Maak kennis met je nieuwe collega’s: Bacteriën trekken een uniform aan

Ze dichten gaten in beton, genezen ziekten in het lichaam en ruimen mijnenvelden op. Onderzoekers hebben een leger bacteriën afgericht en de microslaven vervolgens geleerd taken te verrichten die geen mensenhand ooit zou aankunnen.

Ze dichten gaten in beton, genezen ziekten in het lichaam en ruimen mijnenvelden op. Onderzoekers hebben een leger bacteriën afgericht en de microslaven vervolgens geleerd taken te verrichten die geen mensenhand ooit zou aankunnen.

Illustreret Videnskab

Bouwvakkers

Bacteriebellen herstellen beton

Wegen, bruggen, tunnels en dammen zijn gemaakt van beton, dat na verloop van tijd wegerodeert door weer, wind en water. Als er scheuren in ontstaan, kunnen water en schadelijke stoffen de constructie van binnenuit vernielen, dus het is belangrijk om beton tijdig te herstellen.

Onderzoekers hebben een ploeg piepkleine bouwvakkers daarom geleerd het materiaal te onderhouden.

Zogeheten biobeton is bouwmateriaal dat is verrijkt met sluimerende bacteriën en met de natuurlijke, stikstofhoudende stof ureum, die ook in urine zit. De bacteriën worden gewekt zodra er een scheur ontstaat of water naar binnen sijpelt en de capsules met de microben barsten.

?

© KUNAMINENI VIJAY ET AL.

Meteen vullen de bacteriën de scheur laagje voor laagje op met kalk door ureum en calcium, dat van nature in beton voorkomt, te gebruiken als voedselbron en bouwsteen. Het enige bijproduct is ammoniak, dat in dit proces onschadelijk is.

Wanneer de scheur is gedicht, gaan de bacteriën slapen en wachten ze totdat ze weer aan de bak moeten.De klus is te klaren door verschillende bacteriesoorten die ureum kunnen omzetten en honderden jaren kunnen overleven in het extreem basische milieu van beton.

Bovendien wijzen experimenten met de bacterie Bacillus subtilis uit dat hij niet alleen scheuren repareert, maar het beton ook sterker maakt.

Sommige handige bacteriën kunnen gaten herstellen en zelfs constructies vanbinnen versterken met materialen die in het beton zijn geïntegreerd.

© DELFT UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Scheur wekt bacteriën

Beton met stikstofhoudend ureum zit vol microcapsules met sluimerende bacteriën en calcium. Bij een scheur in het beton waar water doorheen sijpelt, lossen de capsules op en komen de bacteriën vrij.

© DELFT UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Bacteriën reageren

De bacteriën binden calcium aan hun oppervlak en absorberen ureum, dat ze splitsen en weer uitscheiden als het koolstofhoudende carbonaat. Samen vormen calcium en carbonaat calciumcarbonaat: kalk.

© DELFT UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Kalk vult de gaten

Zolang de bacteriën lucht en water krijgen, planten ze zich voort en vormen ze kalk. Is de hele scheur gevuld, dan gaan ze weer sluimeren. Zo valt er met biobeton enorm op het onderhoud te besparen.

Artsen

Huidbacterie kan diabetes behandelen

Bacteriën diep in de huid kunnen de taak van de alvleesklier overnemen en insuline produceren voor diabetespatiënten.

Insulinepompjes kunnen voor mensen met diabetes 1 verleden tijd zijn dankzij recent ontdekte stafylokokbacteriën, die dieper in de huid kunnen leven dan gedacht. In de bloedvaten van de diepe huidlaag kan de (gemuteerde) bacterie registreren wanneer het glucosegehalte te hoog is.

Een gen in de bacterie maakt vervolgens insuline aan, dat de bloedbaan in gaat en de suiker naar de spieren en organen brengt, die het verbruiken.
Omdat de bacterie van nature in de huid leeft, raakt die niet ontstoken.

Anders dan bij een insulinepomp of een transplantatie van een gezonde alvleesklier geven de bacteriën geen irritaties, littekens of immuunrespons. Onderzoek moet uitwijzen hoeveel bacteriën er nodig zijn om genoeg insuline aan te maken.

Salmonella bombardeert tumor

Voor kamikazemissies op tumoren rekruteren onderzoekers gemanipuleerde salmonellabacteriën.

Een nieuwe kankertherapie krijgt hulp uit onverwachte hoek: salmonellabacteriën. De bacteriën zijn zo gemodificeerd dat ze als zelfmoordterroristen kankercellen meesleuren in hun val. Experimenten met muizen die een levertumor hebben, zijn veelbelovend.

Toen de muizen werden gevoed met de bacteriën, vonden die hun weg naar de delen van de tumoren waar geen zuurstoftoevoer of ader is. Salmonellabacteriën kunnen goed overleven in een omgeving met weinig zuurstof, waar chemotherapie niet werkt.

De bacteriën hebben allerlei wapens, die bijvoorbeeld de membranen van de kankercellen afbreken en de afweer van het lichaam activeren.

/ 3

Bacterie zit verstopt in tumor

Vanuit de maag gaan de onschadelijke salmonellabacteriën met het bloed mee naar het zuurstofarme binnenste van de tumor, waar ze zich ophopen en zich verbergen voor het immuunsysteem.

1

Explosie van bacteriën

De bacteriën zijn zo gemanipuleerd dat ze springen als er genoeg de tumor bereiken. Als ze afsterven, staan ze stoffen af die kankercellen vergiftigen en om zeep helpen of het immuunsysteem activeren.

