Ons lichaam maakt gedurende ons leven verschillende veranderingen door. Hetzelfde gebeurt met de microben die bij ons leven. Deze vormen immers een groot deel van de cellen in ons organisme. Maar in vergelijking met de cellen waaruit onze weefsels en organen bestaan, delen deze microben zich zeer snel, waardoor incidentele fouten in hun genetisch materiaal (mutaties) vaker voorkomen. Deze fouten sturen de evolutie van micro-organismen aan en verklaren onder meer hun waarschijnlijkheid om ziekten te veroorzaken.

De meeste onderzoeken naar bacteriële evolutie worden uitgevoerd buiten levende organismen of in diermodellen die zijn behandeld met antibiotica, die geen natuurlijke en gezonde omgeving nabootsen. Daarnaast hebben zeer weinig studies onderzocht hoe microben zich gedurende meer dan een maand ontwikkelen. Om deze redenen blijft de manier waarop bacteriën zich op lange termijn ontwikkelen bij het koloniseren van een gezonde gastheer een open vraag.

Onderzoekers van het Instituto Gulbenkian de Ciência (IGC) bestudeerden de evolutie van een indringerstam van de Escherichia coli-bacterie gedurende meer dan zesduizend generaties in de darm van de muis. Meer dan een jaar lang isoleerden ze bacteriën uit de uitwerpselen van muizen om veranderingen in hun genetisch materiaal te evalueren. Uiteindelijk toonden de auteurs aan dat wanneer een nieuwe bacterie de darm van zoogdieren koloniseert, deze op twee manieren evolueert:1) door een reeks metabole mutaties te genereren die hun vermogen om voedingsstoffen te consumeren veranderen of 2) door genetisch materiaal van andere micro-organismen te integreren.

Tijdens de studie verschenen E. coli-versies die genetisch en functioneel verschillend zijn en dus verschillende mogelijkheden hebben om zich aan te passen aan verschillende omgevingen. Deze versies van dezelfde bacterie bestaan ​​miljoenen generaties naast elkaar in de darm van de gastheer. Dit naast elkaar bestaan ​​kan echter worden opgeheven door de preferentiële fixatie van bacteriën met specifieke kenmerken, vooral als deze gunstige mutaties vertonen. Dit gebeurde bij alle muizen die a priori een residente stam van E. coli in hun darm hadden. De concurrentie zorgde ervoor dat beide soorten zich ontwikkelden. Met name de binnendringende stam verwierf genetisch materiaal van de bewoner, door de werking van bacteriofagen (virussen die bacteriën infecteren).

Wanneer bacteriën genetisch materiaal van het virus op een stabiele manier integreren, worden ze fitter om te overleven in de darm. Als het virus zich echter vermenigvuldigt, sterven deze uiteindelijk af. De onderzoekers hebben aangetoond dat, merkwaardig genoeg, 5 tot 16 maanden na het koloniseren van de darm van de gastheer, de binnenvallende E. coli minder sterft omdat het de vermenigvuldiging van het virus remt. Dit betekent dat bacteriën zijn geëvolueerd om bacteriële virussen te "domesticeren", waarbij ze de voordelen behouden die ze met zich meebrachten, maar de bijbehorende kosten wegwerken.

"Het was echt opwindend om te ontdekken dat bacteriën zoveel verschillende processen gebruiken om in de darm te evolueren", zegt Nelson Frazão, postdoc bij de IGC en eerste auteur van het artikel. Dit werk maakt de weg vrij om de evolutie van de bacteriën in ons lichaam te voorspellen. "Door te begrijpen hoe bacteriën zich op de lange termijn ontwikkelen, kunnen we antibiotische resistentie of de kolonisatie van de darm door pathogene bacteriën die het succes van sommige behandelingen belemmeren en tot de dood kunnen leiden, zelfs voorkomen en zelfs voorkomen", concludeert de onderzoeker.

Het onderzoek is gepubliceerd in Nature Communications . + Verder verkennen

Bacteriële seks stimuleert de evolutie van microben om de darm te veroveren en te koloniseren