Door Steijn van Schie - ILLUSTRATIE: N. CARY/SCIENCE - 15-05-2021 - Microbiologie
Stamboom vanaf de last bacterial common ancestor zoals de biologen in Science voorstellen door horizontale genoverdracht mee te nemen.
De laatste gemeenschappelijke voorouder van alle bacteriën had een dubbel membraan en verdedigde zich tevens al tegen virussen met een Crispr-Cas-systeem.
De laatste gemeenschappelijke bacteriële voorouder was een complexe cel omgeven door twee lipide dubbellagen, kon zichzelf actief voortbewegen via chemotaxis en bezat al een Crispr-Cas-systeem ter verdediging tegen virussen. Bovendien was de cel het startpunt van de diversificatie van bacteriën in twee omvangrijke oergroepen: de gramnegatieve Gracilicutes en de Terrabacteriën, de groep waaronder grofweg twee derde van de bacteriële prokaryoten vallen. Dat schrijft een internationale groep biologen 7 mei in Science, waaronder de Nederlandse evolutionair microbioloog Anja Spang.
Evolutionaire wortels
Het herleiden van miljarden jaren van bacteriële evolutie terug naar de laatste gemeenschappelijke voorouder – de zogeheten last bacterial common ancestor (LBCA) – is lastig. Dat komt met name doordat fylogenetische modellen horizontale genoverdracht, ofwel de genetische uitwisseling tussen verschillende soorten, buiten beschouwing laten vanwege de fylogenetische ruis die dat oplevert. Met een recent ontwikkeld algoritme lukt dat nu wel en modelleren de onderzoekers de evolutie van 11.272 genfamilies. Hieruit blijkt dat 92 procent van die genfamilies in hun evolutionaire verleden wel eens te maken heeft gehad met horizontale genoverdracht. Tevens concluderen ze dat de zogeheten Candidate Phyla Radiation -bacteriën (CPR) – een omvangrijke groep van symbionten en parasieten met zeer kleine genomen – geen aparte clade zijn met diepe evolutionaire wortels, maar onderdeel van de Terrabacteriën. De herkomst van twee clades met disproportioneel veel horizontale genoverdracht blijft onopgelost: Fusobacteriën en DST – de groep van Deicococcota, Synergistota en Thermotogota.
Verticale genoverdracht levert volgens de onderzoekers wel nog altijd het meest robuuste raamwerk voor het reconstrueren van bacterie-evolutie: ruim twee derde van de gentransmissie vindt plaats via deze route.
Primitief
‘In vergelijking met dit paper, zijn eerdere studies naar bijvoorbeeld de last universal common ancestor redelijk primitief te noemen’, oordeelt de Wageningse evolutionair microbioloog Thijs Ettema, niet betrokken bij de studie. ‘Dat komt met name doordat ze in hun analyses nu ook horizontale genoverdracht meenemen, een bijzonder belangrijke factor in bacteriële evolutie. Sommige aspecten van die evolutie bevestigen ze met deze betere methode, maar ze komen ook met onverwachte, nieuwe resultaten. Dat de CPR-bacteriën niet tot de diepste takken van de evolutie behoren bijvoorbeeld. En dat de LBCA niet met zekerheid een CO2-fixerende pathway had, iets wat je wel zou verwachten bij een bacterie die in principe zelfvoorzienend moest zijn. Er zijn dus nog meer dan genoeg onbeantwoorde vragen over voor toekomstige studies.’