Tijd in het laboratorium beperken. Gedaan met proefbuizen vullen met media, inoculeren met microbiële stammen en overnacht incuberen om een gist of melkzuurbacterie te selecteren.
Binnenkort verifiëren en screenen we eerst op de computer of die gist of melkzuurbacterie het gewenste aroma in een bier of kaas kan produceren of in het slechtste geval voor een slijmlaag zal zorgen op gekookte ham. Ofwel testen we aan de hand van hun DNA met welke detergenten de productielijn moet gereinigd worden.
Dankzij next generation sequencing en andere high-throughput technieken bepalen microbiologen relatief snel en voor enkele honderden euro’s de genomen van starterculturen en bederforganismen uit de voedingsindustrie. Het aantal gedigitaliseerde genomen in databanken neemt toe.
Deze genoomanalysen leveren al snel een pak informatie op. Zo vinden onderzoekers voor één micro-organisme gemakkelijk een duizendtal genen in het DNA. Maar wat doen we met al die big and noisy genetische informatie?
Het is zonde om er niet inventief mee om te springen. Nederlandse onderzoekers van het NIZO ontwikkelden enkele bio-informatica tools.
Een van de bio-informatica tools is Phenolink. Deze tool koppelt fenotypes aan ‘-omics data’ om relaties tussen specifieke meetgegevens en microbiële stammen vast te stellen. Met Phenolink en andere bio-informaticatechnieken is voorspelling van een fermentatie of bederf werkelijkheid geworden.
gen-trait matching
is de methode waarbij de aan-/afwezigheid van genen van micro-organismes vergeleken wordt met de aan-/afwezigheid van eigenschappen (phenotypic traits) van diezelfde micro-organismes. Varianten op gen-trait zijn gen-metaboliet of transcript-trait matching.
Het komt er op neer de schat aan genetische informatie in verband te brengen met de klassieke microbiologische analysen.
Voor één soort melkzuurbacterie zijn al duizenden genen beschreven. Maar een stam van die soort bevat uiteraard niet al die genen. Hetzelfde geldt voor bijvoorbeeld de groei op een grondstof, de ene stam groeit wel maar de andere niet.
Bio-informatici starten met de sequentiedata van een groep van een tiental microbiële stammen te correleren aan de beschikbare experimentele metingen van diezelfde stammen. De tools linken de data op basis van significantie. Onderzoekers krijgen zo inzicht in welke genen verantwoordelijk zijn voor een eigenschap, zoals bijvoorbeeld groei op sucrose. Kennis van moleculaire biologie, microbiële fysiologie en bio-informatica is hierbij noodzakelijk aangezien niet elke relatie even biologisch relevant is.
Eenmaal genen gekoppeld zijn aan fenotypes van deze stammen, voorspellen onderzoekers uitsluitend op basis van genotype een eigenschap van een nieuwe stam.
nog meer spelen met –omics
De beroemde Amerikaanse moleculaire bioloog Craig Venter heeft er een 15 minuten-durende talk over gegeven. Klik op Tedx. Dirk Draulans schreef er een artikel over in de Knack van 16 juli 2014.
De nieuwste tak van de moleculaire biologie is synthetische biologie wat neerkomt op het genoom zelf maken. In 2010 kende het zijn eerste doorbraak. Wetenschappers hadden toen het genoom van een kleine bacterie synthetisch nagemaakt. De synthetische bacterie functioneerde perfect.
Door genomics hebben ingenieurs toegang tot een database van miljoenen genen. Sommige onderzoekers gebruiken deze genen nu als legoblokjes om iets compleet nieuws te maken. Bijvoorbeeld een klein celfabriekje dat een vaccin maakt. En in plaats van het DNA uit de vier basen te laten bestaan, breiden ze het zelfs uit met extra basen.
Synthetische biologie is misschien nog wat onbekend, maar bevat veel potentieel voor de voedingsindustrie. Het enige addertje onder het gras is de problematiek van de genetische manipulatie. Wat zal Europa beslissen? Voor- en tegenstanders beginnen zich alvast te profileren.
Alle micro-organismen hebben DNA. DNA is dé bron van informatie of beter gezegd de gebruiksaanwijzing voor een levende cel. Die informatie staat beschreven in duizenden genen. Beschouw even genen als woorden. Dan is het genoom een boek vol met woorden. Net als een woord of een zin leiden een of meerdere genen tot een concrete actie wanneer ze gelezen worden. Complexe eiwitstructuren lezen genen en zetten vervolgens de genetische code om in onder meer enzymen, de machines van de cel. Enzymatische processen resulteren in een meetbaar kenmerk, het fenotype. |
Hoe onderzoekers relatief goedkoop en snel het genoom van microbiële stammen bepalen, kon u lezen in dit artikel.
meer weten?
Bron
VMT (April 2014): Fermentatie voorspellen: optimaliseren van fermentaties door het gebruik van genetische screens en bio-informatica. Link
