Microbiologie in hapklare porties
De een zijn dood, is de ander zijn brood
Stel je het volgende experiment voor. Neem 100 verschillende groepen mensen en sluit deze drie jaar lang op in een kamer zonder eten. Zou iedereen verhongeren of zouden de mensen zich uiteindelijk tegoed doen aan elkaar? Zou er een verschil zijn in overlevingskans tussen de verschillende groepen en hoelang zou het duren voordat de laatste persoon zou overlijden? William Schoemaker zocht antwoord op deze vragen maar hij gebruikte voor zijn experiment (gelukkig) geen mensen maar bacteriën.
Het is je misschien weleens opgevallen dat micro-organismen overal voorkomen. Denk hierbij aan de badkamer, in je donkere garage, op zolder en in de tuin. Als micro-organismen willen leven, dan lukt ze dat eigenlijk altijd wel. Hun grootte is absoluut geen drempel voor hun overleven. Als je onze blog vaker hebt gelezen, weet je misschien al dat E. coli zich zelfs voedt met zijn eigen dode soortgenoten. Zijn er nog meer bacteriën die dit doen?
Van de 21 bacterie-families die Shoemaker onderzocht, was er één soort beschaafd genoeg om de doden met rust te laten en gewoonweg te sterven. De andere 20? Die gaven zich niet gewonnen. Nadat er een aantal bacteriën doodgingen, zag je een verbazingwekkend herstel bij het aantal levende cellen. Bij de kannibalistische culturen werden slechts sporen gevonden van de overledenen. De eiwitten, membranen en nucleïnezuren waren allemaal gebruikt als voeding.
Aan al het leven komt uiteindelijk een einde. De wetten van de thermodynamica zeggen ons dat het altijd meer energie kost om een cel te creëren dan dat het opeten ervan oplevert. Maar hoe lang kan een populatie dan overleven? Om de thermodynamica het hoofd te bieden, verlagen bacteriën hun metabolisme. Dit zie je bijvoorbeeld aan de tijd die een bacterie erover doet om te delen. Een gemiddelde verdubbelingstijd is een paar uur maar tijdens het experiment van Shoemaker deden de bacteriën er 2 tot 3 maanden over! Door het verlagen van het metabolisme konden de bacteriën tot wel 100 dagen oud worden. Dit is uitzonderlijk lang (ter vergelijking: een huidcel wordt meestal niet ouder dan een week). Door de lagere verdubbelingstijd en een verlaagd metabolisme verwacht Shoemaker dat zijn populaties het zo’n 100 tot 100.000 jaar volhouden!
Daarnaast hebben onderzoekers mutaties gevonden die enzymen veranderen in specifieke delen van het genoom. Bij alle onderzochte soorten kwamen voornamelijk mutaties voor in genen die coderen voor de synthese van het aminozuur lysine en de DNA-bouwsteen pyrimidine. Ook in genen die coderen voor de transporteiwitten van leucine, isoleucine en valine zaten meer mutaties zien. Deze eiwitten spelen dus een rol tijdens uithongering (onafhankelijk van de bacteriesoort) maar vooralsnog weet niemand waarom.
Dus ondanks wat mutaties in het genoom door de onbarmhartige omstandigheden luidt de angstaanjagende conclusie als volgt: bacteriën zijn genadeloze overlevers. Ze zullen er alles aan doen om zo lang mogelijk te blijven leven en hier is kannibalisme geen uitzondering op. De meeste culturen zullen zelfs ouder worden dan de gemiddelde mens!
Link to the original post: William R. Shoemaker, Stuart E. Jones, Mario E. Muscarella, Megan G. Behringer, Brent K. Lehmkuhl, and Jay T. Lennon, Microbial population dynamics and evolutionary outcomes under extreme energy limitation, PNAS, August 2021
Featured image: https://www.abcteach.com/documents/clip-art-cauldron-bw-i-abcteachcom-33853 + Biorender
Vertaald door: Rutger Verbakel
micro-bites.org 