Is Thiomargarita magnifica een ontbrekende schakel?

Klassiek staan bacteriën bekend als vrij primitieve, microscopische wezens. Toch blijkt er een bacterie te bestaan die niet alleen groot is, maar ook opmerkelijk gespecialiseerd. Zo gespecialiseerd dat ze misschien een ontbrekende schakel vormt tussen de eukaryoten en de prokaryoten.

16 maart 2022

Zo'n tien jaar geleden ontdekte zeebioloog Olivier Gros op Guadeloupe draadvormige organismen, die zich ontwikkelden op rottende mangrovebladeren in een plaatselijk moeras. Pas vijf jaar later beseften hij en zijn collega's dat de filamenten eigenlijk bacteriën waren. De eencellige organismen waren tot twee centimeter lang en zowat 5.000 maal groter dan een doorsnee bacterie.

Microbiologen hebben lang gedacht dat bacteriën noodzakelijk klein moesten zijn, omdat ze voedingsstoffen opnemen en afvalstoffen afstaan door diffusie. Lange afstanden doorheen het cytoplasma zouden dat proces bemoeilijken. Tegen het einde van de jaren 90 heeft men dat inzicht moeten bijstellen. Toen werd in sedimenten voor de kust van Namibië een bacterie ontdekt die zowat een halve millimeter groot kon worden. Algauw bleek hoe de bacterie het probleem van de potentieel lange diffusieafstand heeft opgelost: haar volume wordt bijna volledig in beslag genomen door een met vocht gevulde vacuole, die het cytoplasma tegen de celwand drukt. Diffusieprocessen moeten dus enkel die dunne, wandstandige laag overbruggen. Omdat het cytoplasma van de pas ontdekte bacterie bezaaid was met zwavelkorrels, kreeg ze de naam Thiomargarita namibiensis mee. Thiomargarita betekent immers zoveel als 'zwavelparel'. De bacterie gebruikt zwavel als elektrondonor voor de omzetting van anorganische in organische koolstofverbindingen.

Organellen

Toen Jean-Marie Volland, een jonge medewerker van Olivier Gros, zich recentelijk van naderbij ging bezighouden met de vele malen grotere bacterie die in Guadeloupe was ontdekt, deed hij een analoge vaststelling: de bacterie bleek verwant met het Namibische exemplaar en omvat een met vocht gevulde vacuole waarin 75% van haar volledige volume opgaat. Ze heet nu Thiomarga-rita magnifica.

De jonge onderzoeker zag nog iets anders. Terwijl het genetisch materiaal van bacteriën meestal los in het cytoplasma zweeft, beschikt Thiomargarita magnifica over een reeks kleine organellen waarin het bacteriële genoom blijkt schuil te gaan. Jean-Marie Volland stelt voor deze structuren 'pepins' te noemen - een Engelstalig neologisme op basis van het Franse woord 'pépin' (of pit).

Bacteriën werden tot nog toe beschouwd als prokaryoten, of cellen zonder kern, dit in tegenstelling tot de eukaryoten, die wel een kern hebben en zowel de gisten als de complexere organismen omvatten. Thiomargarita magnifica herschudt de kaarten. Het besef dat deze bacterie wel degelijk organellen heeft die aan een celkern doen denken, is niet het eerste, maar allicht het overtuigendste bewijs dat er binnen het domein van de bacteriën een evolutie bestaat, en dat de grens tussen prokaryoten en eukaryoten dunner is dan eerst gedacht. "De ontdekking van Thiomargarita magnifica suggereert dat er misschien grotere en complexere bacteriën aan onze aandacht ontsnappen, terwijl we ze met het blote oog kunnen zien", zegt Jean-Marie Volland in de conclusie van zijn artikel, dat voorlopig op bioRxiv.org op peer-review wacht. "Het blootleggen van hun specifieke biologische kenmerken, energiemetabolisme en de precieze aard van pepins, zou ons een beter inzicht kunnen bieden in de evolutie van de biologische complexiteit."