Campus

‘Het waren twee fantastische dagen’

Bonnie Bassler, hoogleraar moleculaire biologie uit Princeton, verzorgde eind november het colloquium van het Kavli Institute of Nanoscience over samenzweringen tussen bacteriën. “Communicatie is geen recente uitvinding van de evolutie, het was een van de eerste.”


Ik las dat u in Princeton de dag begint met aerobicsles geven. Hoe gaat dat als u op reis bent?

“Dan neemt een postdoc dat van me over en kan ik uitslapen. We werken aan groepsgedrag van bacteriën en aerobics is voor mij typisch groepsgedrag dat ik niet doe als ik alleen ben.”



U wordt wel de ‘queen of quorum’ genoemd of ‘de bacterie-fluisteraar’ omdat u bacteriële communicatie bestudeert. Wanneer kwam u daar voor het eerst mee in aanraking?

“Zo’n twintig jaar geleden. Men had ontdekt dat er lichtgevende bacteriën zijn die op de bodem van de oceaan leven. Men wist dat ze pas licht geven als er genoeg van zijn. Dus ik vroeg me af: hoe weet een bacterie dat hij alleen is of in een groep? Het fijne van luminescentie is dat je ziet wat ze doen. Ik vond het verbijsterend dat bacteriën benul hadden van groepsgrootte, want men nam aan dat ze daar te simpel voor zijn. Alleen hogere diersoorten zouden sociaal complex gedrag vertonen terwijl bacteriën alleen eindeloos zouden eten en delen. Maar luminescentie is duidelijk groepsgedrag, dus ik dacht: dit is oeroud. Als bacteriën groepsgedrag vertonen, is dat al miljarden jaren geleden ontstaan.”



Dacht u dat toen al?

“Ik zou willen dat ik zo slim was. Wat we wel wisten, was dat er een molecuul, een chemisch woord, in het spel was. Want we konden een stofje winnen uit bacteriën die licht geven en dat toevoegen aan een oplossing met bacteriën in het donker. Die begonnen dan ook licht te geven. En die belachelijke ‘glow in the dark’-bacteriën bleken niet de enige met groepsgedrag. We hebben aangetoond dat vrijwel alle bacteriën weten of ze alleen of in een groep zijn, en daar hun gedrag op aanpassen. Dat gaat over honderden soorten, en over verschillende moleculen. Sommige zeggen ‘ik ben je broer’; ‘ik ben je zuster’ of ‘ik ben je neef’. Er zijn moleculen die zeggen: ‘ik ben je vijand’. Dus bacteriën nemen al die verschillend boodschappen waar. Zo weten ze wie hun buren zijn, en schakelen bepaalde genen aan of uit, al naar gelang de omgeving.”



Hebt u dat kunnen aantonen?

“Ja, dat hebben we. Daarom ben ik hier. Ik ben biologe en ik weet iets van chemie. Ik vind genen en moleculen en receptoren. Ik vind de eiwitten die betrokken zijn bij de informatieverwerking in de cel en ik weet welke genen in- en uitgeschakeld worden. We kunnen die moleculen maken en de bacteriën foppen met foute informatie en kijken hoe ze reageren. Dat is waar we de afgelopen twintig jaar aan gewerkt hebben.”



Wat merken mensen van die bacteriële communicatie?

“Wanneer bacteriën in het nieuws komen, is het vanwege een infectie of een uitbraak. Zulk virulent gedrag is altijd groepsgedrag waarbij quorum sensing (het koppentellen van bacteriën, red.) een rol speelt. Als een bacterie bij je binnendringt is hij te klein om iets uit te richten. Dus hij houdt zich koest en gaat delen. Pas als er voldoende bacteriën zijn gaan ze met z’n allen tegelijk in de aanval om iets uit te richten. We hebben tientallen voorbeelden van gemodificeerde bacteriën die niet kunnen communiceren en daardoor ook geen infecties veroorzaken. Aan de andere kant beseffen de meeste mensen niet dat we voor het grootste deel symbiotisch met bacteriën leven. Je hebt duizenden soorten in je ingewanden en duizenden soorten op je huid en die zijn aan het werk voor je: ze verteren je voedsel, ze maken vitaminen aan, ze bedekken je met een beschermende film. Daar is ook quorum sensing voor nodig. Je kunt het zo zien: wanneer een bacterie een enzym of vitamine moet maken, ziet hij die nooit terug. Alleen in een grote groep waar ik de jouwe krijg en jij de mijne, heeft een bacterie daar baat bij, en dat gebeurt door quorum sensing. Dat vormt niet alleen de basis van infecties en uitbraken, maar ook van talloze dagelijkse taken die mensen, dieren en planten in leven houden. Maar dat beseft niemand omdat je je alleen van bacteriën bewust wordt wanneer je ziek wordt. Maar dat zijn de uitzonderingen op de symbiose.”



