Bacteriën en gist met elkaar laten praten dankzij ‘nanovertaler’

In het nieuwe systeem dat hierboven is geïllustreerd, maakte een nanovertaler (cirkel met stippen) het voor gist (groen) mogelijk om te reageren op een signaal van bacteriën (bruin). Credit: Nano-letters (2022). DOI: 10.1021/acs.nanolet.1c02435

Cellen communiceren met elkaar in de taal van de chemie, maar die uit verschillende rijken, zoals bacteriën en gisten, spreken dialecten die voor elkaar vrijwel onverstaanbaar zijn. Door te leren hoe microben ‘praten’, hopen onderzoekers op een dag hun gedrag te manipuleren om zich bijvoorbeeld tegen ziekten te beschermen. Inspanningen als deze staan ​​in de kinderschoenen, maar in een nieuwe studie in ACS’ Nano-brieven, onderzoekers beschrijven het eerste systeem waarmee twee niet-verwante organismen kunnen communiceren.

In de natuur verzenden en ontvangen veel cellen chemische signalen. Deze strategie stelt bacteriën in staat hun gedrag te reguleren, schimmels om te paren en menselijke cellen om elkaar op de hoogte te stellen van bedreigingen. Dit soort chemische communicatie heeft onderzoekers geïnspireerd om hun eigen middelen te bedenken om deel te nemen aan deze gesprekken, zodat ze de cellen instructies kunnen geven. Hoewel sommige studies micro- of nanoschaaldeeltjes hebben onderzocht die communiceren met één type cel, is het gebruik van deeltjes om communicatie tussen twee verschillende soorten cellen mogelijk te maken niet onderzocht. Antoni Llopis-Lorente, Ramón Martínez-Máñez en collega’s wilden een vertaalapparaat op nanoschaal maken, zodat ze een chemisch signaal konden sturen tussen leden van twee verschillende levensrijken – iets dat zelden voorkomt in de natuurlijke wereld.

Het team bouwde de nanovertaler van silica-nanodeeltjes geladen met twee moleculen: een die reageert met glucose en een andere molecuul genaamd fleomycine. Het signaleringssysteem dat ze bouwden, had twee stappen, die ze onafhankelijk testten en vervolgens in elkaar zetten. Eerst gaven de onderzoekers een signaal door E. coli bloot te stellen aan lactose. De bacteriën zetten de lactose om in glucose, dat reageerde met de nanovertaler. Vervolgens gaf dit apparaat fleomycine vrij, een andere boodschapperverbinding. De gist Saccharomyces cerevisiae detecteerde de fleomycine en reageerde door te fluoresceren, iets waarvoor ze genetisch gemanipuleerd waren. De onderzoekers zien veel mogelijke toepassingen voor vergelijkbare op nanovertalers gebaseerde communicatiesystemen. Deze apparaten kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt om cellen te vertellen dat ze bepaalde processen moeten uitschakelen en andere moeten inschakelen, of om de activiteit van menselijke immuuncellen te veranderen om ziekten te behandelen, zeggen de onderzoekers.