Bacteriën blijken tientallen nieuwe manieren te hebben om virussen te herkennen

Bacteriën hebben veel meer manieren om virussen te herkennen dan wetenschappers dachten. Een internationaal onderzoeksteam bracht in kaart hoe eiwitten uit de STAND-NTPase-familie in bacteriën fungeren als alarmsysteem tegen bacteriofagen, virussen die specifiek bacteriën infecteren. De onderzoekers vonden minstens negentig verschillende eiwitfamilies die hierbij een rol spelen, veel meer dan de handvol die al bekend was.

Een oud alarmsysteem, ook bij mensen

Dezelfde eiwitfamilie komt ook voor bij planten en dieren, inclusief de mens. Bij ons heten deze sensoren NOD-achtige receptoren en ze zijn essentieel voor het aangeboren immuunsysteem, het eerste verdedigingsmechanisme dat lichaamsvreemde indringers herkent. Dat bacteriën, planten en dieren onafhankelijk van elkaar op vergelijkbare eiwitten zijn uitgekomen, laat zien hoe fundamenteel dit type moleculaire herkenning is voor het leven. Het onderzoek raakt daarmee aan hetzelfde terrein als CRISPR, dat ooit ook als bacterieel afweersysteem werd ontdekt voordat het uitgroeide tot een veelgebruikt hulpmiddel voor gentechniek.

Met cryo-elektronenmicroscopie, een techniek waarmee moleculen tot op atomaire schaal zichtbaar worden gemaakt, onderzochten de wetenschappers hoe één specifiek eiwit, Avs7, een virus herkent bij de bacterie Salmonella enterica. Avs7 blijkt het manteleiwit van het virus te herkennen, het eiwit dat de buitenkant van het virusdeeltje vormt. Zodra Avs7 dit eiwit tegenkomt, klapt het om tot een asymmetrische, vlindervormige structuur van vier eiwitten samen.

Bestaand bacterie-eiwit krijgt nieuwe rol

Opvallend is dat het afweercomplex daarbij een heel ander eiwit inschakelt: EF-Tu, dat normaal een rol speelt bij het aflezen van genetisch materiaal tot nieuwe eiwitten. In het defensiecomplex versterkt EF-Tu juist de afweerreactie. De bacterie zet dus een bestaand onderdeel van de cel in voor een compleet andere taak. Dat principe, het hergebruiken van bestaande bouwstenen voor nieuwe functies, is ook relevant voor onderzoekers die met synthetische biologie nieuwe toepassingen willen ontwerpen.

Honderden virusgenen getest

Om te zien hoe wijdverbreid dit soort herkenning is, testten de onderzoekers 687 verschillende virusgenen tegen bacteriële afweereiwitten. Daaruit kwamen dertien extra eiwitfamilies naar voren die elk een ander onderdeel van het virus herkennen: van de poort waardoor het virus zijn DNA injecteert tot de staartvezels waarmee het zich aan een bacterie hecht, en van het enzym dat virus-DNA kopieert tot het eiwit dat de DNA-streng bij elkaar houdt. Samen herkennen deze eiwitten vrijwel alle kernonderdelen die een virus nodig heeft om zich op te bouwen en te vermenigvuldigen.

De bevindingen laten zien dat bacteriën een veel breder arsenaal aan afweermechanismen hebben dan gedacht. Bacteriële afweersystemen hebben in het verleden al geleid tot belangrijke laboratoriumtechnieken. Een beter begrip van hoe deze sensoren virussen herkennen, kan op termijn bijdragen aan nieuwe biotechnologische toepassingen, bijvoorbeeld voor het bestrijden van antibioticaresistente bacteriën met virussen op maat.