Cellen in kabelbacteriën offeren zich op

Kabelbacteriën uit de zeebodem kunnen in de toekomst wellicht de inspiratie zijn voor milieuvriendelijke bio-elektronica. Maar dan moeten we wel weten hoe ze in elkaar zitten. En dat blijkt anders dan verwacht, want een deel van de cellen in de kabels offert zich op voor de rest.
In een stukje van de zeebodem vind je al snel duizenden kilometers kabelbacteriën.
Dimitris Siskopoulos, via Wikimedia Commons, CC BY2.0

In de bodem van de zee zitten duizenden kilometers aan elektriciteitsdraden. En niet alleen de draden die wij er hebben neergelegd om bijvoorbeeld de stroom van windparken naar het land te leiden. Het grootste deel van deze kabels is natuurlijk, en gemaakt door zogenoemde kabelbacteriën. Een kabelbacterie bestaat uit honderden tot duizenden op elkaar gestapelde cellen die samen zorgen voor de energieopwekking.

Deze bacteriën vormen georganiseerde draden die elektriciteit vanuit de bodem naar het oppervlak leiden. Dit doen ze niet zomaar, want van de opgewekte energie kunnen ze zelf groeien. Tenminste, dat namen onderzoekers altijd aan. Maar een groep wetenschappers van de Universiteit Utrecht, TU Delft en Universiteit van Antwerpen hebben nu gevonden dat een deel van de cellen in deze meercellige bacteriën helemaal niet groeit, maar zichzelf opoffert voor het grote geheel.

Mysterieuze kabels

Uitgelicht door de redactie

Informatica
Waarom privacy zo belangrijk is bij de nieuwe corona-app

Een denktank onderzoekt en brengt inzichten bijeen

Geneeskunde
‘Een wiskundig model is geen toekomstvoorspeller’

Kabelbacteriën zijn nog vrij mysterieuze organismen waar we langzaam meer over ontdekken. Zo kreeg het team uit Antwerpen en Delft het vorig jaar voor elkaar om te meten hoeveel stroom deze bacteriën eigenlijk geleiden. Per vierkante meter zeebodem bleken deze bacteriën zo’n honderd tot tweehonderd milliampère op te wekken – je zou dan twintig vierkante meter bodem nodig hebben om je iPad elke dag op te laden. Daarnaast ontdekten ze dat de kabelbacteriën de elektriciteit geleiden via een lange dunne vezel. Deze vezels zijn in de toekomst mogelijk interessant voor bio-elektronica, zoals bio-afbreekbare computerchips waarvoor we geen zeldzame metalen nodig hebben.

Maar zover is het nog niet, want uit nieuw onderzoek blijkt dat de kabels zich anders gedragen dan we dachten. Niet alle cellen in de bacterie profiteren van de energie die ze verplaatsen, vertelt Nicole Geerlings, promovendus bij de groep aardwetenschappen van de Universiteit Utrecht: “Een deel van de cellen van de bacterie heeft helemaal niks aan de reacties die plaatsvinden. Sterker nog: ze gaan er langzaam aan dood.”

Om dit te begrijpen moeten we eerst weten wat kabelbacteriën precies doen. Het onderste gedeelte van de kabel zit in de zeebodem en reageert daar met sulfide. “Bij deze reactie komen elektronen vrij, en die verplaatsen zich langs de cellen door de kabel naar boven”, legt Geerlings uit. “Het bovenste gedeelte van de kabel zit aan het oppervlak van de zeebodem, en daar reageren deze elektronen met de aanwezige zuurstof.” Onderzoekers dachten dat de energie die vrijkomt bij deze reacties zorgt dat alle cellen in de bacterie het molecuul ATP aan kunnen maken, waardoor ze kunnen groeien en delