Micro-organismen werken samen om hoge temperaturen te overleven
De gangbare opvatting is dat hoge temperaturen ervoor zorgen dat micro-organismen zich slechts langzaam vermeerderen of afsterven. Volgens deze visie gaan micro-organismen schade die wordt veroorzaakt door hitte op eigen kracht te lijf. De Delftse onderzoekers Diederik Laman Trip en Hyun Youk laten in hun publicatie in Nature Microbiology echter zien dat micro-organismen (in dit geval bakkersgist) daadwerkelijk kunnen samenwerken en elkaar en hun toekomstige generaties kunnen helpen te overleven en zich te vermeerderen bij hoge temperaturen.
Het artikel meldt de eerste ontdekking van een natuurlijke samenwerkingsstrategie die door een organisme wordt gebruikt om te overleven bij hoge temperaturen. Laman Trip en Youk ontwikkelden experimenten en een wiskundig model die laten zien dat gisten elkaar en hun toekomstige generaties helpen om zich te vermeerderen, te overleven en te voorkomen dat ze uitsterven bij temperaturen die eerder als te hoog werden beschouwd om te overleven (boven de 40 graden Celsius).
Antioxidant
Youk: ‘We ontdekten dat cellen kunnen samenwerken om hun omgeving ‘schoon’ te maken. Naarmate de temperatuur stijgt, scheiden de bakkersgistcellen glutathion af om elkaar te helpen zich te vermeerderen. Glutathion is een antioxidant en inactiveert schadelijke chemicaliën zoals reactieve zuurstofsoorten die bij hogere temperaturen worden geproduceerd en die schadelijk zijn voor de cellen. Gistpopulaties kunnen voorkomen dat zij uitsterven bij hoge temperaturen door samen te werken en voldoende glutathion te produceren om schade te voorkomen.’
Populatiegrootte is belangrijk
Illustratie van Max Betjes met succesvolle en onsuccesvolle populaties gist en glutathion
De onderzoekers onderzochten hoe populaties met verschillende initiële dichtheden reageerden op verschillende temperatuursveranderingen, dat wil zeggen of ze op een stabiel niveau bleven, groeiden of uitstierven. Het bleek dat alleen populaties met een hoge startdichtheid konden overleven bij hogere temperaturen. Youk: ‘Als genoeg gistcellen in een populatie samenwerken, hebben ze het vermogen om voldoende glutathion te produceren om hogere temperaturen aan te kunnen en zo een schoon milieu voor zichzelf en volgende generaties gistcellen te behouden. Bij onvoldoende samenwerking kan de populatie niet genoeg glutathion verzamelen en zal deze uitsterven.’
Klimaatverandering
De auteurs beschouwen het inzicht in de manier waarop microben kunnen omgaan met stijgende temperaturen als een actueel en relevant onderwerp in tijden van klimaatverandering. Youk: ‘We begrijpen momenteel niet hoe de verschillende soorten zich al dan niet redden, wanneer de temperaturen van de verschillende habitats (zoals de bodem, vijvers of de zee) de bovengrenzen van bewoonbaarheid naderen. Micro-organismen geven ons ecosysteem vorm door niet alleen als voedsel te dienen maar ook door verschillende chemicaliën te produceren die gunstig zijn voor die omgevingen (zoals bacteriën die CO2 afbreken om zuurstof te leveren). Nu de temperatuur op aarde stijgt, moeten we beter begrijpen wat er met deze micro-organismen zal gebeuren.’
Meer informatie
‘Yeasts collectively extend the limits of habitable temperatures by secreting glutathione’, door Diederik Laman Trip en Hyun Youk. Nature Microbiology, https://www.nature.com/articles/s41564-020-0704-2
Contactinformatie: http://www.youklab.org/people.html
Roy Meijer, wetenschapsvoorlichter TU Delft: r.e.t.meijer@tudelft.nl of +31 15 2781751
Financiering:
- EC | EU Framework Programme for Research and Innovation H2020 | H2020 Priority Excellent Science | H2020 European Research Council (H2020 Excellent Science - European Research Council)
- Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO)
- European Molecular Biology Organization (EMBO)