Oeroude zee-microbe in lab geboren

Biologie In een Japans laboratorium is een eencellige microbe gekweekt die nieuw licht kan werpen op het ontstaan van complex leven.

Foto van Prometheoarchaeum syntrophicum, een eencellige van minder dan een duizendste millimeter groot.
Foto van Prometheoarchaeum syntrophicum, een eencellige van minder dan een duizendste millimeter groot. Foto Hiroyuki Imachi, Masaru K. Nobu, JAMSTEC

Voor het eerst is het gelukt een vreemde groep van extreem traag groeiende microben afkomstig uit de diepzee in het lab te kweken. Dat maakten Japanse microbiologen onlangs bekend in Nature. De microben zijn bijzonder omdat ze evolutionair gezien nauw verwant zijn aan complexere levensvormen zoals dieren, planten en schimmels. Verder onderzoek aan de stam kan duidelijk maken hoe complex leven op aarde ontstond, twee miljard jaar geleden.

„Een mijlpaal”, noemt de Wageningse hoogleraar microbiologie Thijs Ettema de Japanse prestatie. „Deze cellen zijn onze verre neefjes. Ze vertellen ons iets over waar we vandaan komen.” Ettema en zijn collega’s waren de eersten die in 2015 het bestaan van de stam afleidden uit de vondst van dna-sequenties in zeeslib nabij een Noorse warmwaterbron. Ettema’s team vernoemde de microbenstam naar Asgard, de mythische plek waar Noorse goden huizen.

De Asgard-microben zijn geen bacteriën, maar archaea. Bioloog Carl Woese maakte eind jaren zeventig voor het eerst onderscheid tussen bacteriën en archaea. Tot dan toe werden simpele eencelligen op één hoop gegooid. Woese concludeerde na genetisch onderzoek dat bacteriën en archaea twee verschillende domeinen van leven vormen, naast het derde domein, van cellen met complexe celculturen: de eukaryoten.

Lees ook: De nietige voorouders van bijna alles wat leeft

De Asgard-archaea zijn een schakel tussen simpel en complex leven. Inmiddels is duidelijk dat eukaryoten ontstonden uit een Asgard-achtige voorouder. Allerlei genen die kenmerkend zijn voor eukaryoten, zoals die voor een celskelet, zijn ook teruggevonden bij Asgard-archaea.

Sinds Thijs Ettema in 2015 voor het eerst melding maakte van het bestaan van Asgard-microben, zijn over de hele wereld dna-sporen van de stam aangetroffen. Maar nog nooit zag iemand een levende cel. Tot nu.

Griekse titaan Prometheus

De Japanse microbiologen visten al in 2006 met een onderzeeër sediment op uit de Nankai-trog, tweeëneenhalve kilometer onder de zeespiegel. Al veertien jaar wordt dit sediment met voedingsstoffen gevoed in een bioreactor in de Japanse stad Yokosuka. Na jaren van verrijken en opkweken lukte het de Japanners om uit dit mengsel, waarin verschillende bacteriën en archaea samenleven, een Asgard-microbe te isoleren. Ze doopten het organisme Prometheoarcheum syntrophicum. Een verwijzing naar de Griekse titaan Prometheus die mensen schiep uit klei.

Prometheoarcheum heeft ten minste één andere bacterie nodig om te groeien en produceert waterstof of formiaat voor zijn partner, in ruil voor andere voedingsstoffen. Met een lengte van een halve micron is Prometheoarcheum klein voor een archaeon (een micron is een duizendste millimeter). Opvallend zijn de uitstulpsels die vanuit het centrum uitlopen en zich steeds verder vertakken. De Japanse onderzoekers stellen zich voor dat miljarden jaren geleden een bacterie in de tentakels van een Asgard-microbe verstrikt raakte en uiteindelijk werd opgeslokt. Het staat vast dat energieproducerende organellen van eukaryoten (mitochondriën) overblijfselen zijn van bacteriën die ooit zijn opgeslokt door een archaeon.

„De tentakel-hypothese lijkt uit nood geboren”, zegt Thijs Ettema. „Andere Asgards hoeven deze tentakels niet te hebben.” Genetisch gezien lijkt Prometheoarcheon sterk op de allereerste Asgard-archaeon waar Ettema in 2015 dna-sporen van vond. Maar sindsdien zijn er dna-sequenties gevonden van Asgard-archaea die evolutionair gezien dichterbij eukaryoten staan.

Prometheoarcheum is nog geen modelorganisme. In het lab groeit de microbe weliswaar sneller dan in de koude zeebodem, maar met een verdubbelingstijd van twee à drie weken duurt het lang voordat er genoeg biomassa beschikbaar is om mee te experimenteren. Ettema: „Ook om die reden is het goed om te kijken of we ook andere Asgards kunnen vinden en kweken. Maar de eerste stap is gezet. Vanaf nu kan het alleen maar makkelijker worden.”