Toeval bepaalt de groei van identieke bacteriën

Bacteriecellen die precies hetzelfde zijn, groeien door toeval toch niet even snel. Die ruis kan de evolutie sturen.

Foto Daan Kiviet & Sander Tans

Genetisch identieke bacteriën groeien niet even snel. De stofwisseling in een cel hapert soms, door toeval. Dat ontdekten onderzoekers van het AMOLF-instituut in Amsterdam (Nature, 3 september). Ze zagen de groei van bacteriën stokken door schommelingen in het aantal enzymen in de cellen.

Enzymen zijn eiwitten die moleculaire reacties versnellen. Enzymen breken bijvoorbeeld suikers en eiwitten af, zodat andere enzymen de brokken weer opbouwen tot grotere moleculen zoals DNA en celmembranen.

Maar het aantal enzymen in de cel is niet constant. De ene bacterie heeft misschien vijftig kopieën van een enzym in zijn cel, de andere honderd. Die ruis is onvoorspelbaar en ontstaat als opstapeling van toevallige gebeurtenissen: het gen dat voor het enzym codeert, wordt bijvoorbeeld niet altijd even vaak of snel afgelezen.

Wetenschappers wisten wel dat die ruis bestond, maar niet of die ook gevolgen had voor de bacterie zelf. Misschien maakten de fluctuaties van één enzym niet uit voor het hele web aan chemische reacties binnen de cel.

De Amsterdamse onderzoekers hebben nu voor het eerst laten zien dat dat wel zo is. Promovendus Daan Kievit labelde een enzym dat suikers afbreekt met een fluorescent eiwit en volgde de groei van individuele E.coli-bacteriën. Zo zag hij dat trage bacteriën minder enzymen bevatten.

Hoofdonderzoeker Sander Tans sluit niet uit dat fluctuaties fataal kunnen zijn voor bacteriën in moeilijke situaties. Niet de best aangepaste bacteriën zouden dan overleven, maar de exemplaren met een toevallige gunstige combinatie van enzymen.

Tans denkt dat de ruis in bacteriën onvermijdelijk is. De bewegingen van moleculen in de cel zijn ten slotte willekeurig en onvoorspelbaar. Tans hoopt dat dit inzicht toegepast wordt in het kankeronderzoek. „Kankercellen kunnen in slapende of delende toestand zijn. Misschien speelt de interne toestand van de cel een rol bij de overgang daartussen.”