Microbiologie in hapklare porties
Dwongen overstromingen bacteriën multicellulair te worden?
Bacteriën, zoals wij die kennen, zijn eencelligen. Dit betekent dat zij al hun functies kunnen uitvoeren binnen de context van één enkele cel. De mens daarentegen bestaat uit ongeveer 37 biljoen cellen (dat is 37 gevolgd door 12 nullen!). Een enkele menselijke cel zou alleen verloren gaan. Hoe het leven van één cel naar meercellig ging is een veelbesproken onderwerp onder wetenschappers. Helaas zijn er geen duidelijke antwoorden op deze grote vraag. Maar gelukkig voor ons verbergt de natuur verschillende aanwijzingen om ons te helpen dit mysterie op te lossen.
Een kalksteengrot in het noorden van het Japanse eiland Kyushu verborg zo’n aanwijzing: een fascinerend nieuw organisme! Een team wetenschappers in Japan bemonsterde dit organisme op een plek met een unieke ecologische architectuur: het bevond zich iets boven het wateroppervlak van een rivier die ondergronds stroomt. Van tijd tot tijd, wanneer er na regenval een teveel aan water wegstroomt, werd de bemonsteringsplaats onder water gezet door de rivier. De wetenschappers realiseerden zich dat dit een nieuwe soort was en gaven het de naam Jeongeupia sacculi sp. nov. HS-3.
Er worden voortdurend nieuwe bacteriën ontdekt, dus wat is er zo bijzonder aan deze grotmicrobe? Gewoonlijk delen bacteriën die in het laboratorium op een vast agar-medium worden gekweekt zich ongeordend, waardoor ondoorzichtige kolonies ontstaan. HS-3 leek echter transparante kolonies te produceren met een iriserende tint! Bij nadere beschouwing zagen de wetenschappers dat dit optische verschil het gevolg was van de unieke organisatie van deze kolonies. Ze leken dicht op elkaar te zitten in wat leek op een vloeibaar kristal.
Gefascineerd door deze unieke eigenschap besloot het team wetenschappers de groei van de bacteriekolonie in de loop van de tijd te observeren. Dankzij deze voortdurende observatie konden zij verschillende stadia in het ontstaan van de kolonie van HS-3 onderscheiden. Gedurende de eerste 10 uur van de groei plantten de cellen zich voort als coccobacillen (de bacterievorm lag ergens tussen bol- en staafvormig in) (figuur 1A). Daarna begonnen de cellen aan de rand van de kolonie zich uit te strekken en een tweedimensionale vloeibare kristalachtige structuur te vormen (figuur 1B). Deze kolonies verspreidden zich als draadvormige cellen in een enkele laag (figuur 1C). Naarmate ze bleef groeien, werden uitstulpingen van cellen zichtbaar, vooral aan de rand van de kolonie, misschien om wat van de druk van intern delende cellen te verlichten. Na twee dagen stopten de kolonies met groeien en leken de volgende dagen geen veranderingen aan te brengen.
Maar HS-3 was nog lang niet klaar met zijn cyclus. Na een paar dagen rust, begonnen de cellen in het centrum van de kolonie zich te vermenigvuldigen en werd de kolonie driedimensionaal. Het centrum van de kolonie veranderde van transparant in ondoorzichtig, wat erop wijst dat er iets aan de interne structuur is veranderd. In tegenstelling tot de draadvormige bacteriën die de randen van de kolonie vormden, bestond het centrum uit coccobacillen, die zich wanordelijk verdeelden (Figuur 1D, Video 1).
Waarom waren de interne cellen zo verschillend van de rest van de cellen in de kolonie? Blijkt dat het “hart” van deze bacteriën lag in hun huis a.k.a. in hun omgeving. Omdat de plek waar deze bacteriën waren gevonden regelmatig onder water stond, deden de wetenschappers een eenvoudig, maar elegant experiment. Ze namen HS-3 kolonies die op agarplaten groeiden en dompelden ze onder in water. Interessant genoeg werden die interne coccobacillen onmiddellijk losgelaten in de waterkolom (figuur 1E, video 2), waarbij de draadvormige randen van de kolonie achterbleven! Zelfs nadat alle coccobacillen waren vrijgelaten, bleven de draadvormige cellen aan de rand stevig aan elkaar kleven, wat erop wijst dat zij bijeen werden gehouden om de interne cellen te ondersteunen, zodat zij op passende wijze konden worden vrijgelaten. Na vrijlating kunnen deze coccobacillen de cyclus van HS-3 helemaal opnieuw beginnen, misschien in een nieuw onbewoond deel van de grot. De differentiatie van celtypes in de kolonie van HS-3 in filamenteuze en coccobacillen past zich aan hun ecologische niche aan, en biedt een fascinerende nieuwe manier waarop meercelligheid kan bestaan.
Hoewel dit werk het probleem van de evolutie van meercelligheid niet oplost, helpt het ons een nieuw inzicht te krijgen in hoe de omgeving de levensstijl van organismen aanzienlijk kan beïnvloeden.
Link to the original post: Kouhei Mizuno, Mais Maree, Toshihiko Nagamura, Akihiro Koga, Satoru Hirayama, Soichi Furukawa, Kenji Tanaka, Kazuya Morikawa (2022) Novel multicellular prokaryote discovered next to an underground stream eLife 11:e71920
Featured image: Created by author using Adobe Illustrator and Craiyon
Vertaald door: Liang Hobma
micro-bites.org 