MICROBIOLOGIE

De Phabagencollectie heeft geld voor een jaar. Dan ontdooien de 5700 soorten E. coli. Nog heeft Nederland de op een na grootste collectie van het best onderzochte wezen ter wereld. Al weten we nog steeds niet precies wat het in onze darmen uitvoert.

E. coli, zoals deze darmbewoner in de wandeling wordt genoemd, wist zich eeuwenlang aan het zicht van de wetenschap te onttrekken. Daar kwam in 1885 verandering in, toen de Oostenrijkse kinderarts Th. Escherich de darminhoud van een patiëntje nauwlettend onder de microscoop bekeek. Wat hem opviel waren typische staafvormige bacteriën, waar niemand eerder iets over had geschreven. Hij werd de eerste.

Rond de eeuwwisseling kwam het onderzoek naar de eigenschappen van bacteriën behoorlijk op gang. Met vragen als 'hoe zitten ze in elkaar' en 'hoe ontwikkelen ze zich' doken voorlopers van de microbiologen hun laboratoria in om deze minuscule organismen van alle kanten te bekijken.

Voor E. coli was dit de eerste stap naar grote bekendheid. Al snel bleek de bacterie een uitkomst voor laboratoriumonderzoek. Het is een makkelijk te houden beestje, dat zich het prettigst voelt bij een temperatuur van 37 graden. Dan is zijn reproductietempo het hoogst: een deling volgt binnen twintig minuten.

Verder stelt E. coli geen hoge eisen aan zijn omgeving: zowel in een rijke als in een schrale oplossing met voedingsstoffen blijft hij leven. Nog een pluspunt is het feit dat de bacterie goed bewaard kan worden. In zuurstofvrije ampullen of in een vrieskist bij - 80 graden kan hij jarenlang blijven 'slapen', om in bouillon binnen een dag weer actief te worden.

Maar de belangrijkste eigenschap zagen een aantal onderzoekers in de complexiteit van E. coli. Ondanks het feit dat de bacterie uit één cel bestaat en geen botten of zenuwstelsel heeft, is hij gebouwd volgens dezelfde ingewikkelde principes die hogere biologische soorten kenmerken. Net als de mens, om maar een voorbeeld te noemen, geeft E. coli zijn erfelijke eigenschappen door. En net zoals onze maagsappen een stuk vis afbreken tot de nodige eiwitten, zet de bacterie suikers uit zijn omgeving om in bruikbare bouwstoffen.

De onderzoekers die zich al jaren inspanden om de architectuur van de biologie te doorgronden, zagen in E. coli dan ook een modelorganisme. Rond 1950 laat de Franse Nobelprijswinnaar Jacques Monod zich zelfs verleiden tot de uitspraak: “Wat voor E. coli geldt, geldt ook voor een olifant”. De bacterie is dan niet meer weg te denken uit de kweekbakjes.

Met dit overzicht in gedachten vindt de Utrechtse hoogleraar microbiologie Wiel Hoekstra het tijd voor een relativerende opmerking. “Het grote belang ligt niet in E. coli zelf, maar in wat de onderzoekers ermee kunnen doen. En vooral op het gebied van genetisch onderzoek is E. coli een zeer nuttig instrument gebleken.”

“DNA, de drager van alle erfelijke eigenschappen, is in de hele natuur in dezelfde taal geschreven. Dit inzicht heeft onderzoekers ertoe gebracht om eerst het DNA van eenvoudig biologisch materiaal, zoals een bacterie, te bestuderen, om een beeld te krijgen van de manier waarop genen bij meer complexe soorten, zoals de mens, tot expressie komen. En omdat E. coli eigenschappen heeft die hem zeer geschikt maken voor een laboratoriumbestaan, is de bacterie uitgegroeid tot één van de best onderzochte beestjes.”

'Hier heeft zich wel iets merkwaardigs voorgedaan. De coli's uit het laboratorium zijn gekweekt als 'reincultures', onder condities die vrijwel ideaal zijn. Met de omstandigheden in hun natuurlijke omgeving, de dikke darm van mens of dier, hebben die in feite niets meer te maken. Er bestaat dan ook een enorme kloof tussen de kennis over hoe E. coli zich in het lab gedraagt en wat hij precies in die darm doet. De laboratoriumvariant heeft ook een andere naam: E. coli K-12. En uit proefjes is gebleken dat hij inmiddels zo vervreemd is van zijn oorspronkelijke woonplaats, dat hij zich daar niet meer kan handhaven.''

In zijn nieuwe habitat heeft E. coli K-12 zijn waarde als geen ander bewezen. Het gegeven dat DNA overal in de natuur op dezelfde manier is vastgelegd, leidde namelijk tot een ander inzicht: dat hetzelfde genetische materiaal door verschillende biologische soorten kan worden aangemaakt. Hiermee werd midden in de jaren zeventig een aanloop genomen tot een nieuwe ontwikkeling binnen de microbiologie: de recombinant DNA technologie.

“E. coli K-12 blijkt een soort fabriekje te zijn, dat verschillende bouwstenen kan aanmaken. Dat geldt in de eerste plaats voor voedingstoffen die de bacterie nodig heeft om te leven, maar die in zijn omgeving ontbreken. Maar je kunt de bacterie ook zodanig 'sturen', dat het stofjes gaat maken die voor mensen erg belangrijk zijn”, vertelt microbiologe Fraukje van Asma. Samen met collega Marja Agterberg is ze verantwoordelijk voor het beheer van de Utrechtse Phabagen-collectie, waarin zo'n 5 700 E. coli mutanten zijn ondergebracht.

“Wanneer een mens niet voldoende insuline produceert, ontwikkelt de persoon suikerziekte. Om dat manco op te vangen, kunnen we de hulp van E. coli inroepen. Allereerst wordt een gezond insulinegen bij de mens geïsoleerd en bij E. coli ingebracht. Om te voorkomen dat de bacterie het gen afstoot - hij herkent het meteen als vreemd - maken we gebruik van een mutant, een 'verbeterde' bacterie die speciaal is uitgerust voor dit doel.”

“Vervolgens gaan de mutanten aan het werk en maken de insuline na. Als er voldoende is geproduceerd voor het menselijk gebruik wordt de insuline uit de bacteriën verwijderd en bij de patiënt ingebracht. En dit is slechts één voorbeeld van het gebruik van de bacterie voor medische doeleinden.

Agterberg komt met een ander voorbeeld van het nut van E. coli. “Stel dat in de familie van een aanstaand ouderpaar de ziekte cystische fibrose, taaislijmziekte, voorkomt en dat beide ouders drager van deze erfelijke ziekte zijn. Ze weten hiervan en stappen naar een arts, omdat ze willen uitvinden of het kindje de ziekte zal krijgen. Ook in zo'n geval komt E. coli van pas.”

“Het gen, dat door een defect voor deze ziekte codeert, is bij verschillende patiënten geïsoleerd. Vervolgens wordt het in een E. coli mutant gebracht en gaan de specialisten op zoek naar de precieze plaats van het defect in dit gen. Als die plek is opgespoord, weten ze precies naar welk defect ze moeten zoeken in het erfelijk materiaal van de foetus.”

“De volgende stap is het toepassen van vruchtwaterpunctie, om zo de DNA-gegevens van het kindje te verkrijgen. Daarin wordt weer gezocht naar het gen dat taaislijmziekte zou kunnen veroorzaken. Door dit gen te bekijken, kan men zien of dit kindje gezond is, drager van de ziekte is, of de ziekte zal krijgen. Hier heeft E. coli dus bijgedragen aan het opsporen van een erfelijke ziekte, nog voor de geboorte. Wat de ouder met die gegevens doet, dat is weer een hoofdstuk apart. E. coli heeft zijn werk dan al gedaan.”

Samen met de meer dan vijfduizend andere varianten van E. coli maakt deze mutant deel uit van de Phabagencollectie. De Utrechtse verzameling is in Nederland de enige in zijn soort, en wordt wereldwijd slechts voorgegaan door het Amerikaanse Escherichia coli genetic stock center.

Van Asma en Agterberg hameren op de noodzaak om de verzameling in stand te houden. Een pleidooi dat hard nodig is, want de buidel is leeg: de huidige financiering van de Phabagencollectie houdt op in december 1996.

Van Asma: “Alles draait nu om geld, ook binnen het wetenschappelijk onderzoek. Van de bacterieï krijgen de soorten die ziektes veroorzaken of die een economisch interessante toepassing hebben, zoals grondbacteriën die de plantengroei kunnen stimuleren, alle aandacht. Voor E. coli is dat nadelig, omdat hij economisch gezien niet zo belangrijk is. En voor ons eveneens, omdat het grootste deel van de collectie bestaat uit mutanten uit het fundamenteel onderzoek, de studie van de bacterie zelf.”

'Toch blijkt dat bepaalde mutanten soms opeens weer in de belangstelling komen en het zou doodzonde zijn als dit materiaal verloren ging. Daarom zijn we al een aantal jaren hard bezig de verzameling te moderniseren. Mutanten en bijbehorende genetische materialen die vooral in het genetisch onderzoek worden gebruikt, verzamelen we nu actief. De collectie moet met zijn tijd meegaan.''