Een klein deel van het ontstaan van huidige levende cellen is ontrafeld! Het roept echter alleen maar meer vragen op.
LUCA (last universal common ancestor), onze allereerste gemeenschappelijke ‘voorouder’, leefde ongeveer 3 miljard jaar geleden. Uit deze voorouder ontstonden bij de eerste splitsing Eubacteria en Archaea (ook wel oerbacteriën genoemd). Vervolgens ontstond een nieuwe afsplitsing: Eukaryota, bestaande uit organismen – waaronder wij mensen – waarvan de cellen minstens één celkern bevatten.
Deze theorie wordt echter betwist. En nu meer dan ooit. Was LUCA wel één specifiek organisme en evolueerde het wel naar (oer)bacteriën? Wetenschappers aan de Wageningen University en de Rijksuniversiteit Groningen vonden aanwijzingen dat als LUCA één soort was, de evolutie anders is verlopen dan biologen hebben gesuggereerd.
Gemixt membraan
LUCA zou door instabiliteit van het celmembraan zijn geëvolueerd in Eubacteria en Archaea. LUCA’s membraan is opgebouwd uit een samenstelling van twee verschillende soorten fosfolipiden, die spiegelbeelden van elkaar zijn. Dat het membraan twee verschillende soorten fosfolipiden – in plaats van één – bevat, zou het instabiel maken.
Het membraan van LUCA bestond waarschijnlijk uit een mix van fosfolipiden, opgebouwd uit glycerol-3-fosfaat en glycerol-1-fosfaat, waar respectievelijk vetzuurketens en isoprenoïdes aan vastzaten met beide een andere verbinding.
Maar de natuur wordt niet blij van instabiliteit. De hypothese stelt dat de twee soorten fosfolipiden tijdens de evolutie zijn ‘gescheiden’, waarna de twee domeinen (Eubacteria en Archaea) ontstonden. Maar was er wel sprake van instabiliteit? De onderzoekers denken nu van niet.
Huisdier
Ze bouwden de bacterie E. coli – met een membraan van alleen fosfolipiden gebaseerd op glycerol-3-fosfaat en vetzuurketens – om tot een cel met zo’n gemixt membraan. En dit bracht een onverwacht resultaat: de cel bleek helemaal niet instabiel te zijn.
Arnold Driessen, hoogleraar microbiologie aan de Rijksuniversiteit Groningen en betrokken bij het onderzoek, legt uit hoe ze de E. coli hebben bewerkt. “Allereerst is het DNA van de bacterie genetisch gemodificeerd, waardoor de cel zelf meer isoprenoïdes kon aanmaken. Daarnaast zijn de drie enzymen toegevoegd, die nodig zijn voor het vormen van het andere fosfolipide. De gevormde isoprenoïdes konden vervolgens aan glycero-1-fosfaat binden.”
“De E. coli is ideaal om mee te werken”, zegt Huub Op den Camp, hoogleraar microbiologie aan de Radboud Universiteit, die niet betrokken was bij het onderzoek. “Er is ontzettend veel over bekend en je kunt er van alles en nog wat mee doen. Het is het huisdiertje van de micobiologie.”
Wankelen
Het maken van de fosfolipiden mix is geslaagd, maar hoe weet je of deze ‘nieuwe’ bacterie stabiel is? “Als een bacterie instabiel is, gaat hij ‘terug naar af’: de toegevoegde genen worden er door de cel uit gegooid”, zegt Driessen. “Maar dat gebeurde niet. De bacterie produceerde zelfs meer van de isoprenoïdes fosfolipiden dan verwacht.”
Op den Camp vindt het een mooi staaltje werk. “Het is een doorbraak in het creeëren van iets ‘nieuws’ uit een bestaande bacterie, die ook nog eens geen ‘last’ heeft van de veranderingen. Dit was al wel eerder gedaan, maar nog nooit met zo’n hoog percentage fosfolipiden met een basis van glycero-1-fosfaat.”
Beeld: Caforio, A. et al. “Converting Escherichia coli into an archaebacterium with a hybrid heterochiral membrane.” PNAS (2018)
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. Abonnee worden? Dat kan hier!