Sluimerende bacteriesporen worden wakker voor een maaltijd dankzij een elektrochemisch potentiaal, zo ontdekten wetenschappers.

Is een bacterie uitgehongerd of gestrest, dan gaat hij in sluimerstand. Zo’n bacteriespore kan jarenlang overleven in extreme hitte, druk en zelfs het vacuüm van de ruimte. Maar worden de omstandigheden beter, dan ‘ontwaakt’ hij op tijd. Hoe doet hij dat? Onderzoekers van de University of California, San Diego, denken dat nu te weten. Ze publiceerden hun bevindingen in Science.

Lees ook:

• Bacteriën overleven ruimtereis van een jaar
• Bacteriën met metaaldieet ontdekt
• Bacterie zichtbaar voor menselijk oog ontdekt

Omgeving monitoren

Sommige bacteriën kunnen sporen vormen. Ze drogen zichzelf uit, leggen een meerlaagse ‘jas’ om zich heen en stoppen elke vorm van stofwisseling en celactiviteit. Bijna niets of niemand kan hen dan deren. Dit maakt het bijvoorbeeld lastig om de sporenvormde Antrax-bacterie, die miltvuur veroorzaakt, te vernietigen. Ook na vijfduizend jaar begraven in de bodem kan de microbe nog tot leven komen en mens en dier ziek maken.

Dat weer tot leven komen van bacteriesporen (de wetenschappelijke term is ‘ontkiemen’) is tot nu toe een mysterie. Hoe weet de microbe dat het tijd is om de levensprocessen weer op te starten? Hij moet in het bezit zijn van sensor die de omgeving monitort om dat te kunnen beslissen. Het huidige team, onder leiding van Gürol Süel, besloot deze ‘wekker’ verder te gaan onderzoeken.

Wekker gaat af

De onderzoekers onderwierpen Bacillus subtilis-sporen aan een serie prikkels op gezette tijden. Deze prikkels bestonden uit voedsel (het zogenoemde ontkiemingsmiddel) dat maar kort werd aangeboden. Tegelijkertijd werd het zogenoemde elektrochemische potentiaal van de cellen gemeten. Dit potentiaal wordt bepaald door de positieve en negatieve ladingen aan de binnen- en buitenzijde van het celmembraan van de spore én de concentraties van de daar aanwezige geladen atomen.

Süel en collega’s ontdekten dat de bacteriespore bij elk voorgeschoteld hapje een stijging heeft in zijn elektrochemische potentiaal voor een specifiek geladen atoom. Tijdens zo’n prikkel bleken namelijk massaal positief geladen kaliumdeeltjes uit de spore uit te stromen. Omdat positieve ladingen de cel verlieten, werd de microbe aan de binnenkant negatiever en aan de buitenkant positiever geladen. Het elektrochemische potentiaal voor kalium steeg dus.

Was de prikkel voorbij, dan zakte het potentiaal weer iets. Dat bleek te veranderen toen de onderzoekers regelmatig die prikkels toedienden. De microbe begon dan te ‘tellen’. Als alle prikkels bij elkaar opgeteld een bepaalde elektrochemische drempel overschreden (hier een filmpje daarover), was dat het moment waarop de wekker van de bacterie afging: wakker worden!

Andere planeten

Dit fenomeen lijkt volgens de onderzoekers wel een beetje op de manier waarop zenuwcellen werken. Die hebben ook een elektrochemisch potentiaalgradiënt. Prikkel je zo’n cel vaak en snel genoeg achter elkaar, dan wordt ook hier een drempel bereikt en begint de zenuwcel te vuren.

Süel en zijn team denken dat het onderzoek van belang kan zijn voor de zoektocht naar leven op extreme plekken. Niet alleen op de aarde (denk dat zure meren en hete grotten) maar ook op andere planeten. Als er leven is, zijn dat zeer waarschijnlijk microben in de sluimerstand. Dankzij dit nieuwe onderzoek weten we hoe we ze kunnen laten ontwaken. Of we dat willen, is weer een andere vraag.

Bronnen: Science, University of California – San Diego via EurekAlert!, AAAS via EurekAlert!

Beeld: 123RF

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!