Onderzoekers verwijderen de seksdrive van gistcellen en maken er speurhonden voor cannabis van

Gisten zijn eencellige eukaryoten, wezens met een celkern, die tot de schimmels behoren. Gistcellen zijn eenvoudige organismen die slechts twee dingen doen in hun leven: eten en zich voortplanten. Onderzoekers van de Københavns Universitet (KU) hebben nu echter cellen van gewone bier- of bakkersgist (Saccharomyces cerevisiae) een nieuwe functie gegeven. 

De onderzoekers hebben de seksdrive van de gistcellen vervangen door een smaak- en reukzin die de cellen toelaat cannabinoïden waar te nemen, de actieve bestanddelen in cannabis. Daarna zijn ze nog een stap verder gegaan en hebben ze gemaakt dat de gist rood wordt of oplicht als hij met succes cannabinoïden heeft opgespoord. 

"We hebben een levende sensor gemaakt uit de gistcel, die nu cannabinoïden kan opsporen of moleculen die dezelfde functie hebben als cannabinoïden, zelfs als die er heel anders uitzien. Naast andere zaken, kan de biosensor gebruikt worden om te zoeken naar nieuwe substanties met dezelfde eigenschappen als cannabinoïden. Dat zou de ontwikkeling van medicijnen kunnen democratiseren, zodat farmaceutische bedrijven niet langer de enige zijn die de uitrusting hebben om nieuwe substanties te ontdekken", zei professor Sotirios Kampranis van de KU, die het onderzoek heeft geleid en die de corresponderende auteur is van de studie erover.  

Mensen gebruiken om te ruiken en te proeven honderden verschillende sensoren die GPCRs (G-protein-coupled receptors) genoemd worden. In onze neuzen alleen maken 400 verschillende GPCRs het mogelijk dat we een onderscheid maken tussen de geur van rozen en van vers gebakken brood. Die verschillende geuren activeren verschillende GPCR's die dan een signaal naar onze hersenen sturen.  

Samen met zijn collega's verving Kampranis de GPCR die gistcellen gebruiken om het andere geslacht te vinden in hun omgeving, door de GPCR die wij mensen gebruiken om cannabinoïden te herkennen. 

Tegelijkertijd vulden de onderzoekers het genetisch materiaal van de gistcel aan met een aantal nieuwe genen die maken dat de cel rood wordt of zelfs gaat oplichten als ze in de buurt cannabinoïden waarneemt. 

"De gistcel geeft nu een signaal als er cannabinoïden in haar buurt zijn. Dat laat ons toe duizenden planten te screenen voor substanties met therapeutisch potentieel. En we kunnen onderzoeken of mensen drugs hebben gebruikt of dat iemand illegale cannabinoïden of designerdrugs door een controlepost op een luchthaven probeert te smokkelen", zei Kampranis.

Van cannabinoïden is geweten dat ze een verband hebben met slaap, eetlust en pijnstilling. Het is zelfs zo dat we ze van nature in onze lichamen hebben en dan worden ze endocannabinoïden genoemd.  

Dat is ook de reden waarom de onderzoekers ervoor gekozen hebben om de gistcellen te coderen voor het opsporen van cannabinoïden. In principe konden ze dat echter ook gedaan hebben voor opioïden of een andere groep medicinale substanties. 

De biosensor kan ook gebruikt worden voor verschillende toepassingen die verschillende vereisten hebben. Zo kan hij buiten het laboratorium gericht speuren naar de aanwezigheid van een bepaalde stof. In een lab kan de sensor traag en erg gevoelig naar stoffen speuren in complex biologisch materiaal of snel met een lagere gevoeligheid afzonderlijke stoffen in een zogenoemde chemische bibliotheek screenen op een eventuele medicinale werkzaamheid. 

Dat de gistcellen nieuwe substanties kunnen vinden, lijdt geen twijfel. In eerste testen gebruikten de onderzoekers de biosensor om 1600 willekeurige substanties uit een grote bibliotheek van chemische verbindingen te screenen. Daarbij duurde het niet lang voor de gistcellen beet hadden. 

"In een enkele dag vond de gistcel vier onontdekte substanties die nog nooit geassocieerd waren met ontstekingsremmende eigenschappen of pijnstilling, maar die mogelijk gebruikt zouden kunnen woren voor die doeleinden", zei Kampranis.

Als farmaceutische bedrijven vandaag zoeken naar nieuwe geneesmiddelen, doen ze dat met behulp van ultramoderne robotica en laboratoriumuitrusting die universiteiten en andere niet-commerciële spelers nooit zullen kunnen betalen. Dat de onderzoekers nu een alternatief hebben ontwikkeld, kan mogelijk meer mensen toelaten te zoeken naar nuttige substanties in de natuur.

"Het is een crowdsourcing benadering waarbij kleinere laboratoria nieuwe potentiële substanties voor farmaceutisch gebruik kunnen vinden. Ik zie het niet als een concurrentiestrijd met de farmaceutische bedrijven maar meer als iets dat een samenwerking kan creëren tussen onafhankelijke spelers in de wetenschappelijke wereld en de farmaceutische industrie", zei professor Kampranis.

De onderzoekers hebben ook een draagbaar plastic toestel ontwikkeld met een gistcel-biosensor in. In het toestel wordt plantaardig materiaal geplaatst, speeksel, urine, bloed, materiaal uit een koffer of wat men ook wil laten testen door de gistcel. 

Het toestel gebruikt dan de camera van de smartphone om te zien of de gistcel al dan niet oplicht. Dat neemt zo'n 15 minuten in beslag. De toepassing zou politieagenten en anderen kunnen helpen om drugs op te sporen in bijvoorbeeld luchthavens of om drugstesten af te nemen. 

"We kunnen testen voor zowel natuurlijke cannabinoïden als voor designerdrugs - chemische substanties die erg verschillende structuren hebben - met dezelfde effecten als cannabinoïden. In principe zouden we de gistcel ook kunnen aanpassen zodat ze in staat is opioïden op te sporen als morfine, fentanyl en oxycodon", zei Kampranis. 

Het toestel kan gemaakt worden met een 3D-printer of samengesteld worden uit materialen die gemakkelijk online verkregen kunnen worden. De onderzoekers werken er nu aan om het testtoestel gratis beschikbaar te maken voor zoveel mogelijk mensen, maar ze willen wel de controle behouden over het onderhoud ervan en de verdere ontwikkeling. 

De studie waarin de biosensor beschreven wordt, is gepubliceerd in Nature Communications. Dit artikel is gebaseerd op een persbericht van de Københavns Universitet.