Bacterie staat stil door ontkoppelen van zweepstaart

Een bacterie kan stoppen door een moleculaire motor in de cel los te koppelen van de lange zweepstaart waarmee hij zich voortbeweegt. Biologen van de universiteiten van Harvard en Indiana hebben ontdekt dat de bodembacterie Bacillus subtilis een dergelijke ontkoppeling gebruikt om te stoppen wanneer hij in zijn omgeving genoeg soortgenoten heeft om samen een slijmerig laagje te vormen: een biofilm (Science, 20 juni).

De bacteriën die eerste auteur Kris Blair (Indiana University) en zijn collega’s hebben onderzocht kunnen vrij rondzwemmen met behulp van hun zweepstaart. Deze ‘moleculaire buitenboordmotor’ is een lange spiraal die als een propeller kan rondraaien, waardoor de bacterie zich tegen zijn omgeving afzet. Sommige zweepstaarten halen een snelheid van meer dan honderd rotaties per seconde. Als de zweepstaart draait, dan wordt hij aan de basis aangedreven door een groep eiwitten die samen werken als een motor.

Blair en zijn collega’s ontdekten dat het gen dat ervoor zorgt dat de bacteriën in een biofilm een slijmerige laag gaan uitscheiden, ook de opdracht geeft voor de aanmaak van het eiwit EpsE. Dat eiwit verbuigt de aandrijving van de zweepstaart, waardoor er geen contact meer is met de motor. Het eiwit heeft dus dezelfde uitwerking als het intrappen van de koppelingspedaal van een auto waardoor de motor loskomt van de versnellingsbak. Of, en zo ja hoe een bacterie de koppeling tussen motor en zweepstraat weer kan herstellen heeft Blair nog niet ontdekt.

Door de motor te ontkoppelen krijgt de zweepstaart in een biofilm meer bewegingsvrijheid. Zweepstaarten beschadigen mogelijk minder snel als de bacteriën dicht opeen gepropt zitten.

Bacteriën als B. subtilis en E. coli hebben per cel meerdere zweepstaarten. Tot nu toe gingen wetenschappers ervan uit dat deze organismen misschien tot stilstand konden komen door de zweepstaarten op te breken. In een toelichting per e-mail stelt laatste auteur Daniel Kerns dat bij zijn weten in elk geval nooit iemand eerder heeft aangetoond dat bacteriën in staat zijn om hun zweepstaart gecontroleerd stil te zetten.

Volgens de auteurs is hun ontdekking van belang, omdat de bacteriële ontkoppeling als voorbeeld kan dienen voor wetenschappers die minuscule motoren ontwikkelen. En als het mogelijk is de aanmaak van EpsE te frustreren, dan vormen bacteriën samen misschien ook minder goede slijmlaagjes. Dat kan van belang zijn om ongewenste bacteriële slijmlaagjes te bestrijden zoals tandplak, schadelijke biofilms in het lichaam (wondinfecties, longontsteking bij cystische fibrose) of vervuiling aan de binnenkant van pijpleidingen.

De moleculaire motor die een zweepstaart aandrijft maakt gebruik van een concentratieverschil in protonen over het celmembraan. Als een proton het membraan passeert, krijgt de motor als het ware een zwiep. In principe zou de cel zijn zweepstaart ook kunnen laten stoppen door deze protonengradiënt te beïnvloeden of de protonenstroom stil te leggen, maar volgens Kerns is zoiets nog nooit waargenomen.

Michiel van Nieuwstadt

    • Michiel van Nieuwstadt