Platte bacteriën in nanospleten
Bacteriën blijken zich zowat overal doorheen te kunnen wurmen. In uiterst kleine `nanospleetjes'
blijken ze een heel nieuwe, platte vorm aan te nemen. Zelfs in deze platgedrukte vorm blijven ze met
normale snelheden groeien en delen. Dat blijkt uit onderzoek van het Kavli Institute of Nanoscience van
de TU Delft. De resultaten verschijnen deze week in de online editie van het prestigieuze
wetenschappelijke tijdschrift PNAS.
De Delftse wetenschappers maakten op een siliciumchip met nanofabricage minuscule kanaaltjes tussen
kleine kamertjes met bacteriën. Deze kanaaltjes hebben een breedte van ongeveer een micrometer en een
lengte van 50 micrometer. Vervolgens bestudeerden ze het gedrag van bacteriën van de soort E.coli en B.
subtilis in deze speciale omgeving. De bacteriën zijn door genetische modificatie fluorescerend gemaakt en
daardoor met een speciale microscoop goed te volgen.
Platgedrukt
Normaliter zwemmen deze bacteriën. Ook in verrassend smalle kanaaltjes bleken de bacteriën hun
zwemvermogen te behouden. Zelfs in kanaaltjes die slechts 30 procent breder zijn dan hun eigen diameter
(van ongeveer 1 micrometer) zwemmen ze nog net zo actief als normaal.
In nog smallere submicron kanaaltjes stopten de zwembewegingen maar trad een geheel onverwacht effect
op: het bleek dat de bacteriën zich op een andere manier toch door ultrasmalle doorgangen blijken te kunnen
worstelen, namelijk door te groeien en zich te delen. De Delftenaren constateerden dat E. coli bacteriën op die
manier doorgangen kunnen passeren die slechts de helft van hun eigen diameter breed zijn.
Postdoc-onderzoeker Jaan Männik: `Daarover waren we zeer verrast. De bacteriën worden helemaal
platgedrukt. Zowel in de kanaal als wanneer ze uiteindelijk aan de andere kant uit het kanaaltje komen,
hebben ze allerlei wonderlijke vormen. Helemaal bijzonder is echter dat ze in de kanalen, en dus onder
extreme omstandigheden, met normale snelheden blijven groeien en zich delen. Blijkbaar is hun vorm
daarvoor niet bepalend.'
Onderaardse bacteriën, membraanfilters en pacemakers
De platte bacteriën vormen een nieuw `fenotype', een nieuwe bacteriële verschijningsvorm. Die vorm kan
volgens de onderzoekers wel eens frequenter voorkomen dan je zou denken. Zo is de meerderheid van de
biomassa op aarde (!) te vinden onder de grond. Daar leven bacteriën vaak in ruimtes met afmetingen van
rond de micrometer.
Het onderzoek suggereert dat er in kleine ruimtes veel meer bacteriën aanwezig kunnen zijn dan altijd werd
gedacht. Mogelijk heeft dit directe consequenties, bijvoorbeeld voor membraanfilters (met kleine poriën) voor
waterzuivering en voor medische toepassingen denk aan pacemakers waar bacteriën zo veel mogelijk
buitengesloten moeten worden. De resultaten van het onderzoek geven bovendien meer fundamenteel inzicht
in het gedrag van bacteriën die opgesloten zitten.
Multidisciplinair
Er is wetenschappelijk nog weinig bekend over het effect van dit soort beperkte ruimtes op het gedrag van
bacteriën. Volgens prof. Cees Dekker, een van de leiders van het Delftse onderzoek, heeft dit te maken met de
noodzakelijke combinatie van heel verschillende disciplines. `Microbiologen houden zich over het algemeen
niet bezig met nanofabricage waarmee we dit gecontroleerd kunnen onderzoeken, en omgekeerd weten
nanowetenschappers meestal weinig van het gedrag van bacteriën. In onze afdeling Bionanoscience proberen
mijn collega Juan Keymer (evolutiebioloog) en ik deze disciplines nu te combineren. En dat leidt tot allerlei
nieuwe ontdekkingen.'
De onderzoeksresultaten verschijnen in de week van 17 augustus in de online editie van het wetenschappelijke
tijdschrift Proceedings of de National Academy of Sciences (USA).
Technische Universiteit Delft
Technische Universiteit Delft