Bacterie kaapt en manipuleert kernen van diepzeemosselen

De intranucleaire parasiet Endonucleobacter kaapt zeer ingenieus kernen van diepzeemosselen en lijkt zelfs de genen van zijn gastheren te gebruiken om hun celdood te verhinderen.

Een wel heel verrassende interactie tussen microben en hun gastheren is vastgelegd bij de intranucleaire parasiet Candidatus Endonucleobacter die wereldwijd meerdere soorten diepzeemosselen rond hete en koude bronnen infecteert. Die bacteriën blijken hun voedselstrategie zodanig af te stellen dat ze hun gastheercellen zo lang morgelijk in leven houden. Ze gebruiken daarbij zelfs apoptoseremmers die ze waarschijnlijk via horizontale genoverdracht van hun eigen gastheren hebben verkregen. Dat concludeert een Duits onderzoeksteam na diepgaande moleculaire analyses aan genomen van twee Endonucleobactersoorten (Nature Microbiology, 6 september).

Kieuwweefsel
Deze intranucleaire parasieten gebruiken twee soorten diepzeemosselen als gastheer: de Bathymodiolus puteoserpentis-mossel die leeft bij hydrothermale bronnen op de Mid-Atlantische Rug en de Gigantidas childressi-mossel van koude bronnen in the Golf van Mexico. De onderzoekers gebruiken metatranscriptoom- en -proteoomanalyses om de interacties in het kieuwweefsel van de mosselen in kaart te brengen. Het was reeds bekend dát een enkele bacterie kan doordringen tot in de kern van een mosselcel om zich vervolgens voort te planten tot meer dan tachtigduizend bacteriecellen, waardoor de kern opzwelt tot vijftig keer zijn oorspronkelijke grootte. ‘Wij wilden begrijpen hoe de bacterie de kernen infecteert en zich reproduceert, terwijl ze tegelijkertijd voorkomen dat hun gastheercellen sterven’, legt onderzoeksleider Niko Leisch uit in een persbericht.

Celdood
De intranucleaire bacteriën blijken te leven van suikers, lipiden en andere celcomponenten van hun gastheer, maar geen nucleïnezuren te verteren. Ook vermijden ze infectie van kieuwcellen die samenleven met symbiotische zwavel- of methaanoxiderende bacteriën, die de mossel van voeding voorzien. Daarnaast heeft Endonucleobacter een manier gevonden om te voorkomen dat geïnfecteerde cellen hun vermogen inschakelen tot apoptose of celdood, een veel voorkomende afweerreactie om infecties met bacteriën of virussen te stoppen. De bacteriën produceren eiwitten die apoptose onderdrukken en vervolgens ontstaat rond deze apoptoseremmers of IAP’s een wapenwedloop: de bacterie produceert steeds meer apoptoseremmers, terwijl de gastheercel juist steeds meer eiwitten aanmaakt die celdood induceren. Pas als de parasiet zich massaal heeft vermenigvuldigd, ontstaan er scheuren in de gastheercel. Hierdoor komen de bacteriën vrij en start een nieuwe infectiecyclus.

Confocaal microscopiebeeld met fluorescentie in situ hybridisatie (FISH) van weefsels van een diepzeemossel met de intranucleaire parasiet Candidatus Endonucleobacter (geel), symbiotische bacteriën (groen en rood) en celkernen (blauw). De rechter inzet is een ingezoomde weergave uit het kader linksboven. Foto: Miguel Angel Gonzalez-Porras, Max Planck Instituut voor Mariene Microbiologie.

Gekaapt
Het is voor het eerst dat zulke celdoodremmers zijn aangetroffen in een bacterie en de analyses maken het aannemelijk dat de parasiet de genen hiervoor waarschijnlijk via horizontale genoverdracht heeft gekaapt van zijn eigen gastheer. Horizontale genoverdracht van bacteriën op dieren komt vaker voor, maar van zo’n omgekeerde route zijn volgens de auteurs maar weinig voorbeelden bekend.

Zie ook:
-Hijacking the Command Center of the Cell: Nuclear Parasites in Deep Sea Mussels - (6 september, website Max Planck Instituut voor Mariene Microbiologie).