Wetenschappers haalden oud DNA uit bacteriën in het tandsteen van mensen en neanderthalers uit de steentijd. Dat stopten ze vervolgens in hedendaagse microben om nog onbekende steentijdmoleculen te produceren.

Microben zijn ongelofelijk efficiënte fabrieken. We gebruiken ze dan ook om allerlei geneesmiddelen mee te maken. Maar er is een wereld waar we nog niet in hebben getapt. En dat zijn de bacteriën van vroeger. Een onderzoeksteam van het Leibniz Institute for Natural Product Research and Infection Biology, het Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology and Harvard University zijn er nu voor het eerst in geslaagd de genen van een microbe uit de steentijd (2,5 miljoen tot 5000 jaar geleden) te reconstrueren om er vervolgens moleculen mee te maken. De publicatie verscheen in Science.

Lees ook:

• ‘Bacteriën in zee laten plastic deels verdwijnen’
• ‘De bacteriën kunnen helpen om nieuwe antibiotica te ontwikkelen’
• Gaan bacteriën betonnen constructies redden?

DNA puzzelen

Wanneer een organisme sterft, valt zijn DNA razendsnel in kleine stukjes uiteen. Deze stukjes zijn te identificeren door ze op te zoeken in grote databases van bekende genen. Daarna is het mogelijk om van de fragmenten weer complete genen te maken. Maar hoe ouder de DNA-fragmenten zijn, hoe groter de kans dat ze behoren tot een onbekend gen en niet in een database staan. Hoe moet je dan het DNA in elkaar puzzelen tot genen?

De huidige onderzoekers, onder leiding van Christina Warinner, werkten eerst drie jaar aan een nieuwe methode om de oude fragmenten toch met elkaar te kunnen matchen. Dankzij de nieuwste, slimme computertechnieken lukte het uiteindelijk om DNA-stukken van meer dan 100.000 basenparen (de bouwstenen van DNA) in elkaar te puzzelen. Een gemiddeld gen bestaat uit enkele honderden tot miljoenen van deze bouwstenen. Oftewel; een geconstrueerde DNA-fragment kan een of meerdere oude genen bevatten.

Nieuwe bacterie

Vervolgens gingen Warinner en collega’s op zoek naar bacterieel DNA om te reconstrueren. Dat vonden ze in het tandsteen op kiezen van twaalf neanderthalers die tussen de 102.000 tot 40.000 jaar geleden leefden, 34 mensen uit de periode van 30.000 tot 150 jaar terug en ook nog achttien mensen die nu nog leven.

Uit de verkregen DNA-fragmenten konden ze enkele genen reconstrueren. Een aantal daarvan bleken te behoren tot een onbekend lid van het Chlorobium-geslacht (een groep van zwavelbacteriën). Deze microbe werd aangetroffen in zeven neanderthalers en mensen uit de steentijd, maar niet in de moderne mensen. Blijkbaar kwam die alleen voor in de oudheid.

Paleofuranen

Uiteraard wilden Warinner en collega’s ook testen welke rol dit gen had in de steentijdbacterie. En dus zetten ze de gefabriceerde genen in levende bacteriën. Die gingen vervolgens aan de slag en produceerden een compleet nieuwe klasse moleculen, paleofuranen. Deze moleculen bevatten een ring met een zuurstofatoom erin.

Het is nog onbekend of deze paleofuranen nuttig kunnen zijn voor mensen, maar de onderzoekers denken dat er nog veel meer te ontdekken valt in het DNA van prehistorische bacteriën. Ze bevolken deze aarde tenslotte al zeker 3 miljard jaar. Wie weet wat voor potentiële nieuwe medicijnen daarin te vinden zijn?

Toch niet zo spectaculair?

“Het onderzoek toont aan dat ondanks de enorme stappen die het afgelopen decennium zijn gemaakt in archeologisch DNA-onderzoek, er nog voldoende mogelijkheden zijn voor vernieuwing”, vertelt humaan archeologisch DNA-onderzoeker Eveline Altena van het LUMC. “Naast het humane DNA zelf van onze voorouders biedt ook het DNA van hun microbioom (de in en op mensen groep levende microben) verrassende nieuwe inzichten in ons verleden.”

“Het verrassende aan dit onderzoek is dat de meest voorkomende genensequenties behoren tot een chlorobium“, geeft microbioloog Klaas Hellingwerf van de Universiteit van Amsterdam aan. “Maar ik denk dat het niet uit te sluiten is dat het DNA pas in een heel laat stadium, na het overlijden van de individuen, op het tandmateriaal is terechtgekomen.” Dus of het daadwerkelijk om een steentijdbacterie gaat, is nog maar de vraag.

“Vervolgens brengen de onderzoekers de genen tot uitdrukking in de hedendaagse bacteriën pseudomonas en photorhabdus“, gaat Hellingwerf verder. “De geproduceerde stoffen kunnen het resultaat zijn van deze microben. Beter hadden ze de genen in een nu nog bestaande Chlorobium-bacterie kunnen zetten. Dan was de uitkomst mogelijk minder spectaculair geweest (misschien maken die helemaal geen nieuwe molecuulklasse, red.). Maar dat zullen we op basis van deze publicatie nooit weten.”

Kortom, interessant, maar wel wat kanttekeningen bij deze studie. Hopelijk voer voor vervolgonderzoek.

Bronnen: Science, Leibniz Institute for Natural Product Research and Infection Biology – Hans Knoell Institute via EurekAlert!

Beeld: Felix Wey/Werner Siemens Foundation

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!