Zeespin met kankerverwekkende stoffen in weefsels die door genetisch gemodificeerde bacteriën zijn gemaakt om te gloeien

Wetenschappers van het MIPT hebben compacte biosensoren ontwikkeld op basis van genetisch gemodificeerde bacteriën die oplichten bij contact met kankerverwekkende stoffen in water. Met hun hulp hebben wetenschappers een hoge concentratie kankerverwekkende stoffen ontdekt die kanker kunnen veroorzaken door DNA te beschadigen in de weefsels van schaaldieren, zeespinnen en kakkerlakken die leven op de bodem van de Barentszzee, de Karazee en de Laptevzee. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift Biochemistry (Moskou).

Giftige stoffen komen in zee terecht via afstroming van landbouwgrond, emissies van fabrieken, olieproductie, scheepvaart en andere bronnen. Bijzonder gevaarlijk zijn kankerverwekkende stoffen, die zich ophopen in mariene organismen en bodemsedimenten. Ze kunnen via de voedselketen ook in vissen, waaronder zalm en forel, terechtkomen.

Het betrouwbaar beoordelen van de mate van vervuiling in mariene ecosystemen is een complexe taak. Traditionele analysemethoden vereisen complexe laboratoriumapparatuur, een meerstappenproces en laten vaak niet toe de werkelijke impact van verontreinigende stoffen op levende organismen te beoordelen.

Wetenschappers van MIPT hebben een alternatieve oplossing ontwikkeld: lux-biosensoren gebaseerd op genetisch gemodificeerde bacteriën Escherichia coli en Bacillus subtilis. Wetenschappers hebben bioluminescentiegenen in hun DNA ingebouwd, waardoor de bacteriën oplichten bij oxidatieve stress, kankerverwekkende effecten op DNA en andere celschade.

Monsters van bodemsedimenten werden verzameld met de Okean-0,25 bodemhapper. Vervolgens werden de bodemorganismen van het substraat gewassen en geïdentificeerd. Na elke individuele vlokreeft (ook wel walvisluis genoemd), zeekakkerlak of zeespin werden ze in een microbuisje geplaatst en gemengd tot één substantie met gepasteuriseerd zeewater (verzameld op het verzamelstation).

In de volgende fase werden genetisch gemodificeerde E. coli- of hooibacteriën, oftewel biosensoren, met deze verbinding ‘geïnjecteerd’ en werd er gekeken of de bacteriën zouden oplichten, waardoor een beschermende reactie ontstond.

In de studie beoordeelden de wetenschappers het gehalte aan giftige stoffen in bodemsedimenten die op een diepte van 35-300 meter waren verzameld tijdens expedities in de Barentszzee, de Karazee en de Laptevzee. Daarnaast onderzochten ze ook weefsel van ongewervelden.

In sommige monsters van vlokreeftjes, zeespinnen en zeekakkerlakken werden hoge concentraties kankerverwekkende stoffen aangetroffen. Hun invloed op het DNA van levende wezens kan leiden tot mutaties en celdood. De hoogste activiteit van dergelijke stoffen werd aangetroffen in monsters van organismen uit de Barentszzee.

"In tegenstelling tot chemische wateranalyses die in het laboratorium worden uitgevoerd, detecteren lux-biosensoren geen specifieke chemische verbindingen, maar hun complexe effecten en accumulatie in mariene organismen", legt Ulyana Novoyatlova uit, medewerker van het Molecular Genetics Laboratory van het MIPT. "De studie van hun weefsels fungeert direct als een systeem voor vroegtijdige waarschuwing. Het stelt ons in staat de vervuiling van een waterlichaam vast te stellen, zelfs voordat de hoeveelheid schadelijke stoffen gevaarlijk wordt voor de mens. Kleine schaaldieren, die zelf giftige stoffen accumuleren, vormen zelfs de eerste indicatoren van een verborgen gevaar voor het ecosysteem, omdat ze belangrijke onderdelen van de voedselketen zijn."

Auteurs: