Je leest:

Oorlog in de bodem

Oorlog in de bodem

Auteur: | 1 oktober 2005

Nieuwe antibiotica, biologische bestrijdingsmiddelen en bioremediatie. De beloften van het vakgebied dat de wisselwerking tussen schimmels en bacteriën bestudeert zijn legio.

Bruine vlekken op champignons. Het ziet eruit als bederf, maar het is eigenlijk een verdedigingsmechanisme. De champignon sterft lokaal af om de bacterie die hem aanvalt verdere groei te ontzeggen. Ook in de wereld van microörganismen is de een z’n dood, de ander z’n brood.

Het is de ultieme manifestatie van een strijd die zich vooral in de bodem afspeelt. Schimmels en beconcurreren elkaar daar bij de afbraak van organisch materiaal. Het heeft onder andere tot het ontstaan van schimmeletende bacteriën geleid.

‘Ons paradepaardje is Collimonas fungivorans, een schimmeletende bacterie’, vertelt Wietse de Boer van het NIOO in Heteren. De Boer houdt zich bezig met de wisselwerking tussen bacteriën en schimmels. De schimmeletende bacterie ontdekte hij in zure duinbodems op Terschelling. In mei van dit jaar publiceerde hij in het tijdschrift International Journal of Systematics and Evolutionary Microbiology een beschrijving van het nieuwe organisme.

Om bodemschimmels te consumeren maakt C. fungivorans chitinases, enzymen die de chitine-bevattende celwand af breken. ‘Maar hij eet alleen schimmels als er niets beters beschikbaar is’, vertelt De Boer. Dat blijkt uit het feit dat C. fungivorans de genen die coderen voor de chitinases onderdrukt als er makkelijk beschikbaar voedsel is. Momenteel wordt het genoom van de schimmeleter ontrafeld.

Onontgonnen

De Boer bezet een wetenschappelijke niche die pas de laatste jaren meer aandacht krijgt, de schimmel-bacterie-interacties. Naast nieuwe fundamentele inzichten over een ondergrondse oorlog en evolutie van bodem-microörganismen, belooft dit onontgonnen gebied aanknopingspunten te bieden voor de biologische bestrijding van ziekteverwekkende schimmels en de ontdekking van nieuwe antibiotica.

De Boer: ‘De disciplines bacteriologie en mycologie hebben zich gescheiden ontwikkeld, er bestond weinig interesse voor elkaars vakgebied. Dat is terug te zien in de tekstboeken, zelfs nu nog. Neem nou een standaard tekstboek als ’The Fungi’, daar komt het woord bacterie nauwelijks in voor, zelfs niet in de delen over ecologie van schimmels. Er is een duidelijke leemte ontstaan.’

In bodems concurreren schimmels en bacteriën met elkaar om het afbreken van organisch materiaal zoals plantenresten en overblijfselen van insecten. Eigenlijk is het gek dat deze strijd gaande is. In de oceaan hebben bacteriën het alleenrecht op de afbraak van organisch materiaal. Maar op het land hebben schimmels dat monopolie weten te doorbreken.

Schimmels hebben namelijk een uniek voordeel boven bacteriën. Ze kunnen met hun uitlopers, hyphen, door luchtporiën heen groeien, een stukje luchtledig niemandsland oversteken. Voor bacteriën is dat onmogelijk, die kunnen zich alleen maar verplaatsen door een waterfilmpje.

Het is echter nog de vraag waarom filamenteuze bacteriën, zoals actinomyceten, de opmars van de schimmels niet hebben kunnen tegenhouden. Deze bacteriën kunnen namelijk ook ‘draden’ vormen en beschikken daarmee over dezelfde voordelen als schimmels. Waarschijnlijk heeft dit te maken met het beperkte formaat dat bacteriën kunnen bereiken

Kracht

Een ander voordeel van de uitlopers is dat schimmels letterlijk kracht kunnen zetten. Ze kunnen zich een weg naar binnen banen in weerbarstig materiaal zoals houtresten. En als ze eenmaal binnen zijn, bezitten ze het vermogen om een keur aan splitsingsenzymen uit te scheiden die – weliswaar buiten de schimmel – organische stoffen afbreken tot hapklare brokken.

Bepaalde bodemschimmels danken hun bestaansrecht aan het feit dat ze hout kunnen afbreken. Dit taaie materiaal bestaat voor een flink deel uit cellulose dat omsloten is door lignine-vezels. Om hout af te kunnen breken zijn speciale enzymen (peroxidases) nodig waarover alleen bepaalde hogere schimmels (basidiomyceten) beschikken. Een andere parameter van de weerstand die stoffen bieden aan microörganismen is de koolstof/stikstof-ratio ervan, bij hout is die heel hoog. Deze omstandigheden maken dat bacteriën hout nauwelijks af kunnen breken. Dit maakt dat hout-afbraak een ecologische niche die open staat voor schimmels.

Oorlogsvoering

Hout mag dan geen onderdeel vormen van het bacteriële dieet, om alle andere nutriënten is een felle concurrentieslag gaande. ‘Het is een doorlopende oorlogsvoering in de bodem’, zegt De Boer. ‘Vooral bij de opname van eenvoudige, makkelijk opneembare voedingsstoffen zoals suikers en organische zuren is er sprake van een volledige oorlog. Bij een lage beschikbaarheid van deze substraten winnen bacteriën het, ze nemen praktisch alles op, en schimmels hebben het nakijken. Bij hoge concentraties van simpele voedingsstoffen zijn de rollen omgedraaid.’

