Wetenschappers hebben iets heel bijzonders ontdekt: sommige bacteriën kunnen de dood van soortgenoten waarnemen – en op basis hiervan hun gedrag veranderen.
Onderzoekers van Carnegie Mellon University hebben het fenomeen waargenomen bij bacteriën uit de familie Vibrio, waar onder ander de cholerabacterie Vibrio cholerae onderdeel van uitmaakt. Tegen het eind van hun leven exploderen de bacteriën vaak; een proces dat beter bekend staat als lyse. Tijdens dit proces komt de inhoud van een cel ‘op straat te liggen’. Hierbij hebben wetenschappers nu iets nieuws ontdekt: tijdens dit proces kan er ook norspermidine vrijkomen. Vibrio-bacteriën kunnen deze stof vervolgens detecteren doordat ze speciale ontvangers hiervoor hebben die zich aan de buitenkant van de cel bevinden, genaamd MbaA. Op het moment dat een Vibrio-bacterie een signaal krijgt van deze receptor gebeurt er iets heel bijzonders: ze gaan zichzelf beschermen door samen te klonteren en zo een zogenoemde biofilm te vormen.
Wetenschapper Jojo Prentice heeft meegewerkt aan het onderzoek. Hij laat weten: “In de kern gaat het erom dat we hebben ontdekt dat bacteriepopulaties hun gedrag aan kunnen passen op het moment dat ze de dood van anderen waarnemen. Het meest interessante aspect van ons onderzoek is dat we ook kunnen verklaren welke mechanismen hieraan ten grondslag liggen.” Het onderzoek is gepubliceerd in het blad Nature Communications.
Biofilm
De wetenschappers begonnen hun onderzoek door eerst V. cholerae te kweken in een aantal verschillende petrischaaltjes om te zien hoe de bacterie zich gedroeg zonder gevaar in de buurt. Tijdens deze fase viel het de onderzoekers op dat de bacterie het prima naar z’n zin had: de koloniën groeiden gestaag door tot het moment dat er geen ruimte meer over was. Vervolgens was het tijd om hetzelfde experiment te herhalen, maar dan in bijzijn van een bedreiging. Hiervoor maakten de wetenschappers gebruik van bacteriofagen: kleine virusjes die alleen specifieke bacteriën infecteren. In deze petrischaaltjes zagen de wetenschappers een duidelijk verschil in gedrag. Zo bestond de eerste 3-5 uur samengevat vooral uit een enorm bloedbad voor de V. cholerae. Kort daarna zagen ze ineens een opmerkelijke verandering: de overgebleven bacteriën begonnen aan de ontwikkeling van een biofilm door samen te klonteren. En die aanpak werkte: dankzij de biofilm konden ze ongehinderd verder groeien en elkaar uiteindelijk in stand houden.
“Stel je voor dat je ineens iemand met een verse verwonding voorbij ziet komen,” legt onderzoeker Drew Bridges uit. “In zo’n scenario is het waarschijnlijk dat je mentaal op je hoede bent en dat jij jezelf graag wilt beschermen. We zien eenzelfde reactie dus ook bij bacteriën. We hebben tijdens ons onderzoek ontdekt dat sommige bacteriën interne componenten van andere bacteriën kunnen waarnemen. Op het moment dat ze inderdaad doorhebben dat er gevaar aan zit te komen, gaan ze zich voorbereiden (door een biofilm te vormen, red.).”
Evolutie
De resultaten van het onderzoek zijn significant vanwege twee redenen. Ten eerste is het natuurlijk heel bijzonder dat wetenschappers nu hebben bewezen dat bacteriën inderdaad in staat zijn om de dood van soortgenoten waar te nemen. Niet alleen dat: vervolgens kunnen ze ook nog eens hun gedrag aanpassen, om er zo voor te zorgen dat de kolonie als geheel veilig blijft. Zo licht Bridges toe: “Het mechanisme dat we uiteindelijk hebben ontdekt is erg simpel – maar ook heel belangrijk. We willen dan ook graag weten welke andere bacteriën in staat zijn om hetzelfde trucje te herhalen. Daarnaast zijn we ook erg benieuwd of de MbaA-receptoren nog meer doen dan alleen het aanmoedigen van de vorming van biofilm.”
Er is echter ook nog een tweede reden waarom de resultaten van het onderzoek erg belangrijk zijn. Deze reden heeft vooral te maken met de ziekte die de bacterie Vibrio cholerae kan veroorzaken: cholera. Het is natuurlijk erg bijzonder en uniek dat V. cholerae het vermogen heeft om zichzelf te beschermen. Echter is het ook zo dat deze bacterie erg gevaarlijk is voor mensen, en uiteindelijk zelfs dodelijk kan zijn. Het is voor wetenschappers dan ook heel belangrijk om te begrijpen hoe gevaarlijke bacteriën (zoals V. cholerae) zichzelf beschermen – en hoe deze manier van bescherming over het algemeen evolueert. Wetenschapper Prentice sluit af: “Het zou fantastisch zijn als we meer te weten zouden komen over hoe bacteriën over het algemeen reageren op gevaren. Het zou hierbij vooral interessant zijn om te kijken naar de effecten die het vermogen om de levensstijl te veranderen, heeft. Het zou goed kunnen dat toekomstige onderzoeken bewijzen dat dit vermogen uiteindelijk een belangrijke drijfveer van evolutie is.”
