Schimmel met een Bodyguard

                              

Microbiologie in hapklare porties


Schimmel met een Bodyguard

Ben je ooit op blote voeten gaan wandelen? Stond je dan ook stil bij de bloeiende wereld onder je voeten, waar het leven niet veel anders is dan bij ons? Onder de oppervlakte lijkt het wel een groot land waar bacteriën, schimmels, dieren en planten de inwoners zijn. De afvalverwerking in deze wereld wordt geregeld door sommige bacteriën en schimmels, de “afbrekers”. Deze afbrekers verteren dood materiaal en recyclen daarmee koolstof, stikstof en mineralen voor alle inwoners.

Schimmels uit de familie Mortierella zijn zulke afbrekers; je vindt ze overal ter wereld in de meest uiteenlopende habitats. Ze transformeren grote, lompe moleculen naar hapklare brokken. Mortierella ruimen niet alleen dode cellen op, maar breken ook vervuilende stoffen af. Net als in ons dagelijks leven hebben ook Mortierella vrienden – en vijanden. Als deze afvalverwerkers niet oppassen, worden ze opgegeten door rondwormen. Gelukkig hebben ze ook een vriendje, dat hen tot de tand bewapend bijstaat!

In een recent gepubliceerd onderzoek bekeken Hannah en haar team van Duitse en Australische wetenschappers de ‘wapens’ die de rondwormen afschrikken: anti-rondworm-chemicaliën. De onderzoekers hadden namelijk een specifieke stam Mortierella, met de creatieve naam NRRL6337, die cytotoxische stoffen produceert (cyto = cel, toxisch = giftig) zoals in figuur 1. 

Figuur 1: een schets van de “benzolacton-enamide”, een cytotoxische stof die de wetenschappers uit Morteriella hebben geisoleerd. Figuur gemaakt met https://molview.org/

Deze cytotoxische stoffen zijn nooit eerder in schimmels gevonden, maar wel in bacteriën uit de familie Burkholderia. Eerder onderzoek toonde al aan dat Morteriella een symbiose kunnen aangaan met bacteriën. Deze bacteriën leven dan ín de schimmel: dat heet endosymbiose (endo = in). Dus wie maakt het gif, bacterie of schimmel?

Om deze vraag te beantwoorden, identificeerde het team van wetenschappers als eerste de endosymbionte bacteriën in de schimmel NRRL6337. Genetisch onderzoek wees op een bacterie uit de familie Mycoavidus. Doorde samenwerking tussen deze bacterie en Mortierella verder te onderzoeken, ontdekten de onderzoekers dat Mortierella samenwerkt met allerlei verschillende bacteriën. Hierdoor kunnen de eigenschappen van de schimmel sterk verschillen, afhankelijk van het ‘vriendje’ dat bij hem inwoont. Combinaties van verschillende soorten Mortierella en Mycoavidus produceren niet eens consistent “benzolacton-enamides”. Dat maakt het moeilijker om tot een harde conclusie te komen.

Vervolgens kweekten de onderzoekers NRRL6337 met antibiotica. Daardoor kunnen er geen bacteriën groeien en is er geen endosymbiose mogelijk. Zonder bacteriële vrienden produceerden de schimmels geen gif. Dit wees erop dat de bacteriën waarschijnlijk de chemici achter de benzolacton-enamides zijn.

De wetenschappers probeerden ook de bacterie zonder de schimmel te kweken, maar dat lukte niet. De symbiose blijkt te ingewikkeld om na te bootsen in een laboratorium! Wel lukte het om het hele genoom van de bacterie te isoleren. Door die te sequencen, bepaalden de wetenschappers dat ze een nieuwe bacteriesoort hadden gevonden: Mycoavidus necroximicus.

Hannah en haar team vergeleken de genen van deze symbiotische bacterie met andere bacteriën. Wat blijkt? Een aantal genen van M. necroximicus lijken sprekend op de genen die Burkholderia B8 gebruikt om benzolacton-enamides te maken! Hieruit concluderen we dat M. necroximicus de chemicus van dienst is.

En werkt het gif tegen rondwormen? Zeker. De wetenschappers kweekten de schimmel NRRL6337 mét en zonder M. necroximicus. Deze schimmels gooiden ze vervolgens in de blender, en scheidden alle chemicaliën afkomstig van de schimmel met de HPLC-techniek. Dit leverde 9 unieke chemische fracties per schimmelkweek op. Ten slotte voerden ze deze chemische fracties aan hét prototype rondworm, de Caenorhabditis elegans.

Het resultaat? C. elegans groeide in alle fracties van de schimmel zónder bacteriën. Uit de schimmel mét bacteriën kwam één fractie waar de nematoden van stierven (Figuur 2). Uit verdere analyse bleek die fractie inderdaad benzolacton-enamides te bevatten!

Figuur 2: schema van het experiment met rondwormen. Morteriella werd opgekweekt met en zonder bacteriën, en daarna in verschillende chemische fracties gescheiden. Groen: rondwormen blijven leven, Rood: rondwormen sterven. Afbeelding door Tanishq Minda

De onderzoekers produceerden het gif in zuivere vorm en bepaalden op welke concentratie een natuurlijke vijand van Morteriella, de rondworm Aphelenchus avenae, het loodje legt. Uit dit experiment bleek dat de concentratie benzolacton-enamide in de schimmel inderdaad voldoende is om een rondworm uit te schakelen.

De Duitse en Australische wetenschappers kregen het dus voor elkaar om het afweer-mechanisme tegen een rondworm te doorgronden. Zo blijft een recyclende schimmel beschermd tegen aanvallen. Deze microbiële wapenwedstrijd is ook interessant voor de mensenwereld: rondwormen beschadigen veel van onze gewassen. Een gif om ze te bestrijden zou boeren kunnen helpen om hun planten te beschermen. Elke ontdekking als deze brengt ons een stap vooruit om onze gewassen te beschermen.   

Als je de volgende keer over een stukje grond loopt, sta dan eens stil bij de wondere wereld onder je voeten!


Link to the original post: Bacterial endosymbionts protect beneficial soil fungus from nematode attack Hannah Büttner, Sarah P. Niehs, Koen Vandelannoote, Zoltán Cseresnyés, Benjamin Dose, Ingrid Richter, Ruman Gerst, Marc Thilo Figge, Timothy P. Stinear, Sacha J. Pidot, Christian Hertweck Proceedings of the National Academy of Sciences Sep 2021, 118 (37)

Featured image: Image Credits: Tanishq Minda


Vertaald door: Steven Pilon