In Star Trek is de Borg een meedogenloze gemeenschap, die andere wezens assimileert met de bedoeling sterrenstelsels over te nemen. Hier, op de niet-fictieve planeet aarde, zijn Borgs veelbelovende DNA-pakketten die mogelijk kunnen helpen klimaatverandering te bestrijden.

Vorig jaar ontdekten onderzoekers opvallende DNA-structuren in de methaan-verorberende bacterie Methanoperedens. De DNA-structuren lijken de stofwisseling van het organisme te stimuleren. Ze noemden deze genetische elementen ‘Borgs’. In een nieuwe studie borduren onderzoekers nu op deze ontdekking voort. Ze beschrijven de merkwaardige verzameling genen binnen de Borgs, om zo de rol die deze DNA-pakketten spelen in milieuprocessen beter te begrijpen. “Het kan zijn dat Borgs, in tegenstelling tot die in Star Trek, in ons universum assimilatie gebruiken om een ​​wereld te redden in plaats van te veroveren,” aldus onderzoeker Christian Rinke.

Methanoperedens
Methanoperedens breken methaan af in de bodem, het grondwater en de atmosfeer. En daarmee doen ze ons een groot plezier. Na CO2 is methaan namelijk het belangrijkste broeikasgas dat bijdraagt aan de opwarming van de aarde. Hoewel het gas in mindere mate op aarde aanwezig is dan CO2, is het wel veel krachtiger; als broeikasgas is het zelfs 28 keer zo sterk. Om meer te weten te komen over hoe Methanoperedens methaan afbreken en welke genen daarbij precies een rol spelen, namen de onderzoekers de microben nauwgezet onder de loep. Het leidt tot de ontdekking van merkwaardige DNA-moleculen die ze Borgs noemden, omdat ze stukjes van de microben die ze infecteren, assimileren.

Borgs
De ontdekking is veelbelovend. Deze Borgs blijken namelijk het vermogen van Methanoperedens om methaan op te nemen, aanzienlijk te versterken. “Stel je een enkele cel voor die het vermogen heeft om methaan te consumeren,” legt onderzoeker Kenneth Williams uit. “Nu voeg je genetische elementen toe aan die cel die parallel methaan kunnen consumeren en voeg je ook genetische elementen toe die de cel een hogere capaciteit geven. Hierdoor ontstaat er een consumptie van methaan op steroïden.”

Klimaatverandering
De onderzoekers vermoeden dan ook dat ze goed van pas kunnen komen in onze huidige strijd tegen klimaatverandering. Het vergroten van de populatie kan namelijk helpen om meer methaan uit de atmosfeer te verwijderen. Op dit moment heeft nog niemand Borg-bevattende Methanoperedens kunnen kweken. Maar onderzoekers zijn erop gebrand daar verandering in te brengen. “Mogelijk kunnen we de bodem met Borg-bevattende Methanoperedens verrijken,” zegt onderzoeker Marie Schoelmerich. “Dan kunnen we misschien de methaanemissie terugdraaien. Dat zou geweldig zijn.”

Wat zijn het?
De precieze identiteit is nog altijd raadselachtig. Het Borg-DNA is heel uniek en onderscheidt zich zowel van de genomen van bacteriën en archaea (eencellige organismen die op bacteriën lijken maar een aparte levenstak vertegenwoordigen) als die van de andere levensvormen die daartussenin leven, zoals virussen. “Lange tijd hebben we ons afgevraagd of het een plasmide of een virus is,” zegt onderzoeker Basem Al-Shayeb. “Maar we hebben nu besloten dat het geen van beide is.”

Genoom
Om te beginnen zijn Borg-genomen enorm: ze bestaan uit zeker 1,4 miljoen basenparen. Dat is een derde van de lengte van het hele Methanoperedens-genoom. Bovendien kan elke Methanoperedens-cel veel afzonderlijke Borgs bevatten – soms meer dan acht – wat betekent dat de gecombineerde Borg-genomen de grootte van het genoom van hun gastheer ver overschrijden. Daarnaast bevatten ze ook veel van hetzelfde DNA als hun gastheer. “We ontdekten dat er meer genen worden gedeeld tussen de Borgs en Methanoperedens dan dat er genen worden gedeeld tussen verschillende Borgs,” aldus Al-Shayeb. “En de genen die met Methanoperedens worden gedeeld, bevatten veel metabolismegenen: genen die betrokken zijn bij stikstoffixatie, methaanoxidatie en zelfs extracellulaire elektronenoverdracht.”

Diagram van een Methanoperedens. Het ongewoon grote extra-chromosomale element hebben de onderzoekers ‘Borg’ genoemd. De bacterie gebruikt het enzym MCR om methaan te oxideren. Opvallend genoeg bevatten Borgs hetzelfde enzym in hun grote genoom. Dankzij Borgs is het organisme in staat zijn metabolische capaciteit te vergroten en kan dus meer methaan verorberen. Afbeelding: Nature.

De wetenschappers veronderstellen dat Borgs mogelijk overgebleven fragmenten zijn van een breed scala aan microben die door Methanoperedens zijn geabsorbeerd, hoewel niet elke Methanoperedens-microbe Borgs bevat. Een verklaring hiervoor is dat de DNA-moleculen fungeren als opslagplaats voor metabole genen die alleen op bepaalde momenten nodig zijn, zoals wanneer er veel methaan in de buurt is. De algehele diversiteit van genen die in de Borgs wordt gevonden, geeft aan dat deze DNA-pakketten werden geassimileerd uit een breed scala aan organismen. Het is echter onduidelijk waarom of hoe ze deze genen assimileren en welk effect – positief of negatief – ze op hun gastheer hebben.

Onderzoek gaat door. Want mogelijk zijn de nieuw ontdekte DNA-moleculen hét antwoord op ons klimaatprobleem. Volgens de onderzoekers zou er in de loop van de jaren zorgvuldig gekweekte microben boordevol Borgs kunnen worden gebruikt om de hoeveelheid atmosferische methaan te verminderen en de opwarming van de aarde tegen te gaan. Het is allemaal in het voordeel van het collectief — het leven op aarde.