Wetenschap
Genetische analyses laten zien hoe symbiotische bacteriën in de termietendarm in de loop van de evolutie zijn veranderd
Onderzoekers van het Max Planck Instituut voor Terrestrische Microbiologie in Marburg, Duitsland, hebben de evolutionaire ontwikkeling van symbiotische bacteriën in de darmen van termieten geanalyseerd met betrekking tot hun metabolische capaciteiten.
De resultaten, nu gepubliceerd in mBio , laten zien dat sommige bacteriestammen in feite al op weg zijn van heilzaam naar parasiet.
Niet alleen mensen of herkauwend vee hebben talloze microben in hun darmen. De darmen van veel termietensoorten, die zich voeden met de afbraak van moeilijk verteerbare houtbestanddelen, zitten boordevol talrijke eencellige helpers, de zogenaamde flagellaten. Deze worden op hun beurt gekoloniseerd door bacteriën. De bacteriële endosymbionten leven in of op de eukaryotische flagellaten en voorzien hen van voedingsstoffen in de termietendarm.
Een team onder leiding van Marburg Max Planck-wetenschapper Andreas Brune wil een beter inzicht krijgen in de details van het samenleven en vooral de mondiaal belangrijke metabolische prestaties van de bacterie. Dit komt omdat de bijdrage van termietmicroben aan de mondiale methaanbalans niet onbelangrijk is. Bovendien heeft het vermogen van de microbiële symbionten om houtcomponenten om te zetten in potentieel waardevolle bouwstenen ook al jaren de aandacht van onderzoekers getrokken.
Endomicrobia:een uitstekend voorbeeld voor evolutionaire studies
In hun laatste onderzoek onderzocht het team van Andreas Brune hoe de samenwerking tussen flagellaten en bacteriën tot stand kwam en hoe de metabolische prestaties van de bacteriën gecorreleerd zijn met deze evolutionaire ontwikkeling. Deze benadering wordt normaal gesproken beperkt door het feit dat er geen naaste familieleden meer zijn die onafhankelijk buiten de gastheercellen leven. In dit geval hadden de onderzoekers geluk:een groep bacteriën genaamd Endomicrobia bevat zowel vrijlevende vormen als endosymbionten van de flagellaten.
De onderzoekers analyseerden de genetische informatie van bacteriestammen geassocieerd met verschillende termieten met behulp van metagenoomsequencing. "Toen we naar de resultaten keken, realiseerden we ons dat de Endomicrobia-bacteriën die in de flagellaten woonden in de loop van de tijd veel genen hadden verloren", legt Undine Mies, een Ph.D. leerling in de groep. Dit verlies werd echter gecompenseerd door het verwerven van nieuwe functies door de overdracht van genen van andere darmbacteriën.
Horizontale genoverdracht biedt nieuwe metabolische mogelijkheden
"Door genen van andere bacteriën in hun omgeving te ontvangen, waren de bacteriën beter in staat hun metabolisme om te schakelen en andere energiebronnen zoals suikerfosfaten te gebruiken", zegt Mies. "Dit resultaat benadrukt hoe belangrijk deze horizontale genoverdracht is voor de co-evolutie van organismen."
De gegevens laten ook zien hoe er in de loop van deze evolutie een verschuiving in het energiemetabolisme plaatsvond van glucose naar suikerfosfaten en uiteindelijk een volledig verlies van het vermogen om suiker af te breken.
In plaats daarvan kregen de bacteriën een transportmechanisme voor de opname van energierijke verbindingen (ATP/ADP-antiporters) uit de gastheeromgeving, zoals typisch is voor parasitaire bacteriën. "Het verlies van bijna alle biosynthetische capaciteiten in sommige endombiële afstammingslijnen en de verwerving van de transporter geven aan dat de oorspronkelijk wederzijds voordelige relatie tussen de bacteriën en de flagellaten in de darmen mogelijk achteruitgaat", legt Brune uit.
“In een volgende stap willen we nu onderzoeken in hoeverre de oorspronkelijke taken van de endombiële symbionten worden vervangen door andere, secundaire symbionten. Dit zal bijdragen aan het algemene begrip van hoe de natuur doodlopende wegen in de evolutie van symbiose vermijdt. "