Picoliterdruppeltjes met vlekjes.

Dat individuele cellen van dezelfde soort verschillen laten zien in genetische expressie, heeft alles te maken met inwendige stroperigheid. De macromoleculen worden sneller aangemaakt dan ze kunnen wegdiffunderen en daardoor ontstaan toevallige concentratiegradiënten in zo’n cel, stellen Nijmeegse onderzoekers in Nature Nanotechnology.

Volgens eerste auteur Maike Hansen kan het verklaren waarom sommige bacteriën een antibioticakuur wél overleven en hun soortgenoten niet. Het belang van die onderlinge verschillen, in het jargon ‘ruis’ of ‘noise’, wordt steeds beter onderkend. Maar tot nu toe is niet helemaal duidelijk welke factoren er op van invloed zijn.

Hansen, haar promotor Wilhelm Huck en collega’s bootsten het inwendige van cellen na in druppeltjes met een volume van één picoliter. Daarbij garandeerde een microfluïdisch systeem dat de druppeltjes, die in een tempo van 500 per seconde werden geproduceeerd, allemaal precies even groot werden.

De vloeistof waaruit die druppeltjes werden gemaakt, bestond deels uit lysaat van E.coli. Daarin zit dus alles wat zo’n bacterie nodig heeft om DNA af te lezen en eiwitten te produceren. Maar in plaats van het oorspronkelijke bacteriële DNA deden Hansen en Huck eer plasmides bij met slechts twee genen, voor respectievelijk cyaan- en geel fluorescerend eiwit.

Ten eerste zie je dan dat het aantal kopieën van dat DNA sterk uitmaakt: hoe minder het er zijn, des te meer gaat het toeval een rol spelen bij de aanmaak van die eiwitten en dus bij de kleur van de druppels. Dat viel ook te verwachten.

Maar de onderlinge verschillen (‘ruis’ of ‘noise’ in het jargon) nemen ook toe als je de vloeistof verrijkt met Ficoll 70, een copolymeer van sucrose en epichloorhydrine dat werkt als verdikkingsmiddel. ‘Macromolecular crowding’, noemen de auteurs het.

Het gevolg is dat je gekleurde vlekjes ziet ontstaan in de druppeltjes. Er zijn sterke aanwijzingen dat dat komt doordat het gevormde boodschapper-RNA blijft ‘hangen’ bij het plasmide waar het is gevormd, en dan ook lokaal naar fluorescerend eiwit wordt vertaald.

Voilgens Hansen is het tevens nuttig om te weten als je synthetische bacteriën wilt maken. Wat de inwendige viscositeit van zulke creaturen wordt moet je maar afwachten, maar ga er maar van uit dat het er behoorlijk toe doet.

bron: Radboud Universiteit, Nature Nanotechnology