Dit betekent dat beide partijen hun best doen om de ander het leven zuur te maken. Zowel schimmels als bacteriën maken antibiotica die helpen bij de wederzijdse onderdrukking. Een bekend voorbeeld is natuurlijk peniciline, een door schimmel gemaakte bacteriedoder.

Voor schimmels is het extra belangrijk om bacteriën af te remmen, vanwege hun manier van voedselopname. Het uitscheiden van lytische enzymen om complexe stoffen af te breken, zoals hout, maakt dat er rond de schimmel makkelijk opneembare voedingsstoffen ontstaan. Dat is natuurlijk een uitgelezen kans voor hun bacteriële aartsvijanden om die nutriënten op te nemen. Bacteriën profiteren zo mee van de investeringen die schimmels doen. Vandaar dat schimmels bacterie-dodende stoffen maken.

Hormonen

Maar de interactie kan ook subtieler. Zo kennen bacteriën het fenomeen quorum sensing waarbij elke bacterie continu een klein beetje ‘hormoon’, homoserine lactonen, uitscheidt. Een bacterie die dit hormoon waarneemt, reageert daarop door er zelf meer van te gaan maken. Het effect is dat naarmate het aantal bacteriën toeneemt, de concentratie van de homoserine lactonen steeds hoger wordt. Als een drempelwaarde overschreden wordt, gaan de bacteriën over op het maken van enzymen om toegang te krijgen tot een stuk organisch materiaal. Het nut hiervan is dat een paar bacteriën te weinig enzymen zouden kunnen produceren om het doel te verwezenlijken. De eencelligen communiceren dus met elkaar via chemische stoffen.

De wetten van een wapenwedloop indachtig, hebben schimmels een tactiek ontwikkeld om deze communicatie te blokkeren. Ze maken stoffen die de waarneming van de homoserine lactonen belemmeren. De bacteriën blijven verstoken van contact met elkaar en bereiken niet het punt waarop ze enzymen gaan maken en organisch materiaal veroveren op de schimmels.

Hout

Op het NIOO in Heteren doet Larissa Folman onderzoek naar de wisselwerking tussen bacteriën en houtafbrekende schimmels. De Boer laat een petrischaal zien waarop twee houtblokjes liggen. Eén ervan is helemaal bedekt door dikke witte draderige klont, een schimmel. De eerste uitlopers van deze schimmel hebben het naburige blokje al gevonden. Hoewel houtafbraak voorbehouden is aan schimmels, blijken in hout toch bacteriën voor te komen. Omdat die het hout zelf niet kunnen afbreken, moeten ze wel profiteren van de schimmelactiviteit.

‘Het is heel interessant dat daar bacteriën zitten’, vertelt De Boer, ‘want die moeten zich handhaven in een milieu van zuren, radicalen en antibiotica. De eerste analyses wijzen erop dat sommigen van die bacteriën overeenkomsten vertonen met methaanafbrekende bacteriën. Maar omdat in rottend hout geen methaan zit, moeten ze wel iets anders eten, wellicht oxaalzuur dat door schimmels uitgescheiden wordt. Maar het is onduidelijk hoe het precies zit omdat niemand er nog in geslaagd is deze bacteriën te kweken, er bestaan alleen elektronmicroscopische foto’s van.’

De experimenten in een pril vakgebied zijn nog relatief primair. De schimmel-overwoekerde houtblokjes worden straks simpelweg geanalyseerd op alle aanwezige bacteriën. Het is heel waarschijnlijk dat daar volledig onbekende bacteriestammen opduiken. ‘Wie, wat, waar?, we willen het allemaal nog weten’, zegt De Boer.

Toepassing

Het onderzoek is dus behoorlijk fundamenteel, maar toch liggen de toepassingen van bacterie-schimmel interacties voor het oprapen. ‘Klassieke’ toepassingen zijn biologische bestrijding van ziekteverwekkende bodemschimmels en nieuwe antibiotica.

‘Hoewel’, relativeert De Boer, ‘de biologische bestrijding in de bodem kan de fantastische ontwikkelingen in het laboratorium en de kas nog niet bijbenen. Het valt niet mee de natuurlijke omstandigheden goed na te bootsen.’

Maar het onderzoek zou ook alternatieven kunnen opleveren voor het impregneren van hout als bescherming tegen schimmelrot. De traditioneel ingezette en inmiddels verboden middelen zijn erg slecht voor het milieu. Wellicht dat schimmelwerende stoffen van bacteriële oorsprong uitkomst bieden.

Een andere toepassing ligt op het vlak van ‘bioremediatie’, het schoonmaken van vervuilde grond door bacteriën. Een probleem hierbij is dat bacteriën soms niet goed doordringen in de grond die ze geacht worden schoon te maken. Schimmels bieden hierbij bijzondere hulp. Zij kunnen zich wel goed verplaatsen in de grond, en het idee is dat bacteriën dan kunnen ‘meeliften’ met de schimmel. ‘Dat is dan niet zoals op een glijbaan’, zegt De Boer. ‘Maar bacteriën kunnen zich dan al vermenigvuldigend verplaatsen via de buitenkant van de schimmel.’

Een waaier aan mogelijkheden dus, vandaar dat het vakgebied zich mag verheugen in een toenemende belangstelling. De Boer: ‘Het verbaast me niet dat er steeds meer groepen zich met dit onderzoek gaan bezig houden. Dat vind ik een goede zaak. Daarom ben ik nu bezig met het oprichten van een Europees netwerk van fungal bacterial interaction-onderzoeksgroepen.’

Dit artikel is een publicatie van Bionieuws.
© Bionieuws, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 oktober 2005

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.