Een intern aftellen geeft aan wanneer de omgevingsomstandigheden veilig zijn voor bacteriën om te doen herleven
Onderzoekers gebruikten kleurrijke kleurstoffen om de elektrische ladingen van Bacillus subtilis sporen, zoals hier te zien, om bij te houden hoe de bacteriën reageerden op pulsen van voedingsstoffen. Bacteriën zoals deze worden slapend om moeilijke omgevingen te overleven, maar het was niet eerder bekend hoe ze voelen wanneer ze wakker moeten worden.
Bacteriën gaan tot het uiterste om moeilijke tijden aan te kunnen: ze hurken neer, bouwen een fortachtige schil rond hun DNA en schakelen alle tekenen van leven uit. En toch, wanneer de tijden verbeteren, kunnen deze slapende sporen uit de schijnbare dood opstaan.
Maar “je moet voorzichtig zijn als je besluit weer tot leven te komen”, zegt Peter Setlow, een biochemicus bij UConn Health in Farmington. “Want als je het fout hebt, ga je dood.” Hoe is een spore te vertellen?
Voor sporen van de bacterie Bacillus subtilisis de oplossing simpel: het telt.
Deze “levende stenen” voelen dat het tijd is om te doen herleven, of ontkiemen, door in wezen te tellen hoe vaak ze voedingsstoffen tegenkomen, rapporteren onderzoekers in een nieuwe studie op 7 oktober. Wetenschap.
“Ze lijken letterlijk geen meetbare biologische activiteit te hebben”, zegt Gürol Süel, een microbioloog aan de Universiteit van Californië, San Diego. Maar Süel en zijn collega’s wisten dat de kernen van sporen positief geladen kaliumatomen bevatten, en omdat deze atomen kunnen bewegen zonder dat de cel energie verbruikt, vermoedde het team dat kalium betrokken zou kunnen zijn bij het wakker schudden van de cellen.
Dus het team ontmaskerd B. subtilis sporen tot voedingsstoffen en gebruikte kleurrijke kleurstoffen om de beweging van kalium uit de kern te volgen. Bij elke blootstelling verliet meer kalium de kern, waardoor de elektrische lading ervan negatiever werd. Zodra de kernen van de sporen voldoende negatief geladen waren, werd de kieming geactiveerd, zoals een champagnefles die eindelijk zijn kurk laat knappen. Het aantal belichtingen dat nodig was om kieming te activeren, varieerde per spore, net zoals sommige kurken min of meer moeten worden gedraaid om te knallen. Sporen waarvan de kaliumbeweging verlamd was, vertoonden een beperkte verandering in elektrische lading en hadden minder kans om weer tot leven te komen, ongeacht aan hoeveel voedingsstoffen ze werden blootgesteld, zo bleek uit de experimenten van het team.
Veranderingen in de elektrische lading van een cel zijn belangrijk in de hele levensboom, van het bepalen wanneer hersencellen berichten naar elkaar wegritsen tot het knappen van een Flytrap van Venus (SN: 14/10/20). De ontdekking dat sporen ook elektrische ladingen gebruiken om hun wake-up calls in te stellen, windt Süel op. “Je wilt principes in de biologie vinden”, zegt hij, “processen die systemen doorkruisen, die velden en grenzen overschrijden.”
Sporen zijn niet alleen interessant vanwege hun unieke en extreme biologie, maar ook voor praktische toepassingen. Sommige “kunnen nogal nare dingen veroorzaken”, van voedselvergiftiging tot miltvuur, zegt Setlow, die niet bij het onderzoek betrokken was. Omdat sporen resistent zijn tegen de meeste antibiotica, zou het begrijpen van ontkieming kunnen leiden tot een manier om ze weer tot leven te brengen om ze voorgoed te doden.
Toch zijn er veel onbeantwoorde vragen over de “zwarte doos” van hoe sporen ontkiemen, zoals of het mogelijk is voor de sporen om hun kaliumgetal te “resetten”. “We staan echt aan het begin om die zwarte doos in te vullen”, zegt Kaito Kikuchi, een bioloog nu bij Reveal Biosciences in San Diego, die het werk uitvoerde aan de Universiteit van Californië, San Diego. Maar ontdekken hoe sporen erin slagen hun omgeving te volgen terwijl ze meer dood dan levend zijn, is een spannend begin.
