Microbiologie in hapklare porties
Positief nieuws over het sociale leven van bacteriën
Bacteriën zijn sociale organismen die interactie hebben met andere organismen in hun omgeving. Ze kunnen een positief effect hebben, door stoffen te maken die andere bacteriën kunnen gebruiken, of die zelfs beschermen tegen indringers of een harde omgeving. Maar bacteriën kunnen ook oorlog voeren met elkaar, bijvoorbeeld wanneer zij beide hetzelfde voedsel willen, of wanneer ze stoffen maken die schadelijk zijn. In elk geval wordt het soort interactie niet bepaald door slechts één partij, want beide soorten samen bepalen de uitkomst. In technische termen: de twee eenrichtings-interacties bepalen de uitkomst van de bidirectionele interactie.
Dit betekent dat er veel soorten interacties bestaan, aangezien de ene soort ofwel 1) geen effect, 2) een positief effect, of 3) een negatief effect kan hebben op de andere soort. Een overzicht van de mogelijkheden wordt gegeven in de onderstaande figuur.
Uit eerdere studies is gebleken dat samenwerking niet vaak voorkomt, zoals we in dit artikel konden lezen. Hier beweren de auteurs van het onderzoek dat concurrentie de regel is bij microben, aangezien ze in minder dan 10% van alle interacties een positieve interactie vonden. Maar deze studie zou bevooroordeeld kunnen zijn – ze hebben maar één soort omgeving onderzocht. Metabolische modellen en kleine, beginnende studies tonen aan dat positieve interacties kunnen optreden afhankelijk van de omgeving (het soort en de hoeveelheid beschikbare voedingsstoffen).
Maar waarom willen we zo diep graven in het sociale leven van bacteriën? En waarom zijn we specifiek geïnteresseerd in de positieve interacties? Door al deze informatie te verzamelen, krijgen we een beter idee van welke factoren nodig zijn om een microbiële gemeenschap te beïnvloeden. Uiteindelijk willen we gemeenschappen kunnen ontwerpen, die ecosystemen die uit balans zijn kunnen stimuleren of herstellen. Dat zal helpen bij het behoud van het milieu, de gezondheid van gewassen en de gezondheid van de mens.
Dus hoe vaak en waarom komen positieve interacties voor? In dit artikel, gepubliceerd in Science Advances, maakten Jared Kehe en collega’s gebruik van een high throughput screening platform genaamd kChip. Ze bekeken de interacties tussen meer dan 150.000 combinaties van bacteriën en omgevingen. Daarvoor gebruikten ze 20 verschillende bacteriestammen uit de grond en testten ze 40 verschillende omgevingen (verschillende voedingsstoffenin verschillende concentraties). Een meer gedetailleerde beschrijving van de methode die ze gebruikten vind je in de onderstaande figuur.
Interessant is dat zij in meer dan 40% van de gevallen positieve effecten zagen, met parasitisme als meest gerapporteerde “positieve” interactie (22%). Hoe kan parasitisme positief zijn? Positief betekent hier dat een bacterie sneller groeit wanneer hij samen met een andere bacterie is. Slechts 5% van de interacties waren mutualistisch, waarbij beide soorten leken te profiteren van de aanwezigheid van de ander. Er was ook een groot deel van de interacties die geen positief of een neutraal effect hadden (53%). De figuur hieronder geeft een een gedetailleerd overzicht.
De onderzoekers merkten dat eenzelfde paar bacteriën zich verschillend konden gedragen in verschillende omgevingen. Zo kunnen ze in de ene omgeving allebei een positief effect hebben, terwijl er in de andere omgeving sprake kan zijn van parasitisme. Dit maakt het vrij moeilijk te voorspellen welk type interactie twee bacteriën in een bepaalde omgeving kunnen hebben.
Konden de onderzoekers dan wel ergens een factor vinden dat helpt bij de voorspelling van de interactie? Ja! Blijkbaar werden meer positieve interacties gevonden bij stammen die taxonomisch verschillend waren (verder van elkaar verwijderd in de stamboom). Ook stammen die graag op veel verschillende koolstofbronnen groeien, hadden meer kans op positieve interacties. Interessant is dat de interacties ook afhangen van hoe goed de bacteriën groeiden op een bepaalde koolstofbron: er waren meer negatieve interacties (concurrentie) als een van de bacteriën een snelle groeier was op een bepaalde koolstofbron. Dit verklaart hoe het verschil in interacties tussen dezelfde bacterie-paren op verschillende koolstofbronnen kan veranderen.
Een andere interessante waarneming was dat sommige bacteriën niet konden groeien op een bepaalde koolstofbron, maar wanneer een andere bacterie werd geïntroduceerd (die wel op die koolstofbron kon groeien), vergemakkelijkte deze in de meeste gevallen de groei van de niet-groeier. Meestal kon ten minste één partner worden gevonden die de groei van de anders niet-groeiende stammen op bijna elke koolstofbron ondersteunde, wat mogelijk kan verklaren hoe biodiversiteit kan worden ondersteund wanneer er weinig koolstofbronnen beschikbaar zijn.
De auteurs formuleerden een paar mechanismen die de aanwezigheid van positieve interacties kunnen verklaren:
- Geholpen stammen zouden kunnen groeien op bestanddelen van dode cellen (Zie ons artikel over kannibalisme bij bacterien). Dit is echter niet erg waarschijnlijk gezien de duur van de experimenten (24-72 uur)
- Bacteriestammen met een positieve invloed op andere stammen kunnen koolstofbron-afbrekende enzymen uitscheiden, waardoor de totale beschikbaarheid van koolstof toeneemt
- Stammen kunnen metabolieten uitscheiden die door andere stammen worden gebruikt, waardoor hun groei wordt verbeterd
Let wel: dit is een laboratoriumexperiment, dat geen beeld geeft van de bacteriële diversiteit of de complexiteit van de omgeving in de echte wereld. Maar het geeft wel een kleine glimp in een anderszins onzichtbare wereld, en zou uiteindelijk kunnen leiden tot het efficiënt ontwerpen en controleren van nuttige microbiële gemeenschappen.
Link to the original post: Jared Kehe, Anthony Oritz, Anthony Kulesa, Jeff Gore, Paul C. Blainey, Jonathan Friedman, Positive interactions are common along culturable bacteria, Science Advances, November 2021
Featured image: Made with Biorender
Vertaald door: Charlotte van de Velde
micro-bites.org 