Zoals gist in bakkerijen dient als eencellige helper, de bacterie Escherischia coli is een must in elk biotechnologisch laboratorium. Een team onder leiding van Prof. Dr. Barbara Di Ventura, hoogleraar biologisch signaleringsonderzoek aan de Universiteit van Freiburg, heeft een nieuwe zogenaamde optogenetische tool ontwikkeld die een standaardmethode in de biotechnologie vereenvoudigt:in plaats van de bacteriën te voeden met suiker zoals gewoonlijk wordt gedaan, de onderzoekers kunnen er nu gewoon licht op schijnen. Di Ventura, Prof. Dr. Mustafa Hani Khammash van ETH Zürich/Zwitserland en hun teams, belangrijkste eerste auteurs Edoardo Romano en Dr. Armin Baumschlager, publiceerden hun resultaten in Natuur Chemische Biologie .

"We hebben het nieuwe systeem BLADE genoemd - blauw licht-induceerbare AraC-dimeren in Escherichia coli, " legt Romano uit. Wetenschappers controleren de expressie van een gewenst gen in de bacterie E. coli met behulp van de PBAD-promoter, dat deel uitmaakt van het genetische netwerk dat het metabolisme van de suikerarabinose in bacteriën regelt. Hierdoor kunnen ze selectief eiwitten produceren en signaalprocessen in de bacteriën bestuderen. "Dit nieuwe lichtgeleide construct kan het wijdverbreide arabinose-genexpressiesysteem vervangen, het vergemakkelijken van de adoptie van optogenetica onder microbiologen, " legt Di Ventura uit, die lid is van de Clusters of Excellence CIBSS-Centre for Integrative Biological Signalling Studies en BIOSS-Centre for Biological Signalling Studies.

Optogenetica gebruikt eiwitten die op licht reageren om celfuncties te reguleren. "BLADE is bedoeld voor gebruik in synthetische biologie, microbiologie, en biotechnologie. We laten zien dat onze tool gericht kan worden ingezet, dat het snel en omkeerbaar is, " merkt Di Ventura op. Om te demonstreren met welke precisie BLADE op licht reageert, Di Ventura en haar team maakten bacteriografen:beelden gemaakt van bacterieculturen. BLADE bestaat uit een lichtgevoelig eiwit en een transcriptiefactor:een eiwit dat een specifieke sequentie van het DNA bindt dat in het zogenaamde promotorgebied van een gen wordt gevonden en controleert of het bijbehorende gen door de celmachinerie wordt gelezen. De onderzoekers controleerden met BLADE de expressie van het gen dat codeert voor een fluorescerend eiwit om de bacteriografen te maken.

De wetenschappers van Freiburg verlichtten het bacteriegazon door een fotomasker dat op het deksel van petrischalen was geplakt. De bacteriën fluoresceerden op het punt waarop ze werden verlicht, omdat BLADE is geactiveerd:de afbeeldingen zijn gemaakt onder een fluorescentiemicroscoop. In een ander experiment, de onderzoekers gebruikten BLADE om genen te reguleren die E. coli-cellen langer maakten, dikker en staafvormig. Het was zelfs mogelijk om de veranderingen ongedaan te maken:de cellen keerden na vier uur zonder licht terug naar hun oorspronkelijke vorm. Op deze manier, het systeem kan worden gebruikt om veel andere genen te bestuderen, zelfs genen die niet van E. coli zijn.