Ik begrijp dat u de boodschappermoleculen als voorlopers ziet van hormonen?

“Dat klopt. Alleen zijn het wel heel andere moleculen. We zien in het genoom van bacterie en mens welke stoffen ze aanmaken en chemisch zijn ze verschillend. Maar de manier waarop bacteriën die stoffen detecteren en de manier waarop ze reageren, is precies dezelfde biochemie als waarop zoogdiercellen reageren op hormonen. Die regels zijn, denk ik, vier miljard jaar geleden bij de bacteriën ontwikkeld en vormen de basis van ons hormonaal systeem.”



Toch zeggen sommigen dat boodschappermoleculen niet meer zijn dan bijproducten van de spijsvertering. Hoe overtuigt u hen?

“Gewoon meer proeven doen. Kijk, als onze ideeën niet kloppen, dan waren ze allang van tafel geveegd, want zo gaat dat in de wetenschap. In plaats daarvan is quorum sensing nu aangetoond in honderden bacteriesoorten.”



Hoe lang heeft het geduurd vanaf het begin in 1990 tot u voet aan de grond kreeg binnen de wetenschappelijke gemeenschap?

“Jullie kerel Van Leeuwenhoek heeft in 1676 bacteriën ontdekt. Sindsdien, en meer dan drie eeuwen lang, denken we aan bacteriën als levensvorm die eet en deelt, eet en deelt. Bovendien zien bacteriën er simpel uit en hebben ze weinig DNA. Dan is het niet vreemd te denken dat ze niet veel in hun mars hebben.  En dan komt er iemand langs die begint over communicatie, hormonen en groepsgedrag. Het heeft vijftien jaar geduurd voordat dat idee serieuze aandacht kreeg. Na verloop van tijd begonnen ook andere onderzoeksgroepen erover te publiceren. Tien, vijftien jaar om eeuwenoude denkbeelden bij te stellen, dat is niet slecht. En vergeet niet: voor ons was het ook verrassend. Op gegeven moment ontdekten we een stofje waarmee verschillende soorten bacteriën elkaar beïnvloeden. Pas naderhand denk je dan: Natuurlijk, ze leven in gemengde gemeenschappen en moeten ze weten wie er om zich heen zitten. Maar dat is achteraf. We hebben nu vier stofjes gevonden, maar tot nu toe hebben we de bacteriën steeds onderschat. Ik ben trots op mijn team. We zijn in twintig jaar van fluorescente bacteriën opgeklommen tot nieuwe antibiotica. Tegelijkertijd denk ik: maar natuurlijk communiceren bacteriën, ze zijn hier al vier miljard jaar. Ze hebben alles al uitgevonden.”   



Hoe zit het met die antibiotica?

“Dat is nogal een claim, he. We hebben stoffen gevonden die bacteriële communicatie verstoren in een reageerbuis en in een wormpje C. Elegans. We gaan nu kijken of het ook in een muis werkt. De valkuil is dat de verstorende stoffen niet sterk genoeg zijn of dat ze hun doel in het lichaam niet bereiken. Medische farmaceuten weten hoe je een stof kunt ombouwen tot medicijn en daar werken we momenteel aan.”



Maar tegen de tijd dat ik er last van krijg en naar de dokter stap, zijn de bacteriën waarschijnlijk al virulent.

