Dwaze wetenschappers verhongeren bacteriën al jaren.

De meeste experimenten duren dagen, soms weken of maanden en af en toe jaren. In bacterie-tijd zijn dit meerdere levens!

Breaking down the microbiology world one bite at a time


Dwaze wetenschappers verhongeren bacteriën al jaren.

Door bacterie-culturen lang te laten groeien kunnen we iets leren over hoe ze evolueren of het geeft de langzame groeiers een kans om in grote aantallen te groeien zodat we ze kunnen bestuderen.

Ratib en zijn collega’s hebben in een recente studie E. coli 1,200 dagen laten groeien om zo de aanpassing van de bacteriën ten gevolge van stress te kunnen bestuderen. Gedurende dit experiment is er geen eten gegeven aan de bacteriën, maar zijn er alleen wat stalen genomen op verschillende tijdstippen om de cellen te tellen, het hele genoom te sequensen (whole genome sequencing), en om enkele analyses te doen om zo meer informatie te krijgen over de verschillende bacterie-klonen. 

Bacteriën vermeerderen zich door zichzelf in tweeën te splitsen (binary fission): Elke dochtercel is zo dus een kloon van de moedercel. Dit splitsen gaat niet altijd zonder fouten en zo kunnen er mutaties ontstaan die wel of niet in de volgende generaties van bacteriën zal blijven bestaan.

Bacteriën die groeien ondergaan verschillende fases:

  1. Vertragings-fase (lag phase), waarbij ze zich aanpassen aan de nieuwe omgeving – voorzichtige fase
  2. Exponentiële fase (exponential phase), waarbij de bacteriën exponentieel delen – blije fase
  3. Stationaire fase (stationary phase), waarbij de voedingsstoffen langzamerhand opraken – hongerige fase
  4. Na de stationaire fase beginnen bacteriën dood te gaan (dead phase) omdat ze niet genoeg te eten krijgen
  5. Maar sommige bacteriën zijn hardnekkig en hebben een hele lange stationaire fase, waarin ze ‘wachten’ op betere tijden – overlevers!

In bovengenoemde studie hebben Ratib en zijn collega’s geen nieuw groeimedium toegevoegd aan de omgeving van de bacteriën, waardoor deze eigenlijk verhongerden. Daarom moesten de bacteriën het maar doen met wat ze tot hun beschikking hadden.

De overlevende cellen moesten zorgen voor voedingsstoffen uit de omgeving: de dode cellen. Deze overgang van bijvoorbeeld glucose naar voornamelijk aminozuren (bouwstoffen voor eiwitten) en nucleïnezuren (bouwstoffen voor DNA) van deze dode bacteriën forceerde de overige bacteriën om zich aan te passen deze voedingsbron als energiebron te gebruiken. Door gebruik te maken van whole genome sequencing (kijken naar de volledige DNA-sequentie van de bacteriën), konden de auteurs mutaties vinden in het DNA, en zo verschillende subpopulaties van de bacteriën onderscheiden. Ze vonden twee hoofd bacteriestammen die naast elkaar bestonden en zich aanpasten gedurende het hele experiment. Mutaties in het DNA werden vooral gevonden in de genen die essentieel zijn voor overleving op lange termijn en stress-situaties, en in genen die nodig zijn om nieuwe energiebronnen te kunnen gebruiken.

Als wetenschappers beter begrijpen hoe bacteriën zich aan kunnen passen in stressvolle situaties in een laboratoriumsetting, dan helpt dat bij het begrijpen van hoe bacteriën zich aanpassen aan stress in hun natuurlijke omgeving. 

Dit experiment was zeker niet het langstdurende groei experiment. De eerste plaats behoort aan het lange termijn E. coli evolutie experiment (LTEE), gestart in 1988. Dit zijn 73,000 generaties aan bacteriën! Helaas moest het in begin 2020 worden gestopt door de covid-19 pandemie. Het is niet de eerste keer dat het gestopt is, en gelukkig kunnen de bacteriën worden bevroren en ontdooid om weer verder te gaan. Dit is gebeurd in september 2020, en ondertussen heeft het onderzoek financiering gekregen om nog vijf jaar lang door te gaan. Lang leve E. coli!


Link naar het originele artikel: Ratib et al., ASM, 2020
LTEE blog: https://telliamedrevisited.wordpress.com/tag/ltee/


Vertaald door Charlotte van de Velde