De bacteriën zijn mogelijk kwetsbaarder dan gedacht. En dat is goed nieuws.

Wetenschappers van het University College London hebben superscherpe beelden gemaakt van een gramnegatieve bacterie. De beelden gaan de boeken in als de scherpste afbeeldingen die ooit van een levende bacterie zijn gemaakt en geven ons een gedetailleerd beeld van de ‘huid’ van deze bacteriën. En wat blijkt? Die is mogelijk toch niet zo ondoordringbaar als gedacht. Dat is te lezen in het blad Proceedings of the National Academy of Sciences.

Gramnegatieve bacteriën
De studie draait om zogenoemde gramnegatieve bacteriën. Dit zijn bacteriën die zijn uitgerust met een beschermende buitenlaag. Dit zogenoemde membraan is lastig doordringbaar en de belangrijkste reden dat verschillende gramnegatieve bacteriën zich weinig aan antibiotica gelegen laten liggen. “Dit buitenste membraan is een geweldige barrière tegen antibiotica en een belangrijke reden voor het feit dat sommige bacteriën bestand zijn tegen medische behandeling,” bevestigt onderzoeker Bart Hoogenboom. “Maar het blijft relatief onduidelijk hoe die barrière in elkaar steekt en daarom besloten we deze gedetailleerd te bestuderen.”

Vorm voelen
Om een beter beeld te krijgen van het membraan van deze gramnegatieve bacteriën gingen de wetenschappers aan de slag met de vrij bekende bacterie Escherichia coli. Ze namen een piepklein naaldje en lieten dit over de levende bacterie glijden om zo de vorm ervan ‘te voelen’. Omdat het puntje van deze naald slechts enkele nanometers breed was, konden de onderzoekers op deze manier zelfs piepkleine structuren op het oppervlak van de bacterie ‘voelen’. En door de bacterie zo te betasten, konden de onderzoekers dat buitenste membraan ook heel gedetailleerd uittekenen. Het resulteert in de scherpste beelden die we van een levende bacterie hebben én een verrassing.

“De afbeeldingen van het buitenste membraan van bacteriën die je in boeken aantreft, laten zien dat de eiwitten ongeorganiseerd en vermengd met andere bouwblokken van het membraan zijn,” vertelt onderzoeker Georgina Benn. Maar in werkelijkheid blijkt het membraan heel anders in elkaar te steken. Het blijkt te bestaan uit dichte netwerken van eiwitten die hier en daar afgewisseld worden door gebieden die geen eiwitten herbergen, maar verrijkt zijn met glycolipiden; moleculen met suikerketens die het buitenste membraan strak houden. Een belangrijke ontdekking, zo stelt Hoogenboom. “Het suggereert dat deze barrière niet overal even ondoordringbaar is en zich niet over de gehele bacterie uitspreidt, maar sterke en zwakke plekken kent.”

Hier zie je dat het membraan bestaat uit dicht op elkaar gepakte eiwitnetwerken. Maar die netwerken worden hier en daar afgewisseld door eiwitvrije eilandjes (op de afbeelding met een stippellijn omhuld). Afbeelding: Benn et al. UCL.

Kiertjes in het harnas
Benn vergelijkt de eiwitarme plekjes in het membraan met kiertjes in het harnas van de bacterie. “We kunnen nu uit gaan zoeken of en hoe deze ordening in het membraan van invloed is op de functie en integriteit van het membraan en de resistentie voor antibiotica.” En hopelijk leidt het er uiteindelijk toe dat onderzoekers de zwakke plekken in het membraan kunnen gebruiken om gramnegatieve bacteriën die nu lastig te bestrijden zijn, toch gewapend met antibiotica tegen te gaan.

Het onderzoek geeft daarnaast ook meer inzicht in hoe gramnegatieve bacteriën geenszins gehinderd door dat taaie membraan, supersnel kunnen groeien. Zo kan E. coli zich onder ideale omstandigheden in 20 minuten tijd vermenigvuldigen. Het heeft alles te maken met die met glycolipiden gevulde eilandjes in de zee van eiwitten. Deze ‘eilandjes’ maken het membraan veel rekbaarder dan het zou zijn als het volledig uit netwerken van eiwitten zou bestaan. En dankzij die rekbaarheid kunnen de bacteriën snel groeien, zonder daarbij hun ‘harnas’ te verliezen.