Een bacterie lijkt meer op een menselijke zenuwcel dan je zou denken. Beide cellen voelen hun omgeving dankzij elektrische signalen.
Even een lesje neurologie: zenuwcellen in rust hebben een negatieve spanning over hun celmembraan. Wanneer iemand nu je hand aanraakt, worden de zenuwuiteinden in je huid geprikkeld. Die prikkeling zorgt ervoor dat speciale kanaaltjes gaan openstaan en positieve ionen (geladen atomen) naar binnen stromen. De spanning wordt minder negatief; een depolarisatie genoemd. Deze elektrische signalen kunnen worden doorgegeven aan andere zenuwcellen en uiteindelijk je brein. En voilà: je voelt dat iemand je hand aanraakt.
Je zou zeggen dat dit voelen alleen is voorbehouden aan mensen en dieren, maar wetenschappers van de universiteit van Colorado (VS) hebben nu voor het eerst aangetoond dat E.coli-bacteriën ook in staat zijn tot depolariseren en daarmee het voelen van de omgeving.
Calcium in de cel
Van bacteriën was al bekend dat ze op allerlei chemische signalen kunnen reageren: geef ze suiker en de populatiegroei explodeert; dien antibiotica toe en de celmembranen gaan kapot. En sinds kort weten we ook dat ze getriggerd worden door fysieke signalen. Zo zijn Salmonellabacteriën beter in infecteren wanneer ze op een stijf oppervlak worden gelegd.
De onderzoekers wilden weten of ze bacteriecellen ook konden verleiden tot het genereren van elektrische impulsen. Ze stopten E.coli-bacteriën vol met genen die coderen voor eiwitten die – in contact met calciumionen – lichtgeven. Toen het team vervolgens een agarose-pad tegen de bacteriën schuurden, zagen ze onder een microscoop dat de organismes oplichtten als kerstverlichting. Dat duidt erop dat er veel calciumionen de cellen instroomden en dat er sprake was van depolarisatie.
Complexer dan gedacht
Vervolgexperimenten waarbij calciumkanaaltjes werden geblokkeerd (om de depolarisatie tegen te houden) bevestigden de conclusie: E.coli-bacteriën zijn in staat om elektrische impulsen te genereren. Net als zenuwcellen dus.
“Dit onderzoek presenteert overtuigend bewijs dat een bacteriële cel individueel kan reageren op bijvoorbeeld de mechanische druk van een gel. Bacteriën blijken maar eens complexer te zijn dan algemeen wordt gedacht”, zegt microbioloog Reindert Nijland (Wageningen University & Research).
Infectiebioloog Marcel de Zoete (Universiteit Utrecht) voegt daar nog aan toe: “Interessant is dat dit mechanisme sterk lijkt op dat van de manier waarop zenuwcellen signalen doorgeven, wat suggereert dat dit systeem erg vroeg in de evolutie is ontstaan.”
‘Vingers afhakken’
Volgens de onderzoekers kunnen de bacteriën dankzij de elektrische signalen voelen wanneer het moment daar is om lichaamscellen te infecteren. Dat biedt een mooi aangrijpingspunt voor het ontwikkelen van een nieuw soort antibiotica; proberen te verhinderen dat bacteriën tot elektrische impulsen komen.
Daar is het De Zoete het mee eens. “Een andere vraag die overblijft is welke eiwitten op die bacteriën zorgen voor de drukgevoeligheid – oftewel: wat zijn precies die ‘vingers’ van de bacteriën?”
Pas als we dat weten kunnen we eraan gaan denken hoe we die ‘vingers’ moeten gaan ‘afhakken’.
Bronnen: PNAS, University of Colorado via EurekAlert!
Beeld: Giancarlo Bruni
Lees ook:
Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Bestel dan hier ons nieuwste nummer (geen verzendkosten). Abonnee worden? Dat kan hier!