Bacteriën overleven uithongering door verder te leven in slow motion. Biologen van de Universiteit van Amsterdam noemen hun ontdekking oligotrofe groei. Bacteriën die deze overlevingsstrategie gebruiken groeien en delen nog, maar wel honderd keer langzamer dan normaal.

Bacteriën halen allerlei trucs uit de kast om te overleven onder erbarmelijke omstandigheden. Een van die trucs is het vormen van endosporen die de bacterie zo inkapselen dat het metabolisme stopt. Zo kunnen bacteriën antibiotica omzeilen of jaren overleven zonder voedingsstoffen. Ze ‘slapen’ net zo lang tot de omstandigheden weer goed genoeg zijn om het metabolisme voort te zetten. Nadeel van deze strategie: het kost veel tijd en energie. Bovendien zet een bacterie deze truc slechts in bij een fractie van de populatie. Zo kan de populatie lang overleven zonder voedingsstoffen, maar ook snel reageren als er plotseling toch weer voeding beschikbaar is. Een internationaal team van biologen van de Universiteit van Amsterdam vroeg zich af: wat gebeurt er met de niet-sporenvormende bacteriën als de uithongering doorzet?

Het onderzoeksteam, dat onder leiding staat van hoogleraar Leendert Hamoen, gebruikte een variant van Bacillus subtilis als modelbacterie. Als je Bacillus uithongert vormen ze endosporen, maar door een mutatie kon de modelbacterie dat niet. De biologen ontdekten dat bewerkte Bacillus bij uithongering overgaan in een soort slow motion-toestand. De staafvormige bacteriën krimpen daarbij tot bijna bolvormig. Actieve processen veranderen, maar liggen niet stil. De slow motion-bacteriën groeien nog en delen zelfs, maar dan wel op een extreem laag pitje. Normaal gesproken deelt Bacillus subtilis elke veertig minuten, nu deed die er vier dagen over. Een deel van de bacteriën overleefde de uithongering minimaal honderd dagen, zowel in buffer als in puur water. Het onderzoeksteam concludeerde dat sporenvorming niet per se nodig is om te overleven onder zware omstandigheden.

De biologen noemen hun ontdekking oligotrofe (voedselarme) groei, schrijven ze in Nature Communications. De voedingsstoffen die vrijkomen doordat een deel van de populatie tijdens de eerste twee dagen hongersnood uit elkaar valt, blijkt ruim voldoende om de oligotrofe toestand lang vol te houden. Het grote voordeel ten opzichte van de ingekapselde slapende toestand, is dat het de bacterie minder energie kost om tot oligotrofe groei over te gaan. Bovendien pakt de bacterie relatief gemakkelijk het normale metabolisme op als er weer genoeg voeding is.

De onderzoekers voerden verschillende experimenten uit om zeker te weten dat de uitgehongerde modelbacteriën niet slapen zoals sporenvormende Bacillus doen. Beide varianten overleefden blootstelling aan het antibioticum ampicilline, maar metingen van de membraanpotentiaal van de organismen lieten een verschil zien. Slapende bacteriën hebben geen potentiaal meer, de slow motion-bacteriën wel. Dat suggereert dat ze nog metabolisch actief zijn en dat bleek inderdaad het geval, want er vond nog eiwitsynthese plaats. RNA-sequencing liet zien dat het transcriptoom, het RNA dat verantwoordelijk is voor transcriptie, van de slow motion-bacteriën verschilt van zowel slapende als actieve Bacillus. Dit suggereert dat de bacteriën inderdaad niet slapen, maar zelfs groeien. Een speciaal ontworpen assay bevestigde dit vermoeden. Als kers op de taart liet het onderzoeksteam zien dat ook in wilde populaties Bacillus subtilis niet-sporenvormende varianten aanwezig zijn. Ook die hielden het meer dan honderd dagen vol in een verhongeringsbuffer.

Hamoen vraagt zich in het persbericht van de Universiteit van Amsterdam af of andere bacteriën deze truc ook kennen. ‘Zo ja, dan moeten we onze kijk op bacteriën fundamenteel aanpassen. Als meer bacteriën dit blijken te kunnen, werpt dat onder meer een heel nieuw licht op hoe bacteriën aan antibiotica kunnen ontsnappen.’