Helder beeld van bacteriën
Een bacterie supersnel bevriezen, om de structuur van buiten en binnen natuurgetrouw in beeld te brengen. Hoogleraar Ultrastructuurbiologie Ariane Briegel kwam speciaal hiervoor naar Leiden: de Universiteit Leiden is een van de weinige instituten wereldwijd waar de benodigde apparatuur beschikbaar is. Oratie op 13 januari.
‘Microben zoals bacteriën zijn overal om ons heen, maar zijn te klein om te zien. Daardoor weten we nog heel weinig van ze,’ aldus Briegel. Haar vakgebied, de ultrastructuurbiologie, richt zich op het bestuderen van biologische monsters met hoog-resolutie beeldvormingstechnieken. Briegel werkt vooral met zeer geavanceerde cryo-elektronentomografie. ‘We bevriezen de bacterie supersnel – een echte flash-freeze – waardoor deze in een glasachtig, helder ijs gevat wordt.’ Dat gaat zo snel, dat het water in de cel geen tijd krijgt om te kristalliseren. ‘Hierdoor blijft de bacterie helemaal intact en ontstaan er geen verstoringen in het beeld.’
Bacteriën in natuurlijke staat
Vervolgens wordt het monster onder een geavanceerde elektronenmicroscoop gelegd, waarin het wordt rondgedraaid. Briegel: ‘We maken dan van alle kanten 2D-opnames van buiten naar binnen, als een soort plakjes. Door deze allemaal op elkaar te leggen, kunnen we een 3D-beeld van de bacterie maken. Dit heet tomografie, een techniek die ook gebruikt wordt in het ziekenhuis, als patiënten in een scanner gaan.’ De combinatie van deze technieken biedt een geheel nieuwe kijk op de wereld van microben. ‘Met cryo-elektronentomografie kunnen we voor het eerst bacteriën in hun natuurlijke staat bekijken, precies zoals ze er écht uitzien.’
Unieke apparatuur
De Universiteit Leiden heeft twee van de meest geavanceerde microscopen voor cryo-elektronentomografie, in het Netherlands Center for Electron Nanoscopy (NeCEN) dat valt onder het Instituut voor Biologie. Het is de enige faciliteit voor deze techniek in Nederland, en slechts een van de zes á zeven instituten wereldwijd die deze apparatuur heeft staan. Een zeer unieke mogelijkheid en voor Briegel een heel belangrijke reden om naar de Universiteit Leiden te komen. ‘Dit is de eerste methode in de biologie waarmee we de structuur, de buitenkant en alle machinerie aan de binnenkant van microben kunnen bekijken. Daarmee kunnen we hopelijk veel meer te weten komen over bacteriën: hoe ze groeien, hoe ze zich voortplanten, hoe ze bewegen,’ aldus Briegel.
Neus van de bacterie
De beweging van microben is één van de eerste onderwerpen waar Briegel zich op gaat richten als hoogleraar. Bacteriën gebruiken signalen uit hun omgeving, zoals de aan- of juist afwezigheid van bepaalde chemische stoffen, om te bepalen waar ze heen moeten voor bijvoorbeeld voedsel. ‘Dit proces, genaamd chemotaxis, is al tientallen jaren bekend,’ legt ze uit. ‘Wat we nog niet goed in beeld hebben, is welke structuren de bacterie gebruikt voor het oppikken van deze signalen. Oftewel: hoe ziet de ‘neus’ van een bacterie eruit?’. In eerder onderzoek heeft Briegel al voor E.coli, de bacterie die het meest gebruikt wordt in biologisch onderzoek, een beeld gevormd van deze ‘neus’: duizenden zeer gevoelige receptoren die in een soort honingraatstructuur op de buitenkant zitten. ‘Nu willen we ook weten hoe de neus van ziekteverwekkende bacteriën, zoals de cholerabacterie, eruitziet. Als we duidelijk hebben hoe een bacterie ‘ruikt’ waar hij heen moet gaan, biedt dat wellicht aanknopingspunten om infecties te voorkomen.’
Fundamenteel onderzoek
In haar oratie breekt de hoogleraar tevens een lans voor het doen van fundamenteel onderzoek. ‘De tendens is om vooral onderzoek te doen of te subsidiëren waar direct resultaat uit volgt, zoals medicijnen of een industriële toepassing. Die focus begrijp ik goed, maar het fundamentele onderzoek mag hier niet onder lijden.’ Ze vertaalt het naar haar eigen werk. Door allerlei basale informatie over bacteriën te verzamelen – hoe zien ze er uit, hoe vinden ze hun weg – kunnen wellicht nieuwe manieren om infecties te voorkomen worden ontwikkeld. Zeer nuttig, gezien de toename aan antibioticaresistente bacteriën en het feit dat de mogelijkheden met de huidige antibioticaontwikkeling bijna zijn uitgeput. ‘Maar dit kan pas als we een beeld van de basis – de bacterie – hebben. Als er enkel onderzoek gefinancierd wordt dat direct resultaat oplevert, doe je eigenlijk de onderzoekers oogkleppen op. En je weet nooit wat je dan mist.’