In de microscopische wereld is het normaal gesproken ieder voor zich. Toch blijkt uit nieuw onderzoek dat sommige bacteriën juist profiteren van de aanwezigheid van andere micro-organismen. Amerikaanse wetenschappers hebben ontdekt dat bepaalde bacteriën zich sneller en verder kunnen verspreiden door slim gebruik te maken van vochtige plekken rondom gistcellen.
“Wanneer we microben bestuderen, ligt de focus vaak op chemische interacties”, legt hoofdonderzoeker Divakar Badal van Cornell University uit. “Maar we hebben geleerd dat ook fysieke eigenschappen een belangrijke rol spelen in hoe micro-organismen groeien en zich verspreiden.”
Razendsnel van A naar B dankzij ‘vochtsporen’
Zijn team keek specifiek naar Pseudomonas aeruginosa, een bacterie die zich met staartachtige zweepdraden kan voortbewegen. Je kunt hem vinden in de aardbodem, maar ook in de menselijke luchtwegen. Deze microbe werd opgekweekt in het lab en geconfronteerd met Cryptococcus neoformans, een relatief grote en stilstaande gist. En wat bleek? In aanwezigheid van de gist bewoog de bacterie zich tot wel 14,5 keer sneller van A naar B dan wanneer hij het in zijn eentje moest rooien.
In de nieuwste uitgave van het tijdschrift Biophysical Journal wordt omschreven hoe de bacteriën zich verzamelen in de vochtige, plasachtige rand rondom de gistcellen. Deze vochtzones fungeren als tijdelijke ‘zwembanen’, waarmee de bacteriën het droge oppervlak kunnen omzeilen en razendsnel meeliften.
In onderstaande video zwermen Pseudomonas aeruginosa naar en rond een naburige kolonie van Cryptococcus neoformans (ronde gist). De dunne, vloeibare halo rond de gist stelt de bacterie in staat om sneller te zwemmen en zich te verspreiden, waardoor wat een fysieke barrière lijkt, verandert in een springplank. Video: Badal et al., Biophysical Journal.
Glazen kralen werken ook
Opvallend is dat het effect niet afhankelijk is van levende cellen. Dode gistcellen of glazen kralen produceerden hetzelfde resultaat. Het blijkt dus puur te gaan om het fysieke effect: grotere objecten trekken vocht aan en dat vocht gebruiken de bacteriën om zich voort te bewegen.
“Hoe groter het obstakel, of het nu gist of glazen kralen betreft, hoe meer vocht er omheen ontstaat. En dat is gunstig voor Pseudomonas”, zegt onderzoeker Varsha Singh van de University of Dundee. “Je zou denken dat de ‘gistvijvertjes’ een hindernis zijn voor de bacteriën, maar ze gebruiken de poeltjes juist om sneller vooruit te komen.”
Virtueel lab
Om het gedrag beter te begrijpen, bouwde het team ook een computermodel dat de interactie tussen bacteriën en gistcellen simuleert. Dat model voorspelde erg nauwkeurig hoe verschillende soorten gist de vloeistofverdeling beïnvloeden en daarmee de bewegingssnelheid van bacteriën. “Ik was blij verrast hoe goed onze modelvoorspellingen overeenkwamen met de werkelijke experimenten”, zegt Danny Raj van het Indian Institute of Technology Madras. “In zekere zin is het model een virtueel lab. Door te spelen met variabelen als groeisnelheid en luchtvochtigheid zijn we in staat om allerlei vragen rondom dit fascinerende fenomeen te beantwoorden.”
Toepassingen in de natuur
In de natuur komen bacteriën en gisten samen voor in de bodem, in het water, in planten en zelfs in het menselijk lichaam. Het vermogen van bacteriën om vochtfilms te gebruiken om zich te verplaatsen, helpt hen om deze omgevingen sneller te koloniseren, vooral onder droge omstandigheden. Volgens Singh is dit een waardevol inzicht. “We denken bij microbiologie vaak aan longen of darmen, omdat dat herkenbaar is voor mensen. Maar veel speelt zich af in de bodem en andere plekken. Dit onderzoek roept allerlei nieuwe vragen op. We zijn op zoek naar de volgende wetenschappelijke grens en gaan er alles aan doen om die te doorbreken.”
