Uw bacteriën babbelen voortdurend met elkaar

Overal in uw lichaam gaan bacteriën met elkaar in gesprek om hun gedrag af te stemmen: wel of niet ten aanval? Bonnie Bassler, die volgende maand de Anatomische Les uitspreekt, doet baanbrekend onderzoek naar die communicatie en hoopt daar-mee te voorkomen dat bacteriën u ziek kunnen maken.

De gevlekte inktvis Euprymna scolopes, de gastheer van de Vibrio fischeri, waar het onderzoek naar 'pratende' bacteriën mee begon.Beeld Mattias Ormestad / Azote

Het gebeurt terwijl u dit leest. Op uw tanden. In uw oren. In uw darmen. Miljoenen, miljarden kleine bacteriën van allerlei pluimage drommen samen en gaan met elkaar in gesprek. Ze tasten elkaar af door kleine verkenningssondes los te laten, bevoelen hun omgeving met minuscule antennes, rekenen, smoezen, schatten hun kansen in.

En dan, opeens, kan het gebeuren dat er een rilling door zo'n groep bacillen trekt, een plotse uitbarsting van activiteit. Eiwitklonten klikken in elkaar, slierten dna ritsen open, enzymen komen tot leven. En daar beginnen de bacteriën plakkerige draden te zweten, of kleffe eiwitkoek te vormen. Een biofilm bijvoorbeeld. Krabt u maar eens met een nagel over uw tanden: tandplak, dat is er zo een.

Afgesproken werk van die bacteriën, stelt moleculair bioloog Bonnie Bassler (55), die volgende maand de publiekslezing De Anatomische Les uitspreekt. Een wonderlijke vorm van collectieve, gecoördineerde actie, van een levensvorm waarvan je dat helemaal niet zou verwachten. Want we hebben het hier wel over microscopische kleine bolletjes en stokjes natuurlijk. Die gezamenlijk in actie zien komen, is toch zoiets alsof de duiven op de Dam opeens met zijn allen een linedance beginnen.

'Maar het is biochemie. Biochemie', benadrukt ze direct. 'Bacteriën doen dit niet met hersenen of gedachten. Het werkt met receptoren, enzymen en eiwitten. Die werken op elkaar in als computerschakelaars: een-nul-een-nul-een-nul. En dan word je over het randje geduwd. Quorum sensing is een biochemisch beslissingsproces.'

CV Bonnie Bassler (Chicago, 1962)

1984 Bachelor biochemie, Universiteit van Californië, Davis

1990 Promotie biochemie, Johns Hopkins Universiteit, Maryland

1990-1994 Onderzoek naar zeebacterie Vibrio harveyi, Agouron Institute

1994 Verbonden aan Princeton, afdeling moleculaire biologie

2001 Schrijft ‘Quorum sensing in bacteria’, zeer veel geciteerd overzichtsartikel

2007 Ontrafelt quorum sensing bij de cholerabacterie

2009 TED-talk: 2,2 miljoen keer bekeken

2012 Women in Science Award, van Unesco

2010-2016 Lid National Science Board, wetenschappelijk adviesorgaan president Obama

Bonnie Bassler is getrouwd met acteur Todd Reichart.

'Quorum sensing', het onderwerp van uw lezing. Losjes vertaald: 'het benodigde aantal stemmen halen'. Wat is het eigenlijk?

'Het is een systeem dat bacteriën gebruiken om als groep te handelen. Om collectief taken uit te voeren die ze als individu nooit voor elkaar zouden krijgen. Bacteriën zijn minuscuul, kunnen niet zien, hebben geen oren. En toch kunnen ze ons het leven kosten, of opeens met elkaar een biofilm vormen. De vraag is: hoe doen ze dat? Hoe maakt een bacterie een vuist?

'Het antwoord is quorum sensing. Het is een communicatiesysteem dat ze in staat stelt taken te verrichten waarvoor het nodig is dat talloze bacteriën samenwerken. Zoals wanneer je met je vrienden een piano versjouwt: één, twee, drie, tillen maar. Groepsgedrag.'

Hoe doen ze dat? We hebben het hier over microben, niet het Nederlands Danstheater.

'Ze doen het door een soort census van elkaar te nemen. Ze laten een bepaalde klasse moleculen los, waaraan ze elkaar kunnen herkennen. Die moleculen meten ze, en zo bepalen ze: ben ik alleen, of ben ik in een groep? Ben ik met genoeg? En als dat het geval is en ze genoeg van die signaalmoleculen waarnemen, komen ze in actie. Gezamenlijk. Want het allerlaatste wat ik als bacterie wil, is gedrag vertonen waarin niemand meegaat.'

