Wetenschappers ontdekten dat de nieuw ontdekte eencellige archaea in hete lentesedimenten leefde
Enkele van de eerste bewijzen voor Brockarchaeota, een geheel nieuwe groep microben met een nooit eerder gezien metabolisme, kwamen van sedimenten bij de warmwaterbronnen van Tengchong Yunnan in China (afgebeeld).
De warmwaterbronnen en hydrothermale ventilatieopeningen van de aarde zijn de thuisbasis van een voorheen niet-geïdentificeerde groep archaea. En, in tegenstelling tot vergelijkbare kleine, eencellige organismen die diep in sedimenten leven en kauwen op rottend plantaardig materiaal, produceren deze archaea niet het klimaatopwarmende gas methaan, rapporteren onderzoekers op 23 april in Nature Communications.
“Micro-organismen zijn de meest diverse en overvloedige vorm van leven op aarde, en we kennen er maar 1 procent van”, zegt Valerie De Anda, een milieumicrobioloog aan de Universiteit van Texas in Austin. “Onze informatie is gericht op de organismen die mensen beïnvloeden. Maar er zijn veel organismen die de belangrijkste chemische cycli op aarde aansturen die we gewoon niet kennen. “
Archaea is een bijzonder mysterieuze groep (SN: 14/02/20). Pas eind jaren zeventig werden ze erkend als een derde domein van het leven, verschillend van bacteriën en eukaryoten (waaronder al het andere, van schimmels tot dieren en planten).
Jarenlang werd gedacht dat archaea alleen bestond in de meest extreme omgevingen op aarde, zoals warmwaterbronnen. Maar archaea zijn eigenlijk overal, en deze microben kunnen een grote rol spelen in de koolstof- en stikstofcyclus tussen het land, de oceanen en de atmosfeer van de aarde. Een groep archaea, Thaumarchaeota, zijn de meest voorkomende microben in de oceaan, zegt De Anda (SN: 28-11-17). En methaanproducerende archaea in de magen van koeien zorgt ervoor dat de dieren grote hoeveelheden gas in de atmosfeer laten boeren (SN: 18-11-15).
Nu hebben De Anda en haar collega’s een geheel nieuw phylum geïdentificeerd – een grote tak van verwante organismen in de boom des levens – van archaea. Het eerste bewijs van deze nieuwe organismen bevonden zich in sedimenten van zeven warmwaterbronnen in China en van de diepzeehydrothermale openingen in het Guaymas Basin in de Golf van Californië. In deze sedimenten vond het team stukjes DNA die het minutieus verzamelde tot de genetische blauwdrukken of genomen van 15 verschillende archaea.
De onderzoekers vergeleken vervolgens de genetische informatie van de genomen met die van duizenden eerder geïdentificeerde genomen van microben beschreven in openbaar beschikbare databases. Maar “deze sequenties waren compleet anders dan alles wat we kennen”, zegt De Anda.
Zij en haar collega’s gaven de nieuwe groep de naam Brockarchaeota, voor Thomas Brock, een microbioloog die als eerste archaea kweekte in het laboratorium en die stierf in april. Brocks ontdekking maakte de weg vrij voor polymerasekettingreactie, of PCR, een Nobelprijswinnende techniek die wordt gebruikt om kleine stukjes DNA te kopiëren en die momenteel wordt gebruikt in tests voor COVID-19 (SN: 3/6/20).
Brockarchaeota, zo blijkt, leven eigenlijk over de hele wereld – maar tot nu toe werden ze over het hoofd gezien, onbeschreven en naamloos. Nadat De Anda en haar team de nieuwe genomen hadden samengesteld en er vervolgens op hadden gejaagd in openbare databases, ontdekten ze dat stukjes van deze voorheen onbekende organismen waren gevonden in warmwaterbronnen, geothermische en hydrothermische afvoersedimenten van Zuid-Afrika tot Indonesië tot Rwanda.
DNA-detective werk
Sedimenten verzameld in warmwaterbronnen in China en in het Guaymas Basin in de Golf van Californië (in oranje) bevatten stukjes DNA waarvan wetenschappers vonden dat ze afkomstig waren van een voorheen onbeschreven groep organismen, genaamd Brockarchaeota, die ook een uniek metabolisme hebben. Na reconstructie van de genetische blauwdrukken van 15 verschillende organismen uit deze groep, ontdekten de onderzoekers dat fragmenten van DNA van over de hele wereld (blauw gemarkeerde plaatsen) die onderzoekers al hadden geüpload naar openbaar beschikbare databases, ook tot deze groep bleken te behoren.
Sites waar Brockarchaeota is gevonden
1. Yellowstone National Park warmwaterbronnen (Verenigde Staten)
2. Little Hot Creek hot springs (Verenigde Staten)
3. Guaymas Basin diepzeesedimenten (Golf van Californië)
4. Sedimenten van het Kivumeer (Rwanda)
5. Warmwaterbronnen van Zuid-Afrika
6. Qucai en Quzhoumu warmwaterbronnen (China)
7. Gudui geothermische warmwaterbronnen (China)
8. Tengchong-warmwaterbronnen (China)
9. Sedimenten van het meer van de Golf van Boni (Indonesië)
Binnen de nieuwe genomen jaagde het team ook op genen die verband houden met het metabolisme van microben – welke voedingsstoffen ze consumeren en wat voor soort afval ze produceren. Aanvankelijk verwachtte het team dat deze archaea – net als andere archaea die eerder in dergelijke omgevingen werden aangetroffen – methaanproducenten zouden zijn. Ze knabbelen op dezelfde materialen als methaanproducerende archaea: verbindingen met één koolstof zoals methanol of methylsulfide. “Maar we konden de genen die methaan produceren niet identificeren”, zegt De Anda. “Ze zijn niet aanwezig in Brockarchaeota.”
Dat betekent dat deze archaea een voorheen onbeschreven metabolisme moeten hebben, waardoor ze koolstof kunnen recyclen – bijvoorbeeld in sedimenten op de zeebodem – zonder methaan te produceren. En gezien hoe wijdverbreid ze zijn, zegt De Anda, zouden deze organismen een voorheen verborgen maar belangrijke rol kunnen spelen in de koolstofcyclus van de aarde.
“Het is tweeledig interessant – het is een nieuw phylum en een nieuw metabolisme”, zegt Luke McKay, een microbiële ecoloog van extreme omgevingen aan de Montana State University in Bozeman. Het feit dat deze hele groep zo lang onder de radar had kunnen blijven, voegt hij eraan toe, “is een indicatie van waar we ons bevinden in de staat van microbiologie.”
Maar, voegt McKay toe, de ontdekking is ook een getuigenis van de kracht van metagenomica, de techniek waarmee onderzoekers nauwgezet individuele genomen uit een grote mengelmoes van microben in een bepaald monster van water of sedimenten kunnen pesten. Dankzij deze techniek identificeren onderzoekers steeds meer delen van de voorheen mysterieuze microbiële wereld.
“Er is zo veel daarbuiten”, zegt De Anda. En “elke keer dat je meer DNA sequenteert, begin je te beseffen dat er meer is dat je de eerste keer niet kon zien.”
