De ene bacterie is de andere niet, de verscheidenheid is enorm. Wetenschappers hebben recent de Epulopiscium viviparus eens nader bestudeerd, een voor bacteriebegrippen gigantisch organisme. Ze stonden versteld van de manier waarop deze soort leeft en zichzelf van energie voorziet.
De meeste bacteriën zijn eencellig en microscopisch klein, slechts een paar tienduizendsten van een centimeter lang. Maar bacteriën die behoren tot de Epulopiscium-familie zijn groot genoeg om met het blote oog te kunnen zien. Ze zijn een miljoen keer groter dan hun bekendere achterneven, de E. coli. Het volledige genoom van Epulopiscium viviparus is voor het eerst in kaart gebracht en wel door onderzoekers van de gerenommeerde Amerikaanse universiteiten van Cornell en Berkeley.
Unieke vaardigheden
En die zijn wild enthousiast. “Deze gigantische bacterie heeft zoveel verschillende unieke en interessante facetten: zijn gigantische grootte, zijn manier van voortplanting, de methodes die hij gebruikt om energie op te wekken en nog veel meer”, vertelt professor microbiologie Esther Angert. “We sloegen steil achterover door alle ontdekkingen die we deden, terwijl we het genetische potentieel van dit organisme ontleedden.”
Het eerste lid van de Epulopiscium-familie werd al in 1985 ontdekt. Al deze bacteriën slijten hun dagen in het spijsverteringsstelsel van bepaalde soorten doktersvissen – een groep platvissen die in koraalriffen van tropische wateren leven en waar ook Dory uit Finding Nemo toebehoort – en vervullen op deze manier een symbiotische rol in ecosystemen in onder andere de Rode Zee en het Great Barrier Reef.
Levend geboren
Door zijn reusachtige omvang dachten wetenschappers eerst dat het een bepaald soort protozoa was, een soort eencellige micro-organismen, zegt Angert. De naam Epulopiscium is afgeleid van de Latijnse woorden epulo (‘gast’) en piscium (‘van een vis’). De meeste bacteriën reproduceren door zich in tweeën te splitsen, maar E. viviparus kan tot twaalf verschillende kopieën van zichzelf creëren, die allemaal binnenin een moedercel groeien en als de tijd daar is, vrij worden gelaten. “Ze zijn dan al actief aan het zwemmen. Viviparus betekent levend geboren”, vertelt Angert.
Om deze gigantische bacteriën te kunnen bestuderen, is het nodig om de vissen te vangen waar ze in leven. Het is belangrijk om daarna het DNA en RNA zo snel en nauwkeurig mogelijk uit de cellen te halen, legt de microbioloog uit. Ze werkt al decennia samen met Australische visbiologen van het Lizard Island Research Station om geschikte monsters te verzamelen en te bestuderen.
Metabolische behoeftes stillen
De wetenschappers waren in het bijzonder geïnteresseerd in de manier waarop E. viviparus zijn extreme metabolische behoeftes stilt. Bacteriën die voedingsstoffen consumeren in hun omgeving, en niet hun eigen energie opwekken via zonlicht, horen normaal gesproken tot twee kampen: zij die toegang hebben tot zuurstof en zij die geen toegang hebben tot zuurstof. Bacteriën die het zonder zuurstof moeten doen, gebruiken vaak fermentatie om aan hun energiebehoefte te voldoen. “Maar fermenterende organismen krijgen lang niet zoveel waar voor hun geld qua voedingsstoffen”, zegt Angert.
Het feit dat E. viviparus een fermenterende bacterie is, maakte de puzzel alleen maar ingewikkelder. Door zijn grote omvang, extreme reproductie en zwemvaardigheden heeft hij juist meer energie nodig, zeker niet minder.
Energieke zwemmer
Uiteindelijk ontdekte het team dat E. viviparus zijn metabolisme op een fascinerende manier heeft aangepast om het maximale uit zijn omgeving te kunnen halen. Hij gebruikt daarvoor een zeldzame methode om energie te genereren en zich voort te bewegen. Dezelfde zwembeweging wordt door de bacterie gebruikt die cholera veroorzaakt.
Daarnaast staat een bijzonder groot deel van zijn genetische code in het teken van de productie van enzymen die voedingsstoffen uit de darmen van zijn gastheer kunnen halen. Een van de belangrijkste enzymen kan ATP maken, het belangrijke energiemolecuul dat elke cel draaiende houdt. “Een veelgevouwen membraan dat dichtbij de rand van het organisme ligt, zorgt voor ruimte om energie te produceren en eiwitten te transporteren. De werking hiervan lijkt verrassend veel op hoe mitochondriën functioneren in de cellen van meer complexe organismen”, aldus Angert.
Speciaal membraan
“We kennen allemaal de term: ‘het mitochondrium is de motor van de cel’. Het fascinerende is dat deze membranen bij E. viviparus op eenzelfde manier hun werk doen. Het veelgevouwen membraan vergroot de oppervlakte waarop energieproducerende pompen kunnen werken. Op deze manier komt een enorme hoeveelheid energie vrij, waar deze bijzondere bacterie vele processen mee kan aansturen”, legt de microbioloog uit.
Deze ontdekkingen maken de weg vrij voor allerlei mogelijke praktische toepassingen in de toekomst, vooral omdat E. viviparus zulke effectieve strategieën heeft ontwikkeld om voedingsstoffen te gebruiken die in algen voorkomen, aldus Angert. Algen worden steeds meer ingezet bij de productie van veevoer, groene energie en ook bij menselijke voeding.