Het is nogal een wervelwind, de mevrouw die op het Skype-scherm is verschenen. Druk gebarend, woep, daar schieten haar armen de lucht in, doet ze na hoe een cel met zijn receptoren de omgeving aftast. Donkere wiebelende krullen, gemakkelijk jurkje, de schoenen uitgeschopt ze komt net terug van een lezing in Michigan, vertelt ze, in snelle, half afgemaakte zinnen. Ze is een 'upbeat person', zegt ze, 'niet iemand die vindt dat wetenschap saai moet zijn'.

Lees verder onder de foto.

'Bacteriën zijn een soort gestripte versies van óns. Als mens heb je wat meer toeters en bellen, maar de essentie van wat jij bent zit al in die bacteriën.'Beeld Princeton University

Gek zijn op bacteriën, kunt u dat uitleggen?

'Ze zijn een soort gestripte versies van óns. Als mens heb je wat meer toeters en bellen, maar de essentie van wat jij bent zit al in die bacteriën: de manier waarop je voedsel verwerkt, je dna, de manier waarop je celmembranen maakt. En tegelijk zijn ze lekker simpel om mee te werken. Dat maakt ze een fantastisch modelsysteem om allerlei fundamentele processen van het leven te bestuderen. En I love these little guys ze zitten vol verrassingen en raadsels. Ze passen echt bij mijn persoonlijkheid.'

Wat voor beeld heeft u van ze? Ziet u ze als kleine beestjes? Als machientjes? Iets anders?

'Ik zie ze voor mijn geestesoog niet zo anders dan die schematische plaatjes die je wel van ze ziet. Maar als ik denk aan hoe ze werken, zie ik ze eerder als computers. Er komt allerlei informatie bij ze binnen, en dan rekenen ze, en doen ze iets, gebaseerd op die sensorische input. Er worden genen aan- en uitgeschakeld, er is signaalversterking, er is ruisonderdrukking. Net zoals een elektrotechnicus een printplaatje zou maken. Maar dan zonder draadjes.'

En bacteriën die samenwerken: zoiets als mieren?

'Ja, ik denk dat die vergelijking aardig in de buurt komt. Mieren, of bijen.'

Vibrio fischeri heet de bacterie waarmee het allemaal begon. Een kleine, zogeheten 'gramnegatieve' zeebacterie die oplicht in het donker. In zee heeft hij een bondje met een humeurige gevlekte inktvis genaamd Euprymna scolopes. De inktvis biedt hem onderdak in een huidplooi gevuld met lekker voedselrijk water, en in ruil zorgt de bacterie ervoor dat de inktvis 's nachts blauw oplicht, zodat zijn prooien hem bij maanlicht minder goed zien aankomen.

Al in de jaren zestig van de vorige eeuw ontdekten wetenschappers dat de 'bacterielamp' pas aanfloept als de bacteriën in voldoende concentraties aanwezig zijn. Gevalletje quorum sensing, ontdekte men: de bacteriën blijken elkaar op te porren met signaalmoleculen. Tot er zoveel van is dat de bacteriën hun 'quorum' bereiken en overkoken. Ze schakelen dan een genetisch programma aan: 'maak licht'.

Lees verder onder de uitleg.

Vibrio fischeri is de enige niet, zo bleek in de jaren daarna uit onder meer Basslers pionierswerk. De beruchte cholerabacterie Vibrio cholerae, verantwoordelijk voor 20- tot 140 duizend diarreedoden per jaar, blijkt met quorum sensing te beslissen of de kolonie al dan niet overgaat tot de aanmaak van een plakkerige biofilm. Ziekmakers als Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus en Pseudomonas aeruginosa lijken met quorum sensing af te stemmen wanneer ze gifstoffen gaan uitscheiden. En rondom plantenwortels gebruiken bacteriën als Agrobacterium tumefaciens en Pantoea stewartii het seinsysteem om af te spreken wanneer ze tot de aanval overgaan.

Overal codes, afspraken, stiekeme seintjes. En bacteriën die je opeens bespringen. Alsof je het codeboek van een of ander geheimzinnig leger openslaat.

In een eerder interview zei u: 'Ik wil nog meemaken dat mijn onderzoek mensen helpt.' En?

'Dat heb ik inderdaad altijd voor ogen gehouden. De toepassing waarover ik het meeste praat is geneeskunde. Niet meteen een antibioticum, om bacteriën te doden, maar een antimicrobieel middel. Quorum sensing is immers cruciaal voor infectie: het gaat over het maken van gifstoffen en biofilms. Als je dat kunt verstoren, maak je die bacteriën in feite doofstom, zodat ze niet meer kunnen tellen, en schop je hun aanval in de war. Zo geef je het immuunsysteem tijd om met ze af te rekenen.'

Laten we eerlijk zijn: de meeste beloftevolle moleculen schoppen het uiteindelijk niet tot geneesmiddel. Wat geeft u het vertrouwen dat het deze keer anders zal gaan?

'O, maar ik heb geen idee of het gaat lukken! Alleen is dat nog geen reden om het dan maar niet te proberen. We geloven erin, en we boeken langzaam vooruitgang in wormen, en bij muizen. En hebben nog niet gezien dat het níét werkt.'

