Wetenschappers hebben een opmerkelijke nieuwe vorm van symbiose ontdekt: een bacterie die binnenin leeft en energie levert aan een eencellig organisme dat ciliaat wordt genoemd. In tegenstelling tot de mitochondriën, die zuurstof gebruiken, levert de microbe energie aan zijn gastheer door nitraat in te ademen.
De onderzoekers ontdekten de microbe eerst in een zoetwatermeer en gingen vervolgens op zoek naar het verspreidingsgebied ervan. Tot hun verbazing vonden ze deze microben in allerlei omgevingen over de hele wereld, van meren en grondwater tot zelfs afvalwater. De ontdekking stelt ons begrip van microbiële partnerschappen op de proef en onthult hoe deze kleine organismen een verborgen maar belangrijke rol spelen in ecosystemen over de hele wereld.
In 2021 deden wetenschappers van het Max Planck Instituut voor Mariene Microbiologie in Bremen, Duitsland, een belangrijke ontdekking: een unieke bacterie leeft in en levert energie aan ciliaten, een eencellig eukaryotisch organisme. Deze symbiotische relatie is vergelijkbaar met de rol die mitochondriën spelen in cellen, maar met één groot verschil: in plaats van zuurstof te gebruiken, genereert deze endosymbiotische bacterie energie door middel van nitraatademhaling.
Om de verspreiding en diversiteit van deze bijzondere micro-organismen beter te begrijpen, hebben onderzoekers in Bremen de reikwijdte van hun onderzoek uitgebreid. Nu beginnen onderzoekers in Bremen meer te leren over de verspreiding en diversiteit van deze vreemde symbionten in het milieu. Yana Miluca van het Max Planck Instituut voor Mariene Microbiologie legt uit: "Nadat we deze symbiont voor het eerst in een zoetwatermeer hadden ontdekt, wilden we weten hoe algemeen deze organismen in de natuur voorkomen. Zijn ze extreem zeldzaam en zijn ze daarom lange tijd onontdekt gebleven? Of bestaan ze elders, en zo ja, wat zijn hun metabolische capaciteiten?"
Om daar achter te komen, doorzochten de wetenschappers grote openbare sequencing-databases met genetische gegevens uit talloze omgevingsmonsters. Wat ze ontdekten was verrassend: deze symbionten verschenen in ongeveer 1.000 verschillende datasets. "We waren verrast door hoe alomtegenwoordig ze zijn", zei Miluca. "We kunnen ze op elk bewoond continent vinden, en bovendien hebben we geleerd dat ze niet alleen in meren en andere zoetwaterhabitats kunnen leven, maar ook in grondwater en zelfs afvalwater."
Wetenschappers ontdekten in deze datasets niet alleen de originele symbionten, maar ook enkele nieuwe familieleden. "We hebben uiteindelijk vier nieuwe soorten geïdentificeerd, waarvan er twee daadwerkelijk een nieuw geslacht vormen", legt eerste auteur Daan Speth uit, "omdat de symbionten in dit nieuwe geslacht mogelijk verwant zijn aan de oorspronkelijk ontdekte Azoamicus (waarvan de naam 'Stikstofvriend' betekent) een vergelijkbare rol speelt en we hebben het nieuwe geslacht Azosocius ("Stikstofvriend") genoemd. We hadden het geluk een nieuwe Azoocius-soort te vinden in grondwatermonsters uit Heinich, Duitsland, niet ver van Bremen. "
Nu willen wetenschappers dieper ingaan op de levens van deze nieuwe soorten. In samenwerking met Kirsten Küsel en Will Overholt van de Friedrich-Schiller Universiteit Jena, Duitsland, die oorspronkelijk de monsters van Heinich verzamelden, konden de wetenschappers toegang krijgen tot de bemonsteringslocaties en metatranscriptomische gegevens bestuderen - gegevens die genexpressie in een monster beschrijven en microbiële activiteit aantonen.
Speth vervolgde: "Hier krijgen we nog een verrassing: deze respiratoire symbionten kunnen nieuwe trucjes uithalen. In tegenstelling tot de oorspronkelijke symbiontensoort, die alleen anaërobe ademhaling (dat wil zeggen denitrificatie) kan uitvoeren, coderen alle nieuwe symbiontensoorten feitelijk voor een terminaal oxidase-enzym waarmee ze naast stikstof ook zuurstofademhaling kunnen uitvoeren. Dit kan verklaren waarom we deze symbionten ook aantreffen in omgevingen die geheel of gedeeltelijk anoxisch zijn."
De resultaten, nu gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications, beantwoorden de open vragen van wetenschappers over de biogeografie van symbionten. "Dankzij de ontdekking van deze nieuwe soorten kunnen we nu ook meer gaan nadenken over hun evolutie", zegt Miluca. "We hopen beter te begrijpen hoe deze nuttige symbionten begonnen en hoe ze zich in de loop van de tijd ontwikkelden." "
Er zijn ook ecologische aspecten aan de studie, voegde Speth eraan toe: "Door denitrificatie uit te voeren, heeft deze symbiotische relatie een impact op de stikstofcyclus in hun respectieve habitats en heeft het potentieel om voedingsstoffen zoals stikstofoxiden te verwijderen en tegelijkertijd broeikasgassen zoals lachgas te produceren."
Last but not least is er een eenvoudige waardering van de microbiële wereld. 'Dit wezen is een natuurwonder,' zei Miluca opgewonden. "Protisten zijn vaak in staat zulke verbazingwekkende metabolische innovaties uit te voeren omdat ze zo gemakkelijk verwant zijn aan prokaryoten. Voor mij is dat echt fascinerend. Deze organismen zijn een belangrijk stukje van de puzzel in het begrijpen van de eukaryotische evolutie."
Samengesteld uit /ScitechDaily