Meer dan een miljard jaar geleden drongen bacteriën de cellen van een groter organisme binnen, waar ze uiteindelijk de mitochondriën werden die onze cellen van energie voorzien. Nu zijn de naaste verwanten van deze bacteriën mogelijk gevonden in warmwaterbronnen.

Bacteriën die in onderzeese warmwaterbronnen zijn gevonden, zijn mogelijk de dichtstbijzijnde levende verwanten van de oeroude bacteriën die meer dan een miljard jaar geleden in mitochondriën veranderden.

Mitochondriën zijn structuren die voorkomen in alle cellen met een kern, ook wel eukaryoten genoemd. Ze spelen een sleutelrol bij de energievoorziening van de cel en daarmee het organisme. Men denkt dat ze tussen ongeveer 1,6 en 1,8 miljard jaar geleden zijn geëvolueerd uit een type alphaproteobacterie, een van de meest voorkomende bacteriegroepen op aarde, die op een of andere manier een cel binnendrong.

‘De mooiste dingen ontdek je door er niet specifiek naar te zoeken’
LEES OOK

‘De mooiste dingen ontdek je door er niet specifiek naar te zoeken’

Medisch bioloog Yvette van Kooyk wil het immuunsysteem leren kankercellen aan te vallen door hun suikerjas-vermomming weg te knippen.

Verdachten

We weten nog steeds niet welke specifieke bacterie verantwoordelijk was, zegt moleculair bioloog Otto Geiger van de Nationale Autonome Universiteit van Mexico. Om het aantal mogelijke verdachten af te bakenen, onderzochten Geiger en zijn collega’s alle bekende genomen van alphaproteobacteriesoorten op aarde. Ze zochten naar soorten met eigenschappen die het meest lijken op de vermoedelijke eigenschappen van proto-mitochondriën, de voorgangers van de huidige mitochondriën.

Bij de analyse werden duizenden genomen onderzocht en vergeleken op basis van tientallen criteria, aldus Geiger. Een van de belangrijkste daarvan was het vermogen om twee soorten lipiden te produceren, verbindingen die essentieel zijn voor het functioneren van mitochondria.

Een van deze lipiden, ceramide, komt normaal gesproken niet voor in bacteriën, maar wordt wel geproduceerd in mitochondriën. Samen met de andere belangrijke lipide, cardiolipine, is het betrokken bij de energieproductie in mitochondria.

Essentiële rol

De aanwezigheid van genen om beide lipiden te produceren is belangrijk omdat ze samen ook een essentiële rol spelen bij het signaleren dat mitochondria in eukaryoten beschadigd zijn en verwijderd moeten worden. Deze functie bestaat in alle eukaryoten, zegt Geiger, wat suggereert dat de proto-mitochondriën ook de nodige genen bezaten om beide lipiden te produceren.

De onderzoekers concludeerden dat bacteriën die gevonden zijn in warmwaterbronnen in zeeën en oceanen over de hele wereld de gezochte eigenschappen bezitten. De bacteriën zijn eerder gevonden in de Karmadon-bronnen in Rusland. Geiger zegt dat ze ook in Mexico te vinden zijn. De onderzoekers publiceerden hun werk in het wetenschappelijke vakblad Science Advances.

Afhankelijk van zuurstof

Deze bacteriën, die behoren tot de orde Iodidimonadales, vooral die in het geslacht Iodidimonas, zijn een goede kandidaat omdat ze alleen worden gevonden op locaties met een hoge zuurstofgradiënt, zegt Geiger. ‘Deze bacteriën zijn echt afhankelijk van zuurstof’, zegt hij, op dezelfde manier als mitochondriën afhankelijk zijn van zuurstof om energie te produceren. Hij zegt dat de oorspronkelijke gastheer van de proto-mitochondriën, die uiteindelijk evolueerde tot eukaryoten, waarschijnlijk ook in hete bronnen leefde.

Geiger zegt wel dat dit onderzoek niet het laatste woord is. ‘Als we deze studie in 2015 hadden gedaan, zouden we deze bacteriën niet hebben kunnen aanwijzen’, zegt Geiger. ‘Omdat deze bacteriën vóór 2016 nog niet geïsoleerd waren.’ 

‘Het zou me niet verbazen als er over drie, vijf of tien jaar een andere kandidaat is die nog dichter in de buurt komt van wat wij denken dat de proto-mitochondriën zouden kunnen zijn’, zegt hij.