Twee genetisch identitieke bacteriën. Hun veranderlijke uiterlijk bemoeilijkt het onderzoek.
FOTO: Bertus Beaumont
Evolutie betrapt in bacterie Biologen ontdekken gen om twee verschillende soorten nageslacht te krijgen
In de Nature van vandaag brengt de Leidse bioloog Bertus Beaumont het gokgedrag van bacteriën in kaart. ‘We willen erbij zijn als evolutie plaatsvindt.’
DOOR BART BRAUN Straks gaan we het hebben over bacteriën in buisjes. Die zijn spannender dan u misschien denkt. Om echter inzichtelijk te maken wat er nou precies zo spannend is aan die bacteriën, beginnen we met een kind dat niet wil eten. Gisteren at het nog worteltjes, maar vandaag spuugt ze die uit. Doperwtjes eet ze wel, maar denk vooral niet dat het kind dus doperwtjes lust: de volgende keer zijn die helemaal uit de gratie.
Er bestaat niet echt een pasklare oplossing voor dit probleem, maar we kunnen ons voorstellen dat een bezorgde ouder er uiteindelijk voor kiest om voortaan én doperwtjes, én worteltjes én boontjes te serveren. Dan eet het kind in elk geval iets.
Nu de volgende stap: zonder ouders. De groente zelf splitst zich op in doperwtjes, worteltjes en boontjes.
Dat is wat een gedeelte van de Pseudomonas fluorescens-bacteriën van Bertus Beaumont doet: in een onzeker bestaan maken ze verschillende soorten nakomelingen. Dat is best knap, want bacteriën doen niet aan seks. Ze splitsen zich gewoon in tweeën. Het zijn dus klonen en ze zijn genetisch identiek - maar ze zien er heel anders uit.
Eerst nog even wat achtergrond. Als je P. fluorescens in een buisje met speciale bacteriegroeibouillon stopt, gaan de bacteriën zich vrij snel differentiëren. Bovenin krijg je een variant die een soort vliesje vormt dat bovenop de bouillon ligt, onderin krijg je soorten die beter zijn aangepast aan het lagere zuurstofgehalte, enzovoort. De bacteriën kunnen zich aan de stilstaande soep aanpassen.
Zet je het buisje nu in een schudmachine, dan krijgen de vliesvormers geen kans, en onstaan juist gladde, ronde bacteriën: zwemmers.
Met die kennis in het achterhoofd gingen Beaumont en een groep Nieuw-Zeelandse biologen aan de slag. Bacteriën uit stilstaande buisjes werden geïsoleerd en in schuddende buisjes gestopt, en daarna weer andersom. Elke mutant die er anders uitzag dan de cel die als eerste het buisje inging, kreeg zijn eigen buisje, elk buisje een controlegroep en dat vijftien keer wisselen na elkaar. Het experiment duurde anderhalf jaar, en omvatte letterlijk duizenden buisjes met bacteriekweken.
Wat de onderzoekers verwacht hadden, was dat het uiterlijk van de bacteriën dankzij de opzet op en neer zou schommelen tussen de ronde zwemcellen, en de gerimpelde vliesvormende cellen uit de stilstaande buisjes. Dat proces wilden ze bestuderen, en daar zijn ze ook druk mee bezig, maar in de tussentijd kwamen ze iets interessanters tegen. Bacteriestam 1B4 was de experimentators namelijk te slim af. De genetisch identieke nakomelingen van een 1B4-bacterie komen in twee varianten voor: met en zonder kapsel om de cel heen. Een exemplaar met kapsel krijgt ook weer kloontjes zonder kapsel en vice versa. Dat verschil is zelfs met het blote oog te zien, want ook koloniën op een petrischaaltje zien er verschillend uit.
Een gedeelte van het nageslacht ziet er dus anders uit dan de cel die als eerste in het buisje werd gestopt, en dat was de voorwaarde om door te mogen naar de volgende ronde van het experiment. De stam doet aan risicospreiding, net als de bezorgde ouder. ‘Zoiets hadden we totaal niet verwacht’, aldus Beaumont, ‘dit is een mooi geval van serendipiteit (het vinden van iets waar je niet naar op zoek was, red.)’.
De onderzoekers traceerden het vermogen om twee soorten nageslacht te krijgen naar één enkel gen in de bacteriestam. Beaumont: ‘De mutatie zit in een gen dat carB heet, en een rol speelt in de stofwisseling.’ Door het gen over te zetten in bacteriën uit de controlegroep, viel vast te stellen dat het gen inderdaad verantwoordelijk was voor het switchen van uiterlijk. Maar die bacteriën plantten zich veel langzamer voort. De acht andere mutaties die 1B4 in de loop van het experiment opliep, zijn blijkbaar nodig voordat de carB-mutatie echt goed kan werken.
Wat er nou precies gebeurt in die bacteriën dat ervoor zorgt dat één enkel veranderd lettertje DNA twee soorten nageslacht doet ontstaan, is nog onduidelijk. Dat mag de pret niet drukken: het onderzoek staat vandaag als omslagartikel in het gezaghebbende wetenschapsblad Nature. ‘Het doel van de evolutiebiologie is het uitleggen waarom bepaalde organismen bepaalde eigenschappen hebben’, legt Beaumont uit. ‘Levende wezens lijken aangepast aan hun omgeving. Mensen willen het liefst zien dat zulke verbanden echt bestaan. We willen erbij zijn als ze vastgelegd worden. Dat kan niet bij grote organismen zoals planten en dieren, want dan heb je een tijdmachine nodig. Maar met deze bacteriën laten we het experimenteel zien.’
