Microbiologie in hapklare porties
Tumoren vangen met een magneet-bacterie.
Wat associeer je met het woord “magneet”? Misschien denk je aan de magneten op je koelkast, of denk je aan de typische U-vormige magneten uit tekenfilms. Een kompas werkt ook met magnetisme. Wat als ik zeg dat bacteriën en magneten wat met elkaar te maken hebben? Er zijn aquatische micro-organismen die “magnetotactische bacteriën” (MTB) heten en, net als een kompas, het magnetisch veld van onze planeet kunnen voelen. MTB’s leven van weinig zuurstof (microaeroob), vaak op de scheiding van zuurstofrijke en zuurstofarme gebieden. Deze overgangszones zijn een plek met veel leven op de bodem van zoet water. Er loopt een verticale gradiënt van zuurstof naar beneden, en een verticale gradient van gereduceerd ijzer en zwavel naar boven. Door die drie samen te brengen kunnen de bacteriën energie oogsten (met klassieke redox-reacties). Om de beste concentratie zuurstof c.q. ijzer te vinden nemen MTB’s het magnetisch veld om hen heen waar. Daarvoor hebben ze een speciaal organel met magnetische nanodeeltjes, het ‘magnetosoom’. Zo voert het aardmagnetisch veld de bacterie naar de plek met de meeste voedingsstoffen en zuurstof.
Okee, interessant, maar wat kunnen we ermee? Wetenschappers zien in MTB’s een verbetering van een oud idee om kanker te bestrijden. Magnetische nanodeeltjes leken namelijk ooit hét antwoord om tumoren te bestrijden. Ze zijn klein genoeg om een cel in te kunnen en tasten celmembranen niet aan. Eenmaal in de cel kan je met een externe magneet de bolletjes laten ronddraaien, waarbij wrijving voor warmte zorgt. In zo’n tumor kan het daardoor zo warm worden, dat zijn eiwitten denatureren en uiteindelijk apoptose (geprogrammeerde celdood) optreedt. Vergelijk het met bubbeltjesplastic: met elke bubbel die je kunt knappen, wordt het volume van het plastic minder. Elke geknapte bubbel stelt dan een dode tumorcel voor, en een platter vel bubbeltjesplastic een kleinere tumor.
Het idee is goed, maar de praktijk blijkt moeilijker: de nanodeeltjes worden maar mondjesmaat door tumorcellen opgenomen. De niet-opgenomen deeltjes komen ergens anders in het lichaam terecht. De deeltjes missen dus richting, waardoor ze hun doel niet bereiken.
MTB’s kunnen hiervoor een oplossing bieden, omdat wetenschappers de bacteriën zo kunnen manipuleren dat ze een tumor opzoeken. MTB’s bewegen door hun flagellen sneller dan losse nanodeeltjes, maar nemen de magnetische nanodeeltjes in hun magnetosomen overal mee naartoe. Zo kan het oververhitten van tumorcellen direct vanuit de bacterie plaatsvinden.
De strategie met MTB’s blijkt heel specifiek voor tumoren. Specificiteit is belangrijk, omdat de gezonde weefsels dan niet aangetast worden door rondzwevende celdodende medicijnen én het medicijn in een gecontroleerde concentratie bij de tumor terecht komt. Hoewel het een veelbelovende strategie is, zijn er nog veel uitdagingen:
- Wetenschappers hebben heel veel MTB’s nodig om relevante hoeveelheden nanodeeltjes in de tumor te krijgen.
Daarnaast moeten wetenschappers de MTB’s zo afstellen dat ze zich in de juiste richting blijven bewegen. Dat betekent modificatie van de eiwitten in het magnetosoom, terwijl vele van die eiwitten nog nauwelijks onderzocht zijn.
- MTB’s moeten zich door onze aderen verspreiden – dat levert weerstand en kan de beweeglijkheid remmen.
Stel je voor: je bent op weg naar iemand die twee straten verder woont. Dat is geen probleem als de weg vrij is. Maar als de straten stampvol staan, moet je je door de mensenmassa wringen – als dat lukt. Hetzelfde gebeurt met de MTB: de bloedbaan kan het effect op de tumor verminderen.
- Wetenschappers en doktoren gebruiken waarschijnlijk een combinatie van geneesmiddelen om een tumor aan te pakken, waarvan MTB’s er een kunnen zijn.
EveryElk lichaam is anders, dus iedereen reageert verschillend op specifieke behandelingen. MTB’s zullen ook anders reageren als ze in combinatie met verschillende medicijnen worden ingezet. Wetenschappers moeten nog uitvinden welke combinaties van MTB’s met bijvoorbeeld chemotherapie of radiotherapie goed werken.
Er is dus nog genoeg te doen voor de onderzoekers die met MTB’s werken. De nanodeeltjes die zich gericht kunnen voortbewegen bieden in ieder geval eenongekende precisie om tumorcellen op te sporen. Wetenschappers hebben nog veel te leren, maar de toekomst barst van de mogelijkheden. Net als een kompas het noorden aanwijst, wijzen magnetotactische bacteriën naar een betere toekomst – met dezelfde mechanismen.
Link to the original post: M. L. Fdez-Gubieda, J. Alonso, A. García-Prieto, A. García-Arribas, L. Fernández Barquín, and A. Muela , “Magnetotactic bacteria for cancer therapy”, Journal of Applied Physics 128, 070902 (2020)
Featured image: Image by Pexels from Pixabay
Vertaald door: Steven Pilon
micro-bites.org 