Om te begrijpen hoe bacteriën eiwitconcentratiegradiënten gebruiken om te bepalen waar ze zich moeten delen, moet je ze in een onnatuurlijke vorm dwingen. Wetenschappelijk hoogst interessant en nog decoratief ook, tonen Cees Dekker en collega’s van de TU Delft aan in Nature Nanotechnology.

In die publicatie beperken de vormen zich tot vierkantjes, rondjes en driehoekjes in plaats van de voor E.coli gebruikelijke staafvorm. Voor de bühne liet promovendus Fabai Wu er ook een aantal groeien in de vorm van letters, wat Dekker in de Volkskrant de eretitel ‘bacteriedompteur’ opleverde.

Dat die zogeheten Min-eiwitten heen en weer oscilleren tussen beide uiteinden van E.coli is al veel langer bekend. Halverwege is de gemiddelde concentratie minimaal en alleen dáár kan de celdeling beginnen. Maar niemand begreep waarom je echt alleen tussen de uiteinden oscillaties krijgt, en niet bijvoorbeeld dwars op de bacterie. Er is geopperd dat de oscillaties simpelweg de langste afstand opzoeken of dat het celmembraan aan de uiteinden iets afwijkt, maar sluitend waren die verklaringen niet.

Dekkers onderzoek maakt nu aannemelijk dat het inderdaad heel anders werkt. De twee betrokken Min-eiwitten gedragen zich volgens een ‘reactie-diffusiemechanisme’ voor twee componenten, waarvan de theorie al in 1953 werd uitgewerkt door de Britse wiskundige Alan Turing. Zowel de afstand als de geometrie spelen hierbij een rol, en in het geval van een staafje van de afmetingen van de gemiddelde E.coli zoeken de oscillaties dan inderdaad de punten op.

Het bewijs wordt geleverd door die afwijkende vormen. Je spaart ze uit in PDMS-siliconenrubber en laat er één coli in groeien, die dan braaf de hele vorm blijkt te vullen. Als je met chemicaliën voorkomt dat hij zich deelt, lukt het zelfs in een vorm met twintig keer het volume van een gemiddelde coli.

Als je de coli’s bovendien modificeert zodat hun Min-eiwitten groen of rood gaan fluoresceren, dan kun je precies zien welk concentratiepatroon zo’n afgedwongen vorm en grootte oplevert. Het blijken telkens de gradiënten zijn die door Turings theorie worden voorspeld, dus kennelijk klopt het. Bij déze reactiekinetiek werkt het overigens alleen goed bij lengteschalen van 3 tot 6 micrometer, en dat dat precies de maten zijn van de gemiddelde E.coli is vast geen toeval.

Dekker vermoedt dat dergelijke mechanismes in de natuur veel vaker voorkomen, en dat die met de hier beschreven techniek óók zichtbaar moeten zijn te maken.

bron: TU Delft