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).