Stel u was Antoni van Leeuwenhoek en u zag als eerste op aarde eencellige organismen door uw microscoop. Of u was Pythagoras en u begreep de opbouw van een driehoek. Had u liever als eerste van de schoonheid van sneeuwvlokken willen genieten? Of van de ringen van Saturnus? Deze ontdekkingen zijn allemaal even mooi al zult u meteen herkennen dat de laatste twee voorbeelden niet gericht zijn op toepasbaarheid. En toch zijn ook deze vindingen pareltjes van de natuur.

Tegenwoordig wordt meteen naar toepassingen van een ontdekking gezocht. Wetenschappers wringen zich vaak in de meest rare bochten om de toepasbaarheid van hun onderzoek aan te tonen. En daarbij vergeten we wel eens dat de ontdekking simpelweg mooi is.
Daarom wil ik u uitnodigen om samen met mij naar een recent ontdekt pareltje te kijken. Namelijk hoe bacteriën zich tegen virussen weren. Ik zal op de toepassingen later terug komen – laten we nu vooral eerst genieten.

Een van de meest succesvolle ziekteverwekkers zijn virussen. We pikken allemaal wel eens een verkoudheid of buikgriep op – veroorzaakt door virussen. En we zijn niet de enigen die aan virale infecties lijden: voor iedere dier – en plantensoort bestaat er een grote variatie van deze ziekteverwekkers. Zelfs vrij simpele organismen zoals bacteriën hebben last van deze indringers. En in de laatste twee jaar is duidelijk geworden dat bacteriën zich uitstekend kunnen verweren tegen virussen. Net als zoogdieren kunnen bacteriën namelijk een virale infectie onthouden en beschermen ze zichzelf voor een wederkerende infectie. Bacteriën hebben dus net als wij een aangeleerd immuunsysteem!

Bacteriën hebben geen partner nodig om zich voort te planten, en ze kunnen zich in een razend tempo vermeerderen. Bacteriën zijn overal te vinden: in de grond, in het water, in onze darmen. Sommige maken ons ziek, andere maken juist ons leven mogelijk. En al deze bacteriën moeten zich verweren tegen virussen. Hoe bacteriën virusinfecties onthouden is uniek. Ze slaan namelijk een stukje erfelijk materiaal van het virus in het eigen genoom op. En als de bacterie weer aangevallen wordt door hetzelfde virus, gebruikt het dit stukje virusgenoom om de binnendringer te herkennen en onschadelijk te maken om een nieuwe infectie te voorkomen.

Als het virus de bacterie aanvalt, maakt de bacterie eiwitten die het virale genoom in stukjes knipt. Van deze fragmenten wordt er een stuk van enkele tientallen basenparen uitgezocht. Hoe de keuze gemaakt wordt voor deze stukjes is niet duidelijk. Een hypothese is dat een bacterie – net als wij – in staat is om vreemd DNA als een soort ‘gevaar’ te herkennen, en dat de uitgekozen stukjes bepaalde motieven bevatten. Het virale DNA fragment wordt vervolgens opgeslagen op een specifieke plek in het genoom van de bacterie, waar al een reeks virusstukjes van eerdere infecties te vinden zijn. De opslag lijkt op een parelketting met twee verschillende soorten parels: een stukje eigen DNA dat altijd hetzelfde is wordt afgewisseld met een stukje viraal DNA van alle mogelijke kleuren. Op deze ketting liggen tot 300 stukjes virus. Maar de bacteriën zijn pragmatisch en de ketting is van dynamische aard: bij een nieuwe infectie wordt aan de voorkant de nieuwe ’parel’ van het virus toegevoegd. Wordt het snoertje te lang, dan worden simpelweg een paar oude pareltjes aan de achterkant weggegooid. Een heel slim bedacht systeem omdat de kans groot is dat het virus horende bij een oud stuk allang weer veranderd is en het pareltje daarmee nutteloos is.

Maar hoe werkt het geheugen dan? Zodra een virusinfectie plaatsvindt wordt de parelketting door de bacterie afgelezen. Alle kleine pareltjes worden van elkaar losgeknipt en ze kunnen nu testen of ze op het genoom van de binnendringer passen. Als er een volledige match is heeft het virus het zwaar te verduren: het genoom wordt rap in stukken geknipt en een nieuwe infectie is daarmee in de kiem gesmoord. Daar blijft het niet bij want bacteriën zijn zelfs altruïstisch; de parelketting kan aan de buren worden doorgeven waardoor zij ook beschermd raken tegen de indringers. Prachtig, toch?

Hebben wij mensen ook een soortgelijk afweersysteem in het genoom? Ondanks dat we de sequentie van het menselijk genoom kennen begrijpen we nog lang niet alle motieven. Bij bacteriën heeft het 20 jaar gekost om te begrijpen waar de parelketting goed voor is. Aangezien ons erfelijk materiaal uit ongeveer 8% virussen bestaat zou een soortgelijk systeem handig zijn om deze virussen in toom te houden. De parelketting kan ook een andere functie hebben gekregen; in dat geval zullen we een verwant systeem in het menselijk genoom ontdekken.

Maar ik wil u mogelijke toepassingen van deze ontdekking niet onthouden. Denk bijvoorbeeld aan de bacteriën die yoghurt en kaas laten fermenteren. Omdat de parelketting een unieke sequentie heeft zal het helpen de beste bacterie te identificeren voor het maken van yoghurt. Of men verrijkt de bacterie met het juiste afweersysteem door ze het juiste parelsnoertje te geven. Dat zou bodemzuiverende bacteriestammen kunnen helpen die naar een nieuwe omgeving worden verplaatst waar waarschijnlijk andere virusstammen vóórkomen dan ze gewend zijn. Een soort vaccinatie voor bacteriën dus.

Wetenschap draait om de Eureka!-momenten die ons helpen de natuur net iets beter te begrijpen. De toepassingen zullen namelijk vanzelf volgen.

Dit stuk verscheen ook op de Opiniepagina van de Volkskrantsite.