2

Bombardement begint weer

Van de bacteriën overleeft 10 procent de aanval, waarna het kamikazeleger zich opmaakt voor de volgende actie. De tumor slinkt tot tweederde, wat samen met chemo het leven van de patiënt verlengt.

3
© Claus Lunau

De bacteriën vallen aan wanneer er een voldoende aantal een gebied bereikt.

De groei van de tumoren stopte door een combinatie van bacteriën en chemotherapie, en de muizen leefden de helft langer dan niet-behandelde muizen. Door de zelfmoorden bleef het aantal bacteriën bovendien binnen de perken.

Vuilnismannen

Mutantbacteriën vreten plastic op

Een recent ontdekte bacterie breekt plastic af en leeft ervan. Nu moet hij de weg vrijmaken voor een methode om plastic uit de natuur te verwijderen.

Plastic afval in de natuur is een groot probleem, maar de oplossing kan microscopisch klein zijn.

Onderzoekers hebben ontdekt dat de bacterie Ideonella sakaiensis het enzym petase uitscheidt, dat het materiaal pet uit onder meer plastic flessen afbreekt.

I. sakaiensis kan zich aan bijvoorbeeld een petfles hechten en het enzym petase uitscheiden, dat plastic afbreekt tot zogeheten MHET. De bacterie kan deze stof opnemen en afbreken tot kortere, minder schadelijke molecuulketens als CO2 en suiker.

© Kohei Oda/Kyoto Institute of Technology

Het gemanipuleerde enzym brak het pet al na enkele dagen af, wat zo’n 20 procent sneller is dan normaal. Volgens de onderzoekers kan het 450 tot 1000 jaar duren voordat petflessen in zee of op de bosbodem zijn afgebroken.

De laatste 60 jaar zijn de bacteriën gemuteerd op stortplaatsen waar ze alleen maar plastic te eten hadden.

Door van de bacterie af te kijken hoe hij petase maakt, hopen de wetenschappers dat enzymen en bacteriën een grote rol kunnen spelen bij het verwijderen van verschillende soorten plastic uit de natuur.

Koks

Bacteriën maken eten voedzamer

Onderzoek toont aan dat het heel goed voor de gezondheid kan zijn om te koken met bacteriën.

Bij olijven, zuurkool, sojasaus en yoghurt brengen bacteriën de fermentatie op gang: een chemisch proces dat het voedingsgehalte en de smaak verandert. In het oosten wordt fermentatie al toegepast sinds 8000 v.Chr.

Recent onderzoek wijst uit dat fermentatie stoffen afbreekt die de opname van voedingsstoffen blokkeren, terwijl vitaminen die bij andere bereidingswijzen worden afgebroken, behouden blijven.

Natto, een product van gefermenteerde sojabonen, bevat het enzym nattokinase, dat de bloeddruk lijkt te verlagen.

© Shutterstock

Bacteriën in augurken, natto en zuurkool produceren vitamine K2, die mensen zelf niet aanmaken maar via hun voedsel binnen moeten krijgen. Ook zijn fermentatiebacteriën goed voor het hart- en vaatstelsel, de stofwisseling en het immuunsysteem.

Melkzuurbacteriën zijn de meest voorkomende bacteriën in de voedselproductie. In kaas en yoghurt zetten ze de suiker lactose om in melkzuur, waardoor de melkeiwitten samenklonteren en het product een dikkere consistentie krijgt.

Detectives

Colibacteriën worden moderne mijnenruimers

Normaal veroorzaken ze voedselvergiftiging, maar E. coli-bacteriën kunnen ook detectives zijn. Door manipulatie hebben onderzoekers de bacteriën nu geleerd om landmijnen op te sporen.

Zeker 100 miljoen landmijnen wereldwijd vormen een veiligheidsrisico voor de bevolking van (voormalige) conflictgebieden. Daarom zetten onderzoekers gemodificeerde E. coli-bacteriën in.

Bacteriën wijzen landmijnen aan

© Shutterstock

Verspreiding bacteriën

’s Nachts worden algenbollen met genetisch gemodificeerde E. coli-bacteriën verspreid op plekken waar mogelijk mijnen liggen.

© Shutterstock

Springstof geeft licht

Na drie uur hebben de bacteriën kleine doses van de springstof TNT opgesnoven. Daardoor maken ze het eiwit GFP aan, dat fluorescerend licht uitzendt als de bollen bijvoorbeeld vanuit een drone worden beschenen met stralen van een scansysteem met laser.

© HEBREW UNIVERSITY

Licht duidt op mijnen

Camera’s op de drone filmen de lichtbollen, die erop duiden dat er binnen 2 meter mijnen liggen. Mijnruimers maken ze onschadelijk.

De springstof van landmijnen, TNT, geeft dampen af die zich ophopen in de bodem. De bacteriën hebben genen gekregen die lichtgevende eiwitten vormen als ze in contact komen met TNT en zijn primaire afbraakproduct, DNT.

Wanneer bollen van een organisch algenmateriaal met bacteriën worden verspreid in gebieden met landmijnen, ziet een scansysteem licht van de bollen die bij mijnen liggen.

De wetenschappers werken nog aan het verfijnen van de techniek. Ze willen ook andere explosieven kunnen opsporen en het bereik van het lasersysteem vergroten door het aan een drone te koppelen om grotere gebieden snel te kunnen scannen.

Verder willen ze de levensduur van de bacteriën beperken, zodat de genetisch gemodificeerde organismen na de missie snel afsterven en niet in het milieu achterblijven.