Genetisch gemodificeerde bacteriën laten je keutels letterlijk groen oplichten als je colitis hebt. Het maakt de diagnose van chronische darmontsteking een stuk gemakkelijker, schrijven Jeff Tabor en collega’s van Rice University in Molecular Systems Biology.

Voorlopig hebben ze het alleen op muizen uitgeprobeerd (vandaar die keutels) maar het principe lijkt zonder meer toepasbaar bij mensen.

Eerder onderzoek legde een relatie tussen darmontsteking en afwijkingen in het zwavelmetabolisme. Het zou iets te maken hebben met een overmaat aan sulfaatreducerende bacteriën in de darm: die produceren H₂S dat in grotere hoeveelheden toxisch is. Die H₂S-productie rechtstreeks meten, blijkt tot nu toe echter veel te lastig.

Vandar het idee om de metabolieten te meten. Bekend is dat enzymen in de darm H₂S onschadelijk kunnen maken door het om te zetten in S₂O₃^2- oftewel thiosulfaationen. Reactieve zuurstof zou daar weer S₄O₆^2- oftewel tetrathionaat van kunnen maken, waarvan ooit is vastgesteld dat het als substraat kan dienen voor pathogenen als Salmonella typhimurium. Zo zou tetrathionaat dus de ontsteking kunnen verergeren.

Maar dit hele verhaal is grotendeels hypothetisch, mede omdat thiosulfaat en tetrathionaat tot nu toe ook niet goed waren te meten. Vandaar het idee om het in situ te laten doen door een gemodificeerde E.coli, die door deze ionen wordt getriggerd om groen fluorescerend GFP-eiwit aan te maken.

Het grootste probleem daarbij was dat nog geen enkel gen bekend was dat codeert voor een eiwit dat reageert op thiosulfaat. Het kostte postdoc Kristina Daeffler een jaar om er een op te sporen in het genoom van Shewanella halifaxensis. Shewanella-soorten staan er om bekend dat ze uiterst flexibel zijn in hun metabolisme en desnoods ook op thiosulfaat kunnen leven, ondanks dat daar weinig energie uit valt te halen. Om die omschakeling te kunnen maken moeten ze haast wel de mogelijkheid hebben om de aanwezigheid van dat thiosulfaat te kunnen aanvoelen - en dat blijkt dus inderdaad te kloppen.

Een tetrathionaatsensor was wel bekend: die zit in S.typhimurium. Het is een histidinekinase-enzym dat in aanwezigheid van tetrathionaat een regulerend eiwit fosforyleert. Die wetenschap wees de weg naar de thiosulfaatsensor. Daeffler gokte er op dat dat ook wel een histidinekinase zou zijn. Vervolgens was het een kwestie van alle bekende histidinekinasegenen bij elkaar zoeken, de exemplaren wegstrepen die het onmogelijk konden zijn, en de exemplaren nader bestuderen die het wél konden zijn en bovendien vlak naast het gen voor zo’n regulerend eiwit zaten.

Op dezelfde manier werd een alternatieve tetrathionaatsensor uit het genoom van Shewanella baltica gevist.

Inmiddels zijn beide genen dus ingebouwd in E.coli, gekoppeld aan een GFP-gen. Voer je de thiosulfaatcoli aan een muis met colitis, dan kun je zelfs de ernst van de ontsteking aflezen aan de hoeveelheid GFP-eiwit in zijn keutels - ze lichten onvoldoende op om het met het blote oog te kunnen zien, maar in het lab kun je het met een flowcytometer uitstekend zichtbaar maken.

De tetrathionaatcoli doet voorlopig niets. Onduidelijk is nog of deze sensor niet functioneert in vivo, of dat het komt doordat muizen zelfs bij ernstige colitis geen tetrathionaat aanmaken.

bron: Rice University