De oceaan als medicijnkast: Leidse onderzoekers speuren naar nuttige microben
Meer dan 1.200 microbiële stammen, 8.000 extracten en 160.000 tests. In een groot Europees onderzoeksproject zochten Leidse onderzoekers naar veelbelovende stoffen uit zee. Die zoektocht leverde nieuwe stoffen op die mogelijk helpen bij de bestrijding van ziekten bij mensen, planten en vissen.
Nieuwe medicijnen, gewasbeschermers en middelen tegen visziekten zouden zomaar hun oorsprong kunnen hebben op de zeebodem. Juist daarom zochten projectcoördinator Gilles van Wezel en projectmanager Mariana Avalos Garcia, beiden Leids bioloog, samen met hun collega’s naar micro-organismen die nuttige stoffen produceren, onder meer in sponsen, algen, vissen en zouttolerante planten.
‘Mariene ecosystemen zijn bijzonder veelbelovend’, zegt Avalos Garcia. ‘De organismen daar hebben unieke manieren ontwikkeld om te overleven onder sterke concurrentie, ziektedruk en omgevingsstress. Daarbij produceren ze vaak nieuwe stoffen om zichzelf te beschermen, die heel anders zijn dan stoffen die op het land voorkomen.’
Op zoek naar een speld in een hooiberg
Maar hoe vind je tussen al die micro-organismen precies de stoffen die interessant zijn? Dat is volgens Avalos Garcia zoeken naar een speld in een hooiberg. Het team ontwikkelde daarom een analyse-instrument dat hielp om snel kansrijke moleculen uit de duizenden monsters te selecteren.
De onderzoekers analyseerden meer dan 1.200 microbiële stammen, maakten daaruit ruim 8.000 extracten en onderwierpen die aan meer dan 160.000 biologische testen. Zo vonden ze verschillende stoffen en groepen micro-organismen die ziekteverwekkers kunnen onderdrukken.
Voor vijf van de meest veelbelovende stoffen zijn inmiddels vervolgstappen gezet. De onderzoekers kijken of ze die stoffen duurzaam op grotere schaal kunnen produceren. Daarvoor controleren ze onder meer ze de chemische structuur en de werking van de stoffen, en verbeteren ze de fermentatie. Bij fermentatie kweken onderzoekers micro-organismen onder gecontroleerde omstandigheden, zodat die de gewenste stoffen produceren.
Ontdekken zonder schade aan de zee
Duurzaamheid was vanaf het begin een belangrijk uitgangspunt van het project. Door micro-organismen in het lab te kweken en via fermentatie de gewenste stoffen te maken, willen onderzoekers voorkomen dat ze steeds opnieuw sponsen of andere mariene organismen uit de zee moeten halen. Dat maakt grootschalig onderzoek mogelijk zonder extra druk op kwetsbare ecosystemen.
‘De zoektocht naar nieuwe stoffen heeft alleen zin als we de biodiversiteit die deze ontdekkingen mogelijk maakt niet aantasten’, aldus Avalos Garcia.
Vanwege de gekozen cookie-instellingen kunnen we deze video hier niet tonen.
Bekijk de video op de oorspronkelijke website ofVerborgen genen activeren
Sommige micro-organismen hebben de recepten voor interessante stoffen al in huis, maar maken ze in het lab niet. De genen die daarvoor nodig zijn, blijven dan inactief. Die genen liggen vaak bij elkaar in zogenoemde biosynthetische genclusters.
De groep van Van Wezel onderzocht hoe ze zulke clusters kunnen activieren, zodat micro-organismen ook stoffen maken die anders verborgen blijven. Daarvoor testten de onderzoekers verschillende signaalstoffen, zogenoemde elicitors.
‘We gingen op zoek naar sleutels om ongelezen boeken te openen’
‘Micro-organismen hebben vaak een bibliotheek vol boeken, maar de meeste boeken zitten op slot’, legt Avalos Garcia uit. ‘Een elicitor vinden is als het vinden van de sleutel waarmee je die nog ongelezen boeken kunt openen.’
Meer dan alleen nieuwe stoffen
Naast het zoeken naar nieuwe stoffen wilden de onderzoekers ook beter begrijpen hóe micro-organismen ziekteverwekkers onderdrukken. Bio-informatici onder leiding van Marnix Medema onderzochten de mechanismen achter dat proces.
Jos Raaijmakers en Victor Carrión richtten zich op zouttolerante planten. Ze gingen op zoek naar micro-organismen die onze gewassen beter bestand kunnen maken tegen verzilting. Dat kan aanknopingspunten bieden voor landbouw in gebieden waar de bodem steeds zouter wordt.
Een schat aan kennis én een nieuwe generatie wetenschappers
Volgens Avalos Garcia gaat de opbrengst van MARBLES verder dan nieuwe stoffen alleen. Het project leidde ook tientallen promovendi en postdocs op die werken op het snijvlak van microbiologie, chemie, bio-informatica en duurzaamheid. Daarmee heeft het project niet alleen een schat aan nieuwe mogelijkheden in de oceaan blootgelegd, maar ook een nieuwe generatie wetenschappers voorbereid om die verder te onderzoeken.
Europese Commissie zet oceaanonderzoek in de schijnwerpers
Het MARBLES-project is onlangs uitgelicht in de serie Results in Brief van CORDIS, het onderzoeksplatform van de Europese Commissie. Voor deze serie selecteert de Commissie afgeronde projecten die volgens haar een grote wetenschappelijke, maatschappelijke of innovatieve waarde hebben.
Het project werd geleid door hoogleraar Moleculaire biotechnologie Gilles van Wezel en liep van 2021 tot 2026. Het ontving bijna 7,5 miljoen euro financiering uit het Europese onderzoeksprogramma Horizon 2020.