Een toxine genaamd colibactine wekt slapende virussen op die zijn ingebed in bacterieel DNA
sommige soorten E coli een middel voor chemische oorlogsvoering maken dat sluimerende virale bommen kan laten ontploffen in sommige naburige bacteriën. Onderzoekers hebben onlangs dit nieuwe type microbiële oorlogsvoering ontdekt, waarbij bacteriën betrokken zijn die vergelijkbaar zijn met de in het laboratorium gekweekte E coli in dit ingekleurde, rasterelektronenmicroscoopbeeld.
Sommige bacteriën kunnen niet-ontplofte virale granaten veroorzaken in het DNA van naburige bacteriën.
Zeker Escherichia coli bacteriën, waaronder enkele die in menselijke darmen leven, maken een chemische stof aan die colibactine wordt genoemd. Dat chemische stof wekt slapende virussen in nabijgelegen bacteriën opsoms leidend tot hun vernietiging, rapporteren onderzoekers op 23 februari in Natuur.
Dit soort biologische oorlogsvoering tussen bacteriën is nog niet eerder beschreven. “Het is een interessante strategie, en het is ook een gevaarlijke strategie”, zegt Heather Hendrickson, een evolutionair microbioloog aan de Universiteit van Canterbury in Christchurch, Nieuw-Zeeland, die niet betrokken was bij het werk.
Colibactineproducenten moeten hun bacteriële vijanden besluipen en de niet-ontplofte ordonnantie activeren die zich in het DNA van de vijanden bevindt. Die granaten zijn profagen – bacterie-infecterende virussen die zichzelf in het DNA van hun gastheren hebben ingebracht, waar ze zich onschadelijk en slapend verbergen totdat iets hun ontwaken activeert. Dat iets, in dit geval, is DNA-schade veroorzaakt door colibactine.
Wanneer colibactine DNA aantast, treedt een bacterieel reparatiesysteem, de SOS-reactie genaamd, in werking, ontdekten chemisch bioloog Emily Balskus en collega’s. “Wat veel fagen hebben gedaan, is die reactie aan te boren”, zegt Balskus, een onderzoeker van het Howard Hughes Medical Institute aan de Harvard University.
“Het is een signaal voor hen om uit deze slapende levensstijl te stappen en wakker te worden om hun gastheer te doden en verder te gaan om een nieuwe gastheer te zoeken”, zegt ze. Zodra fagen wakker worden, repliceren ze en barsten uit de gastheercel, waardoor deze wordt vernietigd.
Maar zodra deze virale granaten afgaan, kunnen ze andere bacteriën infecteren, waardoor de aanvallende bacteriën en andere microben in de buurt mogelijk worden blootgesteld aan biologische granaatscherven.
Mensen kunnen ook verstrikt raken in het kruisvuur. Onderzoekers wisten al dat colibactine schade aan het menselijk DNA kan veroorzaken, wat kan leiden tot darmkanker. Maar waarom de bacteriën de chemische stof tegen mensen zouden gebruiken, was niet bekend.
Het nieuwe onderzoek suggereert dat E coli produceert misschien geen colibactine om zijn menselijke gastheren aan te vallen, maar als een tegenmaatregel tegen andere microben, zegt Hendrickson (SN: 14/12/21). “Het is gemakkelijk om te vergeten dat er een voortdurend gesprek en oorlog gaande is tussen bacteriën, en dat we misschien niet de focus van hun activiteiten zijn.”
Onder bacteriën is colibactine meestal geen dodelijk wapen. In de meeste bacteriën die Balskus en haar collega’s onderzochten, veroorzaakte colibactine DNA-schade, maar de bacteriën konden de wonden herstellen. Dat kan zijn omdat colibactine een onstabiele chemische stof is die snel afbreekt voordat het genoeg DNA kan breken om onherstelbare schade aan te richten, zegt Balskus. Sommige bacteriën maken ook andere chemicaliën die colibactine onschadelijk maken voordat het DNA kan beschadigen, ontdekte haar team. Alleen bacteriën die niet-ontplofte profagen in hun DNA hebben en geen andere afweermechanismen waren kwetsbaar voor colibactine-producerende bacteriën in laboratoriumschalen.
Omdat colibactine snel vervalt, “suggereert dit dat dit een communicatie op zeer korte afstand is”, zegt Michael Dougherty, een microbioomonderzoeker aan de Universiteit van Florida in Gainesville die niet bij het onderzoek betrokken was. “Misschien kan het effect hebben wanneer bacteriën biofilms vormen waar je biljoenen bacteriën op elkaar hebt gestapeld.”
Colibactine is misschien niet de enige factor die betrokken is bij het exploderen van naburige bacteriën, zegt Christian Jobin van Dougherty’s University of Florida. Het team van Balskus heeft niet aangetoond dat colibactine alleen profagen kan laten ontploffen. Misschien is er nog iets anders aan de aanwezigheid van de colibactine-producerende bacterie nodig om het vuurwerk af te trappen, oppert hij.
De onderzoekers weten nog niet of colibactine profagen kan veroorzaken wanneer bacteriën zich in hun natuurlijke habitat bevinden, zoals de darmen van mensen en andere dieren. En misschien is het ontwaken van de virussen een ongeluk, speculeert Balskus.
“Kan zijn [colibactin] niet echt geëvolueerd om te doden. Misschien is de primaire ecologische functie ervan om iets anders te doen’, zegt ze. Wat dat zou kunnen zijn, is een mysterie dat Balskus en haar collega’s proberen op te lossen.