Een andere toepassing is in coatings.

'We proberen of je anti-quorum-sensing-moleculen aan een of ander materiaal kunt laten bungelen. Als een ingebouwde stoorzender voor de communicatie tussen bacteriën. Misschien kun je zo materialen maken die bestand zijn tegen biofilms, voor toepassing in bijvoorbeeld katheters. Er zijn al ideeën om dit soort moleculen in verf te stoppen, ze te gebruiken in contactlenzen, of er desinfecterende middelen mee te maken.'

Het duurt wel lang. Sommige onderzoekers die ik bij de voorbereiding van dit gesprek benaderde zeiden: misschien hebben we quorum sensing overschat. Ondanks al het onderzoek, al het geld en alle inspanningen is er nog steeds geen zicht op een echte medische toepassing.

Diepe zucht. Stilte.

'Je bron heeft gelijk, ik heb nog niks om te laten zien. Maar... geld? Welk geld? Alsof er zoveel in wordt geïnvesteerd! Dit wordt gedaan door studenten en academici, er is bij mijn weten nog geen farmaceutisch bedrijf dat hieraan werkt! Dat idee dat Bonnie Bassler met een paar studenten een wondermedicijn moet maken... hoe denken ze dat ik dat moet doen? Ik ben Pfizer niet! Ik ben Merck niet!'

U wordt defensief.

'Ja, natuurlijk word ik defensief.'

Want het is kritiek die u vaker hoort?

Wegwuivend armgebaar: 'Constant. Natuurlijk hoor ik dit de hele tijd. Altijd, poeh poeh, ik zit mijn hele leven met mensen die roepen dat quorum sensing niet bestaat, dat bacteriën niet kunnen praten, dus vergeef me dat ik er een beetje... moe van word.'

Dan klapt ze in haar handen. Ploef, wég is de onweersbui.

'Maar ik ben een aardig mens, geen mopperkont. Stay tuned! Dit onderzoeksveld is nog maar een jaar of twintig oud. We staan nog zó aan het begin. '

Bacteriën mogen dan signaalstoffen afscheiden, dat doen ze heus niet alleen om elkaars aanwezigheid te 'voelen', op zoek naar samenwerking. Veel logischer is dat ze vooral uit zijn op eten.

Dat is de kritiek die Bassler ook volgens haar critici onomstreden pionier en autoriteit in het onderzoeksveld al jaren achtervolgt. Bassler zou bacteriën te veel vermenselijken en te veel nadruk leggen op 'praten'. Terwijl voor de hand ligt dat bacteriën veel meer redenen hebben om met moleculen de omgeving af te tasten. Om aan de weet te komen of er niet te veel stroming staat bijvoorbeeld, voordat ze gespecialiseerde enzymen eropuit sturen om voedingsstoffen te oogsten. Een beetje zoals de kampeerder die eerst zijn hand buiten de tent steekt om te kijken of het wel droog is, voordat hij brood gaat halen.

'Het idee dat bacteriën samenwerken en met elkaar praten is aanlokkelijk, omdat het is zoals wij mensen het doen', mailt Basslers grootste kwelgeest, een Canadese microbioloog met punkpaars haar genaamd Rosie Redfield. 'Maar je moet in dit soort gevallen altijd eerst kijken of de bacteriën afzonderlijk geen voordeel hebben bij het aanmaken van signaalmoleculen.'

En die voordelen zijn er. In een kritisch artikel in vakblad Cell onderscheiden de Amerikanen Thomas Platt en Clay Fuqua liefst acht redenen waarom bacteriën hun omgeving bepotelen met verkenningsmolecuultjes: uiteenlopend van de zuurgraad peilen tot voelen hoeveel plek er is. 'Dat quorum sensing bestaat, bestrijdt niemand', zegt microbioloog Tom Defoirdt van de Universiteit Gent. 'Het is alleen niet de enige, of zelfs maar de belangrijkste reden waarom bacteriën die moleculen loslaten.' Een kijk op de zaak, die ook diverse andere microbiologen die de Volkskrant sprak voorstaan.

Sepiola trirostrata.Beeld getty

Lezersaanbieding

Op donderdag 16 november houdt moleculair bioloog Bonnie Bassler in het Concertgebouw in Amsterdam de 24ste Anatomische Les. De Anatomische Les, aangeboden door het Academisch Medisch Centrum (AMC), VU medisch centrum (VUmc) en de Volkskrant, is een jaarlijkse publiekslezing op het snijvlak van geneeskunde en maatschappij door een internationaal toonaangevende spreker.

Zolang de voorraad strekt kunnen lezers van de Volkskrant toegangsbewijzen (à € 5,-) bestellen op amc.nl/al-aanmeldingen. Er is geen kaartverkoop aan de zaal. De lezing is in het Engels en begint om 13.45 uur.

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2020 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden