Elektrisch in- en uitschakelbare genen zijn niet zo moeilijk te maken. En de voornaamste componenten kun je gewoon uit de natuur halen, schrijven onderzoekers van de University of Maryland in Nature Communications.

William Bentley en collega’s gingen uit van het mechanisme dat E. coli attendeert op oxidatieve stress. Daar komt om te beginnen het eiwit SoxR aan te pas, waarin een cluster zit met twee ijzer- en twee zwavelkernen. Normaal gesproken houden enzymen dit cluster in zijn gereduceerde vorm. Zijn er zoveel oxidatoren aanwezig dat die enzymen er qua redoxactiviteit niet meer tegenop kunnen, dan wordt het cluster alsnog geoxideerd. In die vorm kan SoxR de expressie inschakelen van de PsoxS-promotorsequentie en zo de productie op gang brengen van een tweede eiwit, SoxS, dat op zijn beurt tientallen andere genen aanzet tot de productie van stressverlichtende opruim-eiwitten.

Om die oxidatieve stress regelbaar te maken, verrijkte Bentley om te beginnen het voedingsmedium met pyocyanine. Dat redoxmolecuul wordt door Pseudomonas aeruginosa aangemaakt als toxine, en dringt gemakkelijk door de celwand van E.coli heen. De concentratie moet hoog genoeg zijn om SoxR te activeren maar te laag om de bacteriën serieus te beschadigen; Bentley koos voor 5 µM.

Al oxiderend wordt pyocyanine zelf gereduceerd en doet dan niets meer. Om het te resetten voeg je een tweede redoxkoppel toe: 5 mM ferricyanide oftewel [Fe(CN)₆]³⁻, dat bij reductie verandert in ferrocyanide, [Fe(CN)₆]⁴⁻. Deze ionen kunnen zelf geen celmembraan passeren, maar via het anaerobe respiratiemechanisme kunnen ze wél elektronen aan een bacterie onttrekken.

En als het bacteriekweekje deel uitmaakt van een elektrochemische cel, kun je die elektronen via een elektrode uit het systeem halen en zo het ferrocyanide resetten tot ferricyanide.

Om de zaak vervolgens weer uit te zetten pool je simpelweg de spanning om. Ferrocyanide, pyocyanine en het SoxR-cluster blijven dan in hun gereduceerde vorm steken, en PsoxS gaat terug naar de stand uit.

De volgende stap is om met PsoxS niet meer het cellulaire opruimsysteem aan te zetten, maar al dan niet kunstmatige genen die de bacterie door een hoepeltje naar keuze laten springen. Tijdens de experimenten produceerde ze een fluorescerend eiwit zodat de onderzoekers konden zien of het schakelmechanisme werkte. Ongetwijfeld zijn er talloze écht nuttige toepassingen voor te verzinnen.

bron: Nature Communications