Methaanetende verwant van tuberculosebacterie ontdekt in Roemeense grot

Bacteriën die op de wanden van een grot in Roemenië leven, gebruiken methaan als hun enige voedselbron. Onderzoekers van de Universiteit Utrecht en nationale en internationale collega's beschrijven de voorheen onbekende micro-organismen in een artikel in Nature Microbiology. Kennis over de nieuwe soort kan bijdragen aan de ontwikkeling van nieuwe technieken die de concentratie methaan in de atmosfeer verlagen. Omdat de bacteriën nauw verwant zijn aan de ziekteverwekkers die tuberculose en lepra veroorzaken, kunnen inzichten over de bacteriën ook helpen bij de ontwikkeling van nieuwe methoden om deze ziekten te bestrijden.

Een extreme omgeving

Binnen in de grot, gelegen in het oosten van Transylvania, ontmoeten vulkanische gassen de aardse atmosfeer. De methaanconcentratie is er hoog, en het oppervlak van de grotwand is extreem zuur. Toen speleologen, veilig vanuit hun beschermende pakken, monsters namen van dit oppervlak, verwachtte eigenlijk niemand daar veel levende dingen te vinden. Toch bleek de grotwand vol leven te zitten.

Universiteit Utrecht-onderzoeker en datawetenschapper Chrats Melkonian: “We vonden veel diversiteit op de grotwand. Toen we het DNA uit de monsters analyseerden, doken er micro-organismen als archaea en zelfs virussen op. Het meest verrassend was onze ontdekking dat een bepaald type bacterie, een mycobacterie, er heel talrijk was. Mycobacteriën komen normaal gesproken niet in grote aantallen in de natuur voor, laat staan in zo’n omgeving.”

Methaan als voedsel

Melkonian was verantwoordelijk voor verschillende data-analyses binnen het onderzoek. Melkonian: “We waren natuurlijk erg geïnteresseerd in deze bacteriën en wilden weten hoe ze in zo’n extreme omgeving leefden. Als eerste stap analyseerden we hun DNA en brachten we in kaart welke eiwitten de bacteriën produceren. Zo kwamen we erachter dat ze een hele set aan eiwitten produceren waarvan het bekend is dat ze het mogelijk maken om van methaan te leven.”

Om aan te tonen dat de bacteriën daadwerkelijk op methaan kunnen groeien, bood Universiteit Utrecht-onderzoeker Lubos Polerecky ze vervolgens methaan aan in het lab. Met een techniek waarmee de onderzoeker de koolstof in het methaan kon volgen, toonde Polerecky aan dat de bacteriën het gas gebruiken als hun enige bron van koolstof en energie.

Broeikasgas

Methaan is een erg belangrijk broeikasgas dat bijdraagt aan de opwarming van de aarde. De Roemeense grotbacteriën zijn niet de eerste micro-organismen of bacteriën waarvan het bekend is dat ze van methaan leven. Wel zijn ze de eerste in een bepaalde groep bacteriën, de Actinobacteriën. Volgens Melkonian beïnvloeden methaanetende microben de methaanconcentraties in de atmosfeer, doordat ze de uitstoot verminderen van gassen die door de aarde worden uitgestoten, zoals de vulkanische gassen in de Roemeense grot.

Kwekerijen van methaanetende organismen zouden gebruikt kunnen worden om het methaan uit de atmosfeer te halen en iets te produceren dat we later kunnen gebruiken, zoals biomassa.

Door monsters te verzamelen op verschillende plekken rondom de grot, ontdekten de onderzoekers dat de nieuw ontdekte bacteriën in de regio in grote aantallen voorkomen in zure omgevingen met hoge methaanconcentraties. Melkonian: "Dit zou kunnen betekenen dat deze bacteriën ook wereldwijd belangrijke spelers zijn bij het afbreken van methaan. Maar op dit moment hebben we daar geen direct bewijs voor."

Kennis over methaanetende micro-organismen kan helpen bij het ontwikkelen van nieuwe manieren om het methaangehalte in de atmosfeer te verminderen. Melkonian: "Kwekerijen van methaanetende organismen zouden bijvoorbeeld gebruikt kunnen worden om het methaan uit de atmosfeer te halen en iets te produceren dat we later kunnen gebruiken, zoals biomassa. Hoewel dat nu nog sciencefiction is, moet je toch eerst weten welke organismen van methaan leven en hoe de mechanismen erachter werken."

Ziekteverwekkers

Melkonian en zijn collega's stelden ook vast dat de nieuw ontdekte microben nauw verwant zijn aan de bacteriën die tuberculose en lepra veroorzaken. Melkonian: "Al deze bacteriën zijn mycobacteriën. Helaas werken de huidige behandelingen niet goed tegen bepaalde afweermechanismen van deze ziekteverwekkers. Het is daarom belangrijk om meer te weten te komen over deze organismen en hun verwanten en hoe zij in een ecologische context leven. Inzicht in de evolutionaire stappen die nodig zijn om van de ene levenswijze naar de andere over te gaan, kan helpen bij het vinden van nieuwe manieren om deze ziekteverwekkers te bestrijden."

Internationale samenwerking

Het artikel is het resultaat van een internationale samenwerking tussen onderzoekers van de Universiteit Utrecht, de Vrije Universiteit Amsterdam, Amsterdams Universitair Medische Centra, het Nederlands Instituut voor Ecologie, de King Abdullah University of Science and Technology (Saoedi-Arabië), het Instituut voor Speleologie (Roemenië), de Université libre de Bruxelles (België), de Universiteit van Amsterdam en de California State University (VS). Het onderzoek werd geleid door Wilbert Bitter en Rob J. M. van Spanning.