Microbiologie in hapklare porties

Een nieuwe energiecentrale.

Geschreven door:

Anaïs Biclot

Zo’n 2.4 miljard jaar geleden begon zuurstof zich op te hopen in de atmosfeer van de Aarde – het “afval” na de fotosynthese van de eerste prokaryoten op Aarde. Een miljard jaar later beginnen de eukaryoten aan hun opmars. Velen van deze organismen hebben mitochondriën, die met het afvalproduct zuurstof een enorme hoeveelheid energie kunnen leveren.

De endosymbiont-theorie stelt dat mitochondriën ooit vrijlevende bacteriën zijn geweest, die in symbiose leefden met anderen. De wederzijdse afhankelijkheid zou zo sterk geweest zijn, dat de voorouders van mitochondriën ín hun symbiose-partner zijn gaan wonen (dat heet een endosymbiont).

Endosymbiont-theorie: Aangepast uit Wikimedia Commons

Niet alle eukaryoten hebben mitochondria. In plaats daarvan zijn er bijvoorbeeld ‘hydrogenosomen’ bekend: dat zijn organellen zoals mitochondriën, maar ze ademen waterstof uit in plaats van CO₂. Daarnaast zijn er eukaryoten die door denitrificatie (dus op basis van nitraat/nitriet) in hun energiebehoefte voldoen. Hoe dat precies werkt, is nog niet helemaal duidelijk.

Zuurstof-voorkeur van aerobe, facultatief aerobe en anaerobe microben

De onderzoekers van een recent gepubliceerd artikel mochten monsters halen uit het meer van Zug in Zwitserland. En wel van 200m diepte, waar er geen zuurstof meer te vinden is. Ze vonden anaerobe ééncellige eukaryoten met endosymbionten, die niet in het klassieke plaatje van hydrogenosomen passen.

Omdat endosymbionten ooit op zichzelf levende bacteriën waren, zit er nog altijd genetisch materiaal in. Door het bonte mengsel van bodemleven te sequencen kregen de onderzoekers een beeld van het genoom van het de mysterieuze endosymbiont. Het bleek een nieuw organisme, en haar naam is nu (candidatus) Azoamicus ciliaticola. Een piepklein genoompje van zo’n 300.000 basenparen bevatten genen die met energie-omzetting te maken hebben, maar geen genen die passen bij mitochondriën of hydrogenosomen.

Daarentegen heeft candidatus Azoamicus ciliaticola een complete set genen om te denitrificeren. Het kan dus de elektronen die vrijkomen bij de respiratie kwijt op nitraat of nitriet, zoals onze mitochondriën die kwijt kunnen bij zuurstof. Het is de eerste endosymbiont die wél kan denitrificeren, maar géén zuurstof-afhankelijke respiratie in haar repertoire heeft.

Dit nieuwe type endosymbiose komt, voor zover we nu denken, voort uit één en dezelfde voorouder als alle andere eukaryoten. Met deze nieuwe telg in onze eukaryote familie kunnen we meer leren over die allereerste keer dat twee prokaryoten elkaar zo lief vonden, dat ze bij elkaar gingen wonen. En wie weet hoeveel meer energiecentrales er nog meer te ontdekken zijn?