Vis als meetinstrument: Technieken

Waarom een meetvis?

In het water zitten allerlei soorten afvalstoffen. Een bijzondere groep stoffen zijn de oestrogeen-achtige stoffen. Oestrogenen zijn vrouwelijke hormonen. Ze komen op verschillende manieren in het water terecht. Sommige bestrijdingsmiddelen lijken op oestrogenen. Ook zijn er chemische afvalproducten die op oestrogenen lijken. Tevens komen er door het gebruik van de anticonceptiepil via de urine oestrogenen in het rioolwater terecht.

Het effect van deze stoffen op mensen is onduidelijk. Bij vissen is vastgesteld dat oestrogenen invloed hebben op hun ontwikkeling. Mannetjesvissen kunnen onder invloed van oestrogenen vrouwelijke kenmerken krijgen. De kans bestaat dat mensen ook door de stof beïnvloed kunnen worden. Zo zou het bijvoorbeeld kunnen dat mannen onder invloed van oestrogenen minder zaadcellen gaan maken. Het is daarom van belang dat zowel de hoeveelheid oestrogenen als het effect dat die hoeveelheid op levende organismen heeft, wordt onderzocht.

Hoe werkt de meetvis?

Om het effect van oestrogenen te kunnen meten is een genetisch veranderd zebravisje ontwikkeld.

Zebravisjes (Danio rerio).

Het zebravisje heeft een luciferase-gen ingebouwd gekregen dat afkomstig is uit een vuurvliegje. Luciferase reageert met de stof luciferine. Bij die reactie wordt licht geproduceerd. Naast het gen is een stukje DNA ingebouwd waar oestrogeen aan bindt. Door een oestrogeen-deeltje dat zich aan dat DNA bindt, wordt het luciferase geactiveerd. Hierdoor kan de vis luciferine omzetten en licht geven. Hoe meer oestrogeen er in het water zit, hoe meer licht de vis gaat geven.

Oestrogeen komt niet overal in de vis terecht. De stof hoopt zich voornamelijk op in de lever. De hoeveelheid licht die door de lever wordt uitgestraald is dus een maat voor de hoeveelheid oestrogeen die in het water zit. Dit betekent dat de vis gedood moet worden om de lever te verwijderen.

De techniek waarmee lichtgevende ´meetvissen´ worden gemaakt raakt steeds meer verfijnd. Het is nu vaak mogelijk om in levende dieren het licht te meten, terwijl de concentratie van de te meten stof zeer laag is. De vissen hoeven dus niet meer te worden doodgemaakt om ze als meetinstrument te kunnen gebruiken.

Lichtgevende muizen

Inmiddels is het mogelijk om in levende dieren te zien of het luciferase-gen actief is. Met een speciale camera kunnen we zelfs zien welke cellen oplichten. In muizen, die genetisch een vergelijkbare verandering hebben ondergaan als de zebravissen, kan zo bijvoorbeeld de groei van tumorcellen in het lichaam worden gevolgd. De kankercellen bevatten het luciferase-gen en geven dat tijdens het delen door. Op die manier is de ontwikkeling van de ziekte in het levende dier te volgen.

De techniek

Een deel van het erfelijk materiaal van bacteriën bestaat uit relatief kleine stukjes ringvormig DNA. Deze DNA ringen worden ook wel plasmiden genoemd. Bacteriën gebruiken plasmiden om onderling erfelijke informatie uit te wisselen.

Onderzoekers gebruiken plasmiden daarom als een transportmiddel om genen van de ene cel naar de andere over te brengen. Ze hebben technieken ontwikkeld om plasmiden uit bacteriën te halen, ze open te knippen en er nieuwe genen in te zetten.

Het ingebouwde gen kan vervolgens teruggezet worden in een levende cel.

Klik hier voor een schematische uitleg van de techniek.

Zoeken naar succes

Een gen in een organisme inbouwen lukt zelden in één keer. Meestal worden er tientallen en soms wel duizenden pogingen gedaan voordat de levende cel het nieuwe gen in zijn DNA opneemt. Het is dus zaak om die geslaagde poging eruit te vissen. Hiervoor is een slimme, maar ingewikkelde truc bedacht.

Bij het inbouwen van genen in bacteriën een belangrijke stap bij het genetisch veranderen van planten en dieren gebruiken onderzoekers plasmiden. Plasmiden zijn cirkelvormige stukjes DNA waarmee bacteriën van nature onderling genen uitwisselen. Onderzoekers gebruiken speciale plasmiden waar twee handige genen op zitten. Met het ene gen wordt gekeken of de bacteriën het plasmide hebben opgenomen. Het andere gen laat op zijn beurt zien of het plasmide wel het nieuwe gen bevat.

Bacteriën snuffelen naar gevaarlijke stoffen

Het controleren van water of bodem op de aanwezigheid van gevaarlijke stoffen is vaak tijdrovend en duur. Genetisch veranderde micro-organismen brengen wellicht uitkomst.

In veel landen is natuurlijke verontreiniging van drinkwater met het zeer giftige arsenicum een probleem voor de volksgezondheid. Vooral in ontwikkelingslanden, waar de bevolking vaak aangewezen is op ongezuiverd rivier- en grondwater is het risico groot. Onderzoekers hebben bacteriën uitgerust met extra genen zodat ze oplichten in combinatie met arsenicum. De gebruikte E. coli-bacterie komt van nature voor in de menselijke darmen en is dus ongevaarlijk voor ons. Bacteriën zijn, net als mensen, gevoelig voor arsenicum. Ze proberen zich tegen de gifstof te verdedigen. De ingebouwde genen zijn zodanig in het genoom van de bacterie geplaatst, dat ze tegelijk met die verdediging worden geactiveerd. De nieuwe genen zorgen ervoor dat de bacterie een lichtgevend eiwit produceert. Hoe meer licht de bacterie dus geeft, hoe meer arsenicum er in het water zit.

Aangezien bacteriën vrij gemakkelijk te kweken zijn, kan dit een zeer goedkope, gevoelige test voor arsenicum opleveren. De bacteriën zijn eenvoudig op een papierstripje aan te brengen, dat in het water gedoopt wordt om vast te stellen of er arsenicum in het water zit. Er zijn nog wel problemen.

In de eerste plaats kunnen andere stoffen in het water de bacteriën doden of minder effectief maken, waardoor ten onrechte lijkt alsof er geen arsenicum in het water zit. Een ander probleem is dat genetisch veranderde bacteriën nog niet buiten het laboratorium mogen worden gebruikt