Samenwerkende bacteriën offeren zichzelf op voor kolonie
Net zoals mieren, termieten en bijen, werken sommige bacteriën ook samen in een groep. Daarbij is er sprake van een strikte taakverdeling, zodat de groep als geheel weerbaar is tegen gevaren van buitenaf. Onderzoekers hebben nu ontdekt dat een deel van sommige bacteriën zich wel heel erg in dienst stellen van de kolonie.
‘In het lab werken we met Streptomyceten. Dat zijn bacteriën die bekend staan om hun antibiotica-producentie. Daarnaast zijn ze bijzonder, omdat ze als multicellulaire groep groeien, in plaats van als eencelligen. Ze werken met een taakverdeling in een kolonie,’ vertelt Daniel Rozen, onderzoeker bij het Instituut Biologie Leiden (IBL). ‘Een deel is verantwoordelijk voor het voedsel, andere voor voorplanting, en ga zo maar door. Ook vonden we een groep die zich focust op de productie van antibiotica. Zij beschermen de kolonie tegen vijandige of concurrerende bacteriën.’
Het recht van bestaan
Vooral de overvloed van antibioticaproductie maakte deze vondst opvallend. ‘Dat kost een hoop energie, en daarmee schaden zichzelf ,’ aldus Rozen. ‘Zheren Zang, een gezamenlijke promovendus van professor Dennis Claessen en mij, ging op onderzoek uit. Waarom zouden ze dit doen? We wilden weten of er een overeenkomst is tussen Streptomyceten en sociale insecten, zoals bijen en mieren. In die koloniën zijn er ook werkers die essentiële taken uitvoeren voor hun familie, maar ook sterven zonder voort te planten. Dat heet altruïsme.’
Evolutie versnellen
Met het onderzoek wilde Rozen de mate van altruïsme in de bacteriën te testen. Dat deden ze door de antibiotica-producenten in een omgeving zonder competitie te groeien. Zo versnelden ze evolutie. Omdat bacteriën zichzelf kunnen vermeerderen, was het mogelijk om met één bacterie te beginnen en die uit te groeien tot miljoenen cellen. Uit die verzameling pakten ze weer één bacterie, om deze opnieuw tot een groep te vormen. Door dit proces 25 maal te herhalen, was het mogelijk om te zien wat er op de lange termijn gebeurt.
‘Je versnelt zo ook de veranderingen die plaatsvinden in het DNA’
‘Je versnelt zo ook de veranderingen die plaatsvinden in het DNA,’ legt Rozen uit. ‘En die zijn erg interessant. Veranderingen in het DNA noem je mutaties, van kleine wisselingen tot grote stukken van DNA die wegvallen. Normaalgesproken merkt een cel als er mutaties plaatsvinden en heeft het mechanismes om de fouten weer recht te zetten: teveel veranderingen in het DNA zijn gevaarlijk of zelfs dodelijk. Maar de herstelmechanismes leken defect bij deze Streptomyceten. Ze werden juist steeds zieker. Dit betekende ook dat ze nog minder goed reproduceerden dan de originele bacteriën, waaruit we kunnen concluderen dat ze net zoals als werkerbijen en -mieren steriel zijn.’
De genetische basis
De conclusie van Rozen en zijn groep is dat Streptomyceten een verdeling hebben ontwikkeld die erg lijkt op die van sociale insecten. ‘En ondanks dat we veel begrijpen van altruïsme in insecten, is dat nog niet geval voor bacteriën. Terwijl we steeds meer altruïstische bacteriesoorten vinden. Ons onderzoek helpt met het begrijpen van de genetische basis van altruïsme, en wat deze organismes aanzet om dit te doen.’