“Precies. Het immuunsysteem reageert op bacteriële virulentie en probeert de bacteriën op te ruimen. We weten dat quorum sensing nodig is om virulentie aan te schakelen, maar niet of het daarna ook nodig blijft. Met andere woorden: zal verstoring van quorum sensing de virulentie stoppen, of had je het voor die tijd moeten nemen? In het laatste geval zou je het als voorzorg kunnen nemen voordat je opgenomen wordt in het ziekenhuis. Daarnaast, en dat gaat waarschijnlijk sneller, zijn er de industriële toepassingen van quorumverstoring voor sterilisatie van katheters of anti-aangroeilaag voor waterfilters. Het impregneren van materialen in landbouw of industrie – dat zie ik veel sneller gebeuren. Geïmpregneerde contactlenzen die niet meer vervuilen, of afvoerbuizen die niet meer dichtslibben – allemaal biofilms en quorumgedrag.


Ik begrijp dat er al heel wat meer groepen quorum sensing bestuderen?

“Oh, het zijn er honderden. Het staat intussen in de leerboeken.”



Wat bracht u naar Delft?

“Ik wil samenwerken met fysici en ingenieurs die nieuwe materialen maken die we kunnen impregneren. Daarom is het voor mij zo’n plezier hier rond te lopen. Ik heb me van mijn beste kant laten zien, de afgelopen paar dagen.”



En, heeft het gewerkt?

“Dat weet ik nog niet. In seminars vertelde ik wat wij doen, en daarna heb ik wel twintig een-op-een gesprekken gehad met onderzoekers over hun projecten. En dan kijk je eens of er een overlap is. Dat kan de komende tijd gebeuren, want we kennen elkaar nu en hebben e-mailadressen uitgewisseld. Misschien komt er iemand naar mijn lab, of komt een van mijn mensen hier. We zien wel waar de wetenschap ons brengt. Ik heb in elk geval twee fantastische dagen gehad. Dat past ook goed bij de stijl van mijn gastheer Cees Dekker die graag getalenteerde onderzoekers samenbrengt en dan afwacht wat er zich ontwikkelt. Net als ik met mijn glow in the dark-bacteriën, doen ze bij bionanoscience ook erg fundamenteel onderzoek. Dat geeft een gevoel van verwantschap.”



Vind u dat er nog voldoende ruimte is voor vrij en fundamenteel onderzoek?

“Ik zeg daar maar één ding over. Je kunt alleen toegepaste wetenschap bedrijven als je wat hebt om toe te passen. Toegepaste techniek en geneeskunde staan op de schouders van fundamentele wetenschappers die niets anders wilden dan ideeën te formuleren waarmee anderen verder kunnen.”


In Princeton krijgt u daar de gelegenheid voor.

“Ik solliciteerde er 22 jaar geleden en werd aangenomen omdat bacteriële communicatie hen een spannend concept leek. Maar tegenwoordig heb je externe fondsen nodig om je laboratorium draaiend te houden. Princeton betaalt mijn salaris, ik betaal de promovendi, de postdocs en alle pipetten. Kijk, het is niet gek dat belastingbetalers willen weten wat ze aan onderzoek terugkrijgen, maar de uitkomsten van wetenschappelijk onderzoek zijn nu eenmaal onvoorspelbaar. De top twintig van de medische vooruitgang in de twintigste eeuw zijn toevalsvondsten: statines (cholesterolverlagers, red) waren niet bedoeld als hartmedicatie, MRI’s waren niet bedoeld als scanner. Het waren vondsten van fröbelende wetenschappers en ik geloof daar erg in omdat ik het zelf altijd zo heb gedaan.”


 


Wie is Bonnie Bassler?

Haar energie is tomeloos, haar taalgebruik verfrissend. Bonnie Bassler (1962) is een Amerikaanse moleculair biologe die als postdoc in 1990 gegrepen werd door het idee dat lichtgevende bacteriën met elkaar communiceren. In 1994 kreeg ze een betrekking aan de universiteit van Princeton om haar ideeën over bacteriële communicatie, quorum sensing genoemd, verder uit te werken. De toekenning van de prestigieuze MacArthur Fellowship in 2002 markeerde de wetenschappelijke erkenning van haar ideeën. Bassler werkt nu aan toepassingen van bacteriële communicatie voor antibiotica en anti-aangroeimiddelen. “Na zoveel jaren research wil ik wel eens iets praktisch doen voor de wereld”, grapt ze.

Redacteur Redactie

Heb je een vraag of opmerking over dit artikel?

delta@tudelft.nl

Comments are closed.