de Japanse autoproducent daartoe alle 'vaste' materie als voedingsbodem voor bacteriën. Het
hierna geproduceerde gas wordt gemixt met 'verneveld' rioolwater. Zo ontstaat uiteindelijk het
zeer schone en milieuvriendelijke waterstof: de brandstof waar de Mirai op rijdt. In Californië
rijden er al tientallen rond, en kunnen ze in 20 tankstations terecht. Gezien de universele
beschikbaarheid van de grondstof ziet Toyota de Mirai de komende jaren echter als een
serieuze concurrent voor de elektrische auto.
Resistente bacteriën
Zo verrichten bacteriën dus een kunstje waar alchemisten al eeuwen geleden van droomden:
ze veranderen lood in goud. Dat kan waardevolle brandstof zijn, maar bijvoorbeeld ook een
levens reddend medicijn. Wellicht heb je recent al iets meegekregen van de opkomst van
schadelijke bacteriën die resistent worden voor de huidige generatie antibiotica. En de
horrorverhalen op van patiënten die daardoor levend worden opgegeten. Niet voor niets trok
een onderzoek door twee Leidse onderzoekers vorig jaar de aandacht van de voltallige
wetenschappelijke wereldpers. Daniel Rozen en Gilles van Wezel ontdekten namelijk dat
bacteriën zelf ook antibiotica produceren in voortdurend voorkomende oorlogen tussen
concurrerende bacteriestammen. Die stoffen worden straks ook ingezet om mensenlevens te
redden.
Dat geldt ook voor de harakiri-achtige bacteriesoort die kankercellen van binnenuit kan
vernietigen. De afgelopen jaren sleutelden MIT-professor Jeff Hasty met zijn team
onderzoekers aan een salmonella bacterie die een stof produceert die de groei van tumoren
afremt. Op zichzelf al een biotechnologisch kunststukje. Hasty ging echter nog een stap
verder. De bacterie die hij met behulp van genetische manipulatie creëerde is namelijk in staat
om midden in de zuurstofloze omgeving van een kankercel te groeien.
Levensreddende medicijnen
Dat is dus precies de plek die veel medicijnen maar heel moeilijk kunnen bereiken. Nadat de
behandelend arts de bacterie injecteert in de tumor nestelt die zich in de kankercellen. Daar
produceert het micro-organisme een eiwit dat de tumor van binnen uit aanvalt. Zo worden de
schadelijke kankercelen vernietigd, maar blijven omliggende gezonde cellen gespaard. Bij
experimenten op muizen, waarbij de inzet van de salmonellabacterie werd gecombineerd met
lichte chemotherapie, leefden de behandelde proefdieren nu al vijftig procent langer.
Het kunnen manoeuvreren in het menselijk lichaam is al een wetenschappelijke wensdroom
sinds in 1987 de science fiction film Innerspace uitkwam. Daarbij wordt hoofdrolspeler Dennis
Quaid ingekrompen tot microbe, en geïnjecteerd in een niets vermoedende winkelbediende.
Aangezien het inkrimpen van mensen voorlopig niet tot de wetenschappelijke mogelijkheden
zal behoren, werken MIT-collega's van professor Hasty nu aan de productie van extreem kleine
robots. Deze robotic bacteria moeten straks in staat zijn elk gewenst medicijn op elke plek in
het lichaam af te leveren
Nederlandse vinding
Om de robots door het lichaam te verplaatsen maakt het team onder leiding van professor
Alfredo Alexander-Katz gebruik van een deels Nederlandse vinding. De microscopische kleine
metalen kraaltjes die door een magnetisch veld om elkaar heen gaan draaien - als een soort
hightech buitenboordmotor - bezorgde de Nederlandse scheikundige Ben Feringa vorige week
een Nobelprijs. Alexander-Katz gebruikt de micromotor om gouddeeltjes met medicijnen door
het lichaam te manoeuvreren. Uit eerder onderzoek blijkt dat deze deeltjes vrijwel ongehinderd
het membraam van menselijke cellen kunnen binnendringen. Zo veranderen wetenschappers
dus niet alleen lood in goud, maar transformeren ze goud vervolgens ook in een medium voor
levensreddende medicijnen.
Foto: Gwire
AUTEUR
Arnoud Groot (@Arnoud_Groot) is als onderzoeksjournalist en copywriter volledig gefocust op
informatietechnologie en internet. Voor Bright publiceert hij regelmatig over big data, social
media, online marketing, e-commerce en de innovatieve ondernemers die zich op dit speelveld
begeven.
© 2017 RTL Nederland BV · Gebruikersvoorwaarden · Privacy- en cookie-statement · FAQ · Bright Ideas v1.3 · [email protected]