E. coli-bacteriën

Onderzoekers rond William Bentley van het Fischellinstituut van de universiteit van Maryland hebben laten zien dat processen in, genetisch veranderde, cellen te ‘sturen’ zijn door elektrische signalen. Daardoor zouden die cellen te gebruiken zijn om stoffen af te leveren of om het verloop van ziektes te volgen, is het idee. Ook in de landbouw of het milieu zou er emplooi voor dit soort systemen zijn. “Het is allang een probleem in de commerciële bioelektronica om een naadloze verbinding te verzorgen tussen biologische systemen en elektronische apparaten”, zegt Bentley. “Zoals in veel ingewikkelde relaties vereist de oplossing een goede communicatie tussen beide.”
Elektronica hangt af van elektronenstromen. Elektromagnetische werken op afstand zonder ‘bedrading’. “Er stromen geen elektronen door je lijf’, zegt medeonderzoekster Sally Wang. “In biologische processen worden elektronen overgedragen in redoxreacties.” Deze elektronenoverdracht neemt een belangrijke plaats in in biologische processen zoals de fotosynthese of ademhaling.

Zo’n zes jaar geleden lieten Bentley en collega’s zien dat die redoxreacties een brug kunnen vormen tussen de biologie en elektronische systemen. Sindsdien hebben ze gewerkt om de twee onverenigbare systemen te laten communiceren op verschillende niveaus in afzonderlijke cellen maar ook in groepen cellen. Onder elkaar noemden ze hun te ontwerpen communicatiesysteem het ‘internet van het leven’.
Zo bouwden de onderzoekers een systeem waarin de biologische activiteit wordt gemeten, maar dat ook elektronisch kan worden aangestuurd. Voor de laatste moesten ze de cellen wel genetisch aanpassen.

CRISPR

Met behulp van de CRISPR-methode verbouwden de onderzoekers E. coli-bacteriën zo dat ze eiwitten en antilichamen aanmaakten van kwallen en Pseudomonas-bacteriën, waardoor de E. coli’s op een bepaalde manier reageerden op elektrische signalen. Ze reageerden op elektronen, bijvoorbeeld, door op te lichten, terwijl die lichtsignalen werden gemeten. Dat zou dan, bijvoorbeeld, aanleiding kunnen zien om meer elektronen toe te voegen of juist niet.

Die elektronen kunnen zowel afkomstig zijn van redoxreacties als uit stroomdraadjes/elektrodes. Bentley: “Dat opent de deur voor volledig nieuwe manieren om biologie te koppelen aan informatietechnieken.” De onderzoekers denken dat de toepassingen niet alleen liggen in de geneeskunde, maar ook in de landbouw of in de milieubescherming. Zo zou er een sensor gemaakt kunnen worden die het microbioom in de bodem meet.

Bron: phys.org</em>