Nieuw immuunsysteem ontdekt in bacteriën

Diep in ons lichaam – ver buiten het zicht van het menselijk oog – vindt een continue wapenwedloop plaats. Aan de ene kant zoeken virussen steeds nieuwe manieren om onze cellen binnen te dringen, en aan de andere kant komt ons lichaam met steeds betere verdedigingsmechanismen om die virussen uit te schakelen. Zo houden ziekte en gezondheid elkaar meestal in balans. Eenzelfde wapenwedloop vindt plaats tussen bacteriën en hun ziektemakers: virussen en plasmiden.

In een artikel in het wetenschappelijke tijdschrift Cell beschrijft promovenda Bel Koopal uit de onderzoeksgroep van Daan Swarts nu een nieuw afweermechanisme in deze wedloop. De wetenschappers tonen aan dat, in bacteriën, zogeheten argonaut-eiwitten na het detecteren van het DNA van ziektemakers bewust alle moleculen afbreken met de welluidende naam nicotinamide-adenine-dinucleotide (NAD⁺).

Complete cel platgelegd

Argonaut-enzymen zijn te vinden in meercellige organismen zoals planten en mensen, maar ook in enkelcellige organismen zoals bacteriën. Deze argonauten worden geprogrammeerd met een klein stukje ‘gids-RNA’ of ‘gids-DNA’ om invasief RNA of DNA met dezelfde sequentie te vinden. In de meeste gevallen wordt de indringer vervolgens vernietigd door het op te knippen in kleine, onschadelijke stukken. Hoewel het argonaut-eiwit uit het onderzoek van Swarts ook een gids-RNA gebruikt, beschermt het zoals gezegd op een fundamenteel andere manier: na detectie van invasief DNA legt het de complete cel plat door NAD⁺ af te breken.

Besmette cel sterft

Het molecuul NAD⁺ vervult een belangrijke functie in de stofwisseling van cellen, en houdt als het ware het motortje draaiende waardoor de cel kan voortleven. “Zonder NAD⁺ zal de cel uiteindelijk doodgaan,” legt Swarts uit. “Dat klinkt misschien nogal tegenstrijdig, maar het is precies de bedoeling. Want door de besmette cel te laten sterven, kan het virus zich minder gemakkelijk verder verspreiden naar de bacteriën eromheen. De bacteriecel wordt dus opgeofferd om zo de andere, gezonde cellen te redden.”

Geavanceerde bacterie

Dit immuunsysteem is gevonden in verschillende soorten bacteriën. Dat ook deze enkelcellige organismen over een complexe verdediging beschikken, verbaast Swarts niet. “Mensen onderschatten vaak hoe knap bacteriën in elkaar zitten,” zegt hij. “Want hoe klein zo’n bacterie ook is, hun immuunsystemen evolueren al miljoenen jaren en worden steeds geavanceerder. Dat moet ook wel, want ook virussen zijn vaak bijzonder geraffineerd.”

Swarts, Koopal, en hun collega’s deden het onderzoek allereerst vanuit een wetenschappelijk verlangen om de werking van argonaut-eiwitten te begrijpen. Toch denkt Swarts dat deze nieuwe inzichten op termijn ook een praktisch nut kunnen hebben. Zo heeft de onderzoeksgroep aangetoond dat je het immuunsysteem kunt isoleren, waarna het met een gids-RNA naar keuze kan worden geherprogrammeerd. Omdat afbraak van NAD⁺ makkelijk te detecteren is, kan het Argonaut-eiwit op commando bepaalde DNA-sequenties herkennen. “In de toekomst kunnen we met dit soort genetische werktuigen wellicht ook ziektes in het menselijk lichaam opsporen,” denkt Swarts. “Maar zover is het voorlopig nog niet. We werken nu nog vanuit een fundamentele nieuwsgierigheid.”