Hoe een ziekteverwekkende bacterie voedsel zoekt
Bij de meeste mensen zitten er bacteriën in hun mond die tandplak vormen. Soms veroorzaken ze zelfs vervelende tandvleesontstekingen. De bacterie Treponema denticola kan ook een gevaarlijke ziekteverwekker zijn. Toch is er nog niet veel over bekend. Daar brachten Ariane Briegel en haar onderzoeksgroep verandering in.
‘In ons lab zijn we geïnteresseerd in hoe bacteriën hun voedselbronnen vinden,’ legt onderzoeker bij het Instituut Biologie Leiden (IBL) Ariene Briegel uit. ‘Meestal gebruiken bacteriën daarvoor een proces genaamd chemotaxis. Met een groep sensoren, wat samen een sensorische array heet, kunnen ze “proeven” en reageren op de omgeving.’ Met deze arrays vinden bacteriën suikerbronnen en aminozuren. Dan kunnen ze zich, met behulp van hun staart bijvoorbeeld, verplaatsen naar de omgeving waar ze heen willen.
Uitvergroten tot op nanoschaal
Briegel is ook mededirecteur van het Netherlands Centre for Electron Nanoscopy (NeCEN), een onderzoeksfaciliteit met krachtige elektronenmicroscopen. ‘We bevriezen bacteriën zo snel mogelijk zodat we een kristalhelder en zeer scherp beeld kunnen maken van de individuele eiwitten en andere objecten. Die zijn slechts enkele nanometer groot. Op deze manier heeft Alise Muok, die de meeste experimenten uitvoerde, de sensorische array van T. denticola in beeld gebracht.’
Dankzij internationale hulp konden Briegel en Muok de functie en structuur van de sensorische array van T. denticola volledige ontrafelen. ‘Zo heeft Keith Cassidy van Diamond Light Source in het Verenigd Koninkrijk ons veel geholpen. Hij maakte een 3D-simulatie van moleculen om te kunnen definiëren wat we zagen op de microscoopfoto's. Het lab van Chunhao Li bij de Virginia Commonwealth University voerde vervolgens genetische experimenten uit. Daaruit konden we vaststellen hoe de zintuigen zich gedragen. Zo kwamen we erachter dat het heel anders is dan andere bekende arrays.’
Behandelingen voor lepra, de ziekte van Lyme en syphilis
De resultaten van het onderzoek hebben interessante implicaties voor de omgang met deze ziekteverwekkende bacterie. Vooral omdat de sensorische array ook lijkt te reageren op een molecuul dat door de Food and Drug Administration (FDA) al is goedgekeurd als een medicijn. ‘Dat wil zeggen dat er mogelijkheden zijn om deze molecule te gebruiken als behandelingsmethode.’
Briegel: ‘T. denticola maakt deel uit van de spirochetenfamilie. Die staat vooral bekend om het veroorzaken van ernstige ziekten zoals leptospirose, de ziekte van Lyme en syfilis. We zijn nog ver verwijderd van klinische toepassingen, maar wellicht worden de bevindingen van dit onderzoek later interessant voor de behandeling van deze organismen.’
Wetenschappelijke publicatie
Muok, A.R.; Kurniyati, K.; Cassidy C.K.; Olsthoorn, F.A.; Ortega, D.R.; Sidi Mabrouk; A. Li, C. & Briegel, A., 2023. A new class of protein sensor links spirochete pleomorphism, persistence, and chemotaxis. American Society for Microbiology. DOI: https://doi.org/10.1128/mbio.01598-23
Header: Vera Williams (NeCEN)
Afbeeldingen: Ariane Briegel & Alise Muok