Overal in de natuur komen rovers en prooien voor. Zelfs bij bacteriën. De bacterie Bdellovibrio bacteriovorus is zo’n rover en een efficiënte killer van de veelvoorkomende bacterie E. coli. De roofbacterie dringt zijn prooi binnen, vreet ‘m van binnen op om zichzelf daarna in vieren of zessen te knippen en op zoek te gaan naar meer nieuwe prooien. De roofbacterie leeft in de grond, maar komt, net als E coli, ook in het menselijke darmstelsel voor. Om te begrijpen hoe E. coli in de natuur weet te overleven tegen zo’n effectieve rover onderzochten wetenschappers van het Kavli Institute of Nanoscience van de TU Delft, in samenwerking met de Hebrew University of Jerusalem, de strijd in verschillende kamertjes. In ‘open ruimte’ had E. coli geen schijn van kans, maar in een omgeving met vele kleine kamertjes bleek de bacterie een gezonde populatie te kunnen handhaven. De onderzoekers publiceren er over op woensdag 10 februari in Proceedings of the Royal Society B. Het onderzoek is belangrijk om het gedrag van roofbacteriën te begrijpen. Daarnaast zouden roofbacteriën in de toekomst een mogelijk alternatief voor antibiotica kunnen worden.

85 Kamertjes

Om de strijd tussen prooi en roofbacterie te kunnen bestuderen, bouwde onderzoeker Felix Hol, postdoc in de groep van prof. Cees Dekker, twee leefomgevingen voor de bacteriën. “De eerste bestaat uit 85 kamers van 100x100x15 micrometer, onderling verbonden door nauwe kanaaltjes. De tweede bestaat uit een open ruimte van vergelijkbare grootte. In de open ruimte, te vergelijken met een open kale vlakte, heeft E. coli geen schijn van kans. Al binnen een paar uur is de populatie volledig uitgeroeid”, stelt Hol. Hol, die veel ervaring heeft met het maken van micro-leefomgevingen voor bacteriën, werkte daarbij samen met Daniel Koster van de Hebrew University of Jerusalem, een expert op het gebied van deze roofbacterie.

Straaljager

Dat E. coli kansloos is in een open omgeving, is niet zo verwonderlijk. Bdellovibrio bacteriovorus is een geduchte tegenstander: niet alleen een efficiënte killer, maar ook nog eens bijzonder snel. “B. bacteriovorus zwemt 10 maal zo snel als E. coli. De roofbacterie haalt een snelheid van 160 micrometer per seconde, terwijl de bacterie zelf nauwelijks een micrometer lang is. Dat klinkt wellicht niet snel, maar omgerekend naar de menselijke maat is het een straaljager”, zegt Felix Hol. 

Bacterial predator–prey dynamics in microscale patchy landscapes

Wegkruipen in de hoekjes

In de gefragmenteerde ruimte wist E. coli verrassend genoeg wel een populatie te handhaven. “Een verklaring zou kunnen zijn dat E. coli dat doet door ruimtes waar de roofbacterie heeft huisgehouden, opnieuw te koloniseren vanuit een aangrenzende ruimte, maar we denken niet dat dat de juiste verklaring is. Het lijkt er meer op dat groepen E. coli in de vele hoekjes wegkruipen. Ze klonteren daar samen in biofilms. We weten dat bacteriën in biofilms allerlei stoffen uitscheiden en waarschijnlijk helpt dat ze ook als verdediging tegen B. bacteriovorus.  Ons resultaat geeft belangrijke aanwijzingen omdat de bacterie in de natuur, bijvoorbeeld in onze darmen, ook in gefragmenteerde ruimtes leeft.” 

Alternatief antibiotica

Hoe E. coli de roofbacterie weet te weerstaan is dus nog niet in detail bekend, maar het is een belangrijke vraag voor de bestrijding van schadelijke bacteriën. Daniel Koster: “Mogelijk kunnen we roofbacteriën in de toekomst zo aanpassen dat ze specifiek ziekteverwekkende bacteriën doden en goedaardige bacteriën met rust laten. Dat zou een groot voordeel hebben ten opzichte van antibiotica, want die roeit ook de voor de mens zo  belangrijke darmflora grotendeels uit.” Het gericht inzetten van roofbacteriën zou in de toekomst mogelijk een alternatief kunnen zijn voor antibiotica, waar bacteriën in toenemende mate resistent tegen worden. Hiervoor is kennis over de verdedigingsstrategieën van bacteriën cruciaal.  

 

Voor meer informatie: Prof. Cees Dekker, c.dekker@tudelft.nl, 015 278 6094.
Bekijk ook de website van het Cees Dekker Lab
Publicatie: Bacterial predator–prey dynamics in microscale patchy landscapes