Platte bacteriën wurmen zich door spleet

Bacteriën blijken zich door de nauwste spleten te kunnen wurmen, zo ontdekten onderzoekers van het Delftse Kavli Instituut of Nanoscience. De afgeplatte bacteriën die ze zagen zijn een hele nieuwe verschijningsvorm.

 Biofysicus prof.dr. Cees Dekker en evolutiebioloog dr. Juan Keymer (Bionanoscience, Technische Natuurwetenschappen) lieten bacteriën door een smalle spleet op een siliciumchip tussen twee kleine ruimtes bewegen. De resultaten van hun onderzoek verschenen 17 augustus in het wetenschapsblad PNAS.

Het kanaaltje was 50 micrometer (duizendste millimeter) lang en ongeveer een micrometer breed. Door steeds smallere kanaaltjes te nemen dwongen de onderzoekers de micro-organismen (E. coli en B. subtilis) tot een soort limbo dans, waarop de bacteriën een verrassend Houdini-achtig antwoord hadden.

Bij voldoende breedte (tot 1,3 micrometer) hebben de sigaarvormige bacteriën nog ruimte om te zwemmen. Zelf zijn ze ongeveer een micrometer dik. In enkele seconden zijn ze dan aan de overkant, vertelt Cees Dekker.

Interessanter wordt het bij smallere kanaaltjes, tot slechts de helft van de diameter van de beestjes. Zwemmen zit er dan niet meer in, maar dat houdt ze niet tegen. Dekker: "De bacterie blijft steken aan het begin van het kanaal, maar begint zich dan te delen. Tien tot vijftien delingen verder, dat betekent zo'n tien uur later, komt een bacterie aan de andere kant tevoorschijn." De onderzoekers konden het proces via de microscoop op de voet volgen doordat ze de bacteriën met genetische technieken fluorescerend hadden gemaakt.

Opvallend daarbij was de vormverandering die de bacteriën in de spleet ondergaan. Ze gaan erin als sigaar maar in de nanospleet zien ze er meer uit als een pannenkoek. Dekker: "De vorm van een bacterie wordt bepaald door een intern skelet dat bestaat uit eiwitten in de celwand. Het vreemde is nu dat de celdeling nog volledig blijft doorgaan, terwijl de skeletvorm verandert en zich aanpast aan de smalle omgeving." Eenmaal buiten de spleet hervinden de bacteriën na enkele generaties hun oorspronkelijke sigaarvorm.

Afgezien van het fundamenteel wetenschappelijk belang vanwege de vragen over celskelet en delingen, heeft het onderzoek ook praktische consequenties voor bijvoorbeeld membraanfilters met kleine poriën voor waterzuivering en ook voor medische toepassingen, nu blijkt dat bacteriën nauwelijks zijn buiten te sluiten.

Platte bacteriën wurmen zich door spleet

Artist impression van een bacterielimbo - Kavli TU Delft / Tremani

 Biofysicus prof.dr. Cees Dekker en evolutiebioloog dr. Juan Keymer (bionanoscience, Technische Natuurwetenschappen) lieten bacteriën door een smalle spleet op een siliciumchip tussen twee kleine ruimtes bewegen. De resultaten van hun onderzoek verschenen 17 augustus in het wetenschapsblad PNAS.

Het kanaaltje was 50 micrometer (duizendste millimeter) lang en ongeveer een micrometer breed. Door steeds smallere kanaaltjes te nemen dwongen de onderzoekers de micro-organismen (E.coli en B.subtilis) tot een soort limbodans, waarop de bacteriën een verrassend Houdini-achtig antwoord hadden.

Bij voldoende breedte (tot 1,3 micrometer) hebben de sigaarvormige bacteriën nog ruimte om te zwemmen. Zelf zijn ze ongeveer een micrometer dik. In enkele seconden zijn ze dan aan de overkant, aldus Cees Dekker.

Interessanter wordt het bij smallere kanaaltjes, tot slechts de helft van de diameter van de beestjes. Zwemmen zit er dan niet meer in, maar dat houdt ze niet tegen. Dekker: "De bacterie blijft steken aan het begin van het kanaal, maar begint zich dan te delen. Tien tot vijftien delingen verder, dat betekent zo'n tien uur later, komt een bacterie aan de andere kant tevoorschijn." De onderzoekers konden het proces via de microscoop op de voet volgen doordat ze de bacteriën met genetische technieken fluorescerend hadden gemaakt.

Opvallend daarbij was de vormverandering die de bacteriën in de spleet ondergaan. Ze gaan erin als sigaar maar in de nanospleet zien ze er meer uit als een pannenkoek. Dekker: "De vorm van een bacterie wordt bepaald door een intern skelet dat bestaat uit eiwitten in de celwand. Het vreemde is nu dat de celdeling nog volledig blijft doorgaan, terwijl de skeletvorm verandert en zich aanpast aan de smalle omgeving." Eenmaal buiten de spleet hervinden de bacteriën na enkele generaties hun oorspronkelijke sigaarvorm.

Afgezien van het fundamenteel wetenschappelijk belang vanwege de vragen over celskelet en delingen, heeft het onderzoek ook praktische consequenties voor bijvoorbeeld membraanfilters met kleine poriën voor waterzuivering en ook voor medische toepassingen, nu blijkt dat bacteriën nauwelijks zijn buiten te sluiten.