Onbekende oceaanbacterie schudt wetenschappers wakker

De meest succesvolle bacteriën op aarde worden in de oceanen gevonden en behoren tot de groep SAR11. De Uppsala University (Zweden) probeert een verklaring voor te geven voor het succes en tegelijkertijd trekt het de algemeen geaccepteerde theoriën in twijfel. In hun onderzoek hebben ze ook een zeldzame en onbekende familielid van de mitochondrion ontdekt, de energiecentrale van de cel.

De resultaten werden gepubliceerd in twee Journals: Molecular Biology and Evolution en PLoS One.

De gigantische berg informatie over het DNA in onze oceanen laat ons een glimp zien, deze unieke data wordt nu voor het eerst bestudeerd, vertelt hoofdauteur Siv Andersson (Uppsala University). We kunnen op zoek gaan naar antwoorden op fundamentele vragen over het ontstaan van leven.

Het genoom

De bacteriën behoren tot de groep SAR 11 en SAR 11 maakt 30 tot 40% uit van alle bacteriën in de open oceanen en spelen hierom een belangrijke rol in de koolstofcyclus van de wereld. De open oceanen zijn net woestijnen en de SAR 11 bacteriën bezitten een heel klein celvolume. Hierdoor wordt de concentratie van voedingsdeeltjes in de cel gemaximaliseerd. Daarnaast zijn hun genomen klein en bestaan uit minder dan 1,5 miljoen bouwstenen.

Uit eerder onderzoek nam altijd aan dat ze familie zijn van een gelijkwaardig gespecialiseerde groep landbacteriën, inclusief de tyfus bacterie. Deze bacteriën hebben ook een klein genoom maar deze is aangepast voor mensen, dieren en insecten.

Uit de geavanceerde analyses van de evolutionaire relatie tussen deze oceaan- en landbacteriën door de Uppsala onderzoekers blijkt dat dit een foute aanname is. De SAR 11 bacteriën hebben zich ontwikkeld uit oceaan- en landbacteriën met genomen die 3 tot 10 maal zo groot zijn.

Het succes

In tegenstelling tot hun naaste relaties bezitten de SAR 11 bacteriën geen genen waarvan men aanneemt dat deze een belangrijke rol spelen in de reparatie van het DNA. Dit is ook een mogelijke verklaring voor het feit dat ze zo succesvol zijn.

Het verlies van deze reparerende genen betekent dat de bacteriën sneller met elkaar genen kunnen uitwisselen. Heilzame genen kunnen zich snel in de oceanen verplaatsen als een snelle aanpassing aan veranderingen in het voedselaanbod, temperatuur en UV-straling, vertelt co-auteur Johan Viklund.

Evolutie

Het doorploegen van data van momentele onderzoeken over de DNA samenstelling van alle bacteriën in de oceanen vonden de Uppsala onderzoekers ook DNA sequenties voor proteïnen die deelnemen aan de ademhaling van de cel: suiker wordt afgebroken in koolstofdioxide en water.

Door deze genesequentie te vergelijken met die van het mitochondrion van mensen, dieren en insecten slaagden de onderzoekers erin om een groep onbekende bacteriën te identificeren.

Co-auteur Thijs Ettema legt uit: deze bacteriën lijken heel veel op mitochondria. De resultaten geven aan dat de mitochondria in de oceanen zijn ontstaan maar dat de naaste verwanten niet behoren tot de SAR 11 groep, zoals eerder werd aangenomen.