De eerste complexe levensvormen hadden al een vorm van onderlinge samenwerking. Maar dat ook virussen sociaal gedrag vertonen, slaat wetenschappers met verstomming.
Het leven op aarde begon zo’n 3,5 miljard jaar geleden met de eerste microben, maar de opstap naar echte diversiteit kwam er pas zo’n half miljard jaar geleden toen de eerste meercellige dieren opdoken. Momenteel lijkt het geslacht Ernietta de postume eer te hebben als allereerste meercellig wezen vrij goed bestudeerd te kunnen worden. Wetenschappers ontdekten in het zuiden van het Afrikaanse Namibië goed bewaarde fossielen van deze zeebeestjes, waaruit ze veel konden leren. De eerste resultaten van het onderzoek verschenen in The Journal of Paleontology.
De diertjes hadden nog geen harde lichaamsdelen. Ze moeten er als een soort zak hebben uitgezien, met een voet die ingegraven werd in een substraat en een stam die uitmondde in twee waaiers die boven de bodem in het water uitstaken en voedseldeeltjes naar de zak wapperden. De wand van de zak werd ondersteund door een palissade van buisjes die helemaal van boven tot onder liepen. Weinig gesofisticeerd dus, maar je moet ergens beginnen als je het wilt maken in het meercellige leven.
De eerste aanvallers van sommige virussoorten leggen meestal het loodje, omdat ze overweldigd worden door de afweer van de bacteriën.
Bizar was dat de fossielen meestal in groepjes van vijf tot vijftien individuen gevonden werden. Simulaties, recent gepubliceerd in Science Advances, tonen aan dat de diertjes mogelijk profiteerden van elkaars aanwezigheid door samen extra turbulentie in het water te veroorzaken, waardoor ze extra voeding vergaard zouden kunnen hebben. De allereerste wat complexere levensvormen hadden dus al een vorm van coöperatie als gevolg van een gunstige positionering.
Maagdelijke kolonies
Samenwerking moet al vroeg in de evolutie van het leven grote voordelen opgeleverd hebben, want het lijkt de regel te zijn geworden: er zijn weinig dieren die het zonder enige vorm van samenwerking bolwerken. Wetenschappers hebben zich het hoofd gebroken over hoe doorgedreven samenwerking kan ontstaan. De sociale insecten, zoals de bijen en de mieren, zijn vandaag schoolvoorbeelden van grootschalige samenwerking met een strikte taakverdeling. Maar hoe begin je aan de opbouw van zulke complexe levensgemeenschappen?
Een studie in het topvakblad Nature wierp wat licht op die vraag. Er zijn vandaag nog altijd solitair levende bijen en er zijn mieren die in piepkleine kolonies leven. Er zijn ook mieren die leven in kolonies zonder hiërarchie, zonder koningin dus en zonder mannetjes: ze planten zich maagdelijk voort, ongeslachtelijk. Die laatste diertjes worden intens bestudeerd om de evolutie van coöperatie na te gaan in functie van de groepsgrootte. De conclusie is helder: in uniforme groepjes volstaan zes individuen om een soort taakverdeling te genereren die kan uitmonden in grootschalige organisatie. De voordelen van samenwerking zijn zo groot dat ze zich al op kleine schaal manifesteren. Hoe groter een groep vervolgens wordt, hoe groter de voordelen kunnen zijn.
Iets wat (bijna) niemand had zien aankomen is samenwerking op het niveau van de allerkleinste als leven te beschouwen organismen, de virussen. Van virusdeeltjes is lang gedacht dat het eenzaten waren, die het weinige genetisch materiaal dat ze hebben in een gastheercel moeten smokkelen om hun voortplanting te kunnen verzekeren. Het inzicht van virale samenwerking volgde onverwachts uit een studie die wilde nagaan of bacteriën die met een virus besmet werden (virussen die bacteriën besmetten worden ‘bacteriofagen’ genoemd), het alleen proberen te rooien of met gelijkgezinden communiceren om eventueel samen een virale aanval af te slaan.
Dat bacteriën samenwerken is al lang bekend. Ze zijn zelfs in staat genetisch materiaal met elkaar uit te wisselen. Zo kunnen ze onder meer resistentie tegen de antibiotica die wij tegen hen inzetten, aan elkaar doorgeven – een groot voordeel voor hen, maar ellende voor ons, want zo versnelt de onbehandelbaarheid van steeds meer door bacteriën veroorzaakte problemen.
Wetenschappers omschreven onze darmflora onlangs in New Scientist als een ‘jungle’, of iets vriendelijker: een ‘ecosysteem’. Darmbacteriën gaan nauw verweven relaties met elkaar (en met andere darmbewoners) aan, waarbij sommige soorten leven van de afvalproducten van andere. Zo kan een schimmel in onze darm zetmeel verteren, waarbij eenvoudige suikers worden vrijgezet. Een bacterie fermenteert die suikers, waarna een microbe uit een andere tak van de grote levensboom de afvalproducten daarvan consumeert.
Geen steriele moederkoek
Wetenschappers blijven bacteriën vinden op de meest onmogelijke plekken. Nature vatte onlangs de evidentie samen voor het voorkomen van een (weliswaar bescheiden) bacteriële gemeenschap in de moederkoek, die lang als een voorbeeld van steriliteit werd gezien om een kwetsbare groeiende foetus niet te zeer te belasten. Algemeen wordt aangenomen dat baby’s hun eerste bacteriën pas bij de geboorte meekrijgen, in het geboortekanaal van hun moeder, maar dat dogma wordt stilaan onderuitgehaald. De allereerste stoelgang die een foetus produceert, nog in de baarmoeder, zou al bacteriën bevatten, wat uiteraard moeilijk is als er nog geen bacteriën zijn opgenomen.
De bacteriegemeenschap in de placenta lijkt geen ontstekingen uit te lokken en geen afweerreacties op te roepen. Mogelijk is ze zelfs nuttig voor de ontwikkeling van een foetus, hoewel (nog) niet duidelijk is hoe dat zou kunnen gebeuren. Na de geboorte hebben we in ieder geval darmbacteriën nodig om normaal te kunnen functioneren.
In onze darmen zijn onlangs trouwens speciale bacteriën ontdekt, die verwant zijn aan cyanobacteriën (ook blauwalgen genoemd, hoewel het geen wiertjes zijn). Die laatste wezentjes zijn cruciaal geweest voor de evolutie van complex leven, omdat ze het concept van de fotosynthese uitdokterden, waardoor ze onze atmosfeer lardeerden met grote hoeveelheden zuurstof, broodnodig voor het leven zoals het op aarde ontwikkeld is.
De nieuw ontdekte darmbacteriën zijn, volgens New Scientist, zo klein dat ze zelfs onder krachtige microscopen bijna niet te zien zijn. Ze kunnen amper als levensvatbaar worden beschouwd. Hun genoom zou slechts een kwart bedragen van dat van een klassieke darmbacterie. Ze zouden leven als parasieten van grotere bacteriën. Niet alleen samenwerking, ook parasitisme blijkt een essentieel onderdeel van het leven te zijn geworden – dat is in onze maatschappij niet anders.
De studie die de reactie van bacteriën op een virale besmetting wilde nagaan, leverde als compleet onverwacht resultaat de vaststelling op dat de besmette bacteriën geen enkele merkbare vorm van onderlinge communicatie etaleerden, maar dat de virussen dat wel deden – het resultaat werd in Nature gepubliceerd. De ontdekking was een gelukkig toeval (en een gevolg van de alertheid van de betrokken wetenschappers om iets onverwachts toch op te pikken). Het verraste de virologie volledig. De virussen in een bacterie blijken namelijk min of meer collectief te kunnen beslissen of ze rustig zullen blijven dan wel zich zullen vermenigvuldigen en uitbreken om elders nieuwe slachtoffers te zoeken.
Algemeen wordt aangenomen dat baby’s hun eerste bacteriën pas bij de geboorte meekrijgen. Dat dogma wordt stilaan onderuitgehaald.
Tot voor kort dachten wetenschappers dat virussen zich voor dat soort ‘beslissingen’ elk apart op bacteriële signalen richten. Dat doen ze trouwens ook. Een studie in Cell berichtte onlangs nog dat bacteriofagen voelen wanneer de cholerabacterie zich zo sterk vermenigvuldigd heeft dat het een goed moment is om actief te worden en haar te misbruiken voor de eigen voortplanting. Ze bespioneren hun gastheren om interessante signalen op te kunnen pikken. Wetenschappers zijn er zelfs al in geslaagd bacteriofagen genetisch zo bij te sturen dat ze als een soort huurmoordenaars door artsen kunnen worden ingezet om infecties te bestrijden. Dat meldde Nature Medicine onlangs.
Beslissend eiwit
Maar fagen geven bij een besmetting ook informatie aan elkaar door. Ze laten dan een heel kort eiwit los: een peptide dat uit amper zes aminozuren bestaat. De meeste eiwitten bestaan uit een keten van honderden aminozuren (voor menselijke eiwitten is het gemiddelde 375 aminozuren, voor bacteriële 267). Maar als je bijna onzichtbaar klein bent, moet je ook bescheiden communiceren. Het peptide kan andere virusdeeltjes tot actie stimuleren, die elk op hun beurt zo’n peptide lossen. Finaal zijn er zoveel peptiden in omloop dat virusdeeltjes ‘beslissen’ om zich rustig te houden, want mogelijk zijn er dan onvoldoende nog niet besmette bacteriën in de buurt.
Het peptide in kwestie heeft al een naam gekregen: arbitrium, naar het Latijn voor ‘beslissing’. Het heeft aanleiding gegeven tot een nieuwe discipline in de wetenschap: de sociovirologie. Wetenschappers hopen dat ze het peptide zullen kunnen gebruiken om de samenwerking tussen virussen naar hun hand te zetten. De jongste maanden zijn er rapporten verschenen, onder meer in Cell Host Microbe en Nature Microbiology, waaruit blijkt dat verschillende virussoorten verwante, maar toch lichtjes afwijkende peptiden produceren. De meeste virussen hanteren dus een eigen ’taaltje’, waardoor ze niet gemakkelijk interfereren met de activiteit van andere stammen.
Er zijn al aanwijzingen dat het virale ‘peptidengebabbel’ ook de bacteriële gastheercellen beïnvloedt, waardoor het instrumenteel zou kunnen zijn in het bestrijden van infecties. Omdat de peptiden uiterst kort zijn, zou het geen probleem mogen zijn om ze op grote schaal in een farmaceutische context te produceren, waardoor ze als makkelijk beschikbare nieuwe antibiotica zouden kunnen fungeren. Het is de hoofdreden waarom de sociovirologie ineens zoveel aandacht krijgt. Wetenschappers zijn wanhopig op zoek naar nieuwe manieren om bacteriën te bestrijden nu steeds meer klassieke antibiotica niet langer werken om infecties te bestrijden.
Maar ook meer op fundamenteel onderzoek ingestelde wetenschappers volgen de nieuwe ontwikkelingen op de voet. Zeker omdat er aanwijzingen zijn dat er ook altruïstisch gedrag in virussen voorkomt – je onbaatzuchtig inzetten voor soortgenoten is het summum van sociaal gedrag. De eerste aanvallers van sommige virussoorten leggen meestal het loodje, omdat ze overweldigd worden door de afweer van de bacteriën. Maar die afweer gaat al snel sputteren, waarna de nieuwe aanvalsgolven met almaar meer succes kunnen binnendringen. Wie begint is dus een belangrijke factor in het bepalen van viraal succes.
Daarenboven blijken virale stammen samen te kunnen werken in het gemakkelijker infiltreren en infecteren van mensencellen. Het poliovirus staat erom bekend dat verschillende stammen kunnen samenspannen om met meer succes menselijke cellen te liquideren. Twee griepvirussen doen het ook beter wanneer ze kunnen samenwerken: het ene munt uit in het binnendringen van een cel, het andere in het na vermenigvuldiging ontsnappen uit een cel. Als ze hun krachten bundelen zijn ze succesvoller.
In feite lijkt het er stilaan op dat zowel virussen als bacteriën een samenwerking hebben die inzake basiscomplexiteit niet voor de onze hoeft onder te doen. Samenwerken behoort tot de essentie van het leven.
Fout opgemerkt of meer nieuws? Meld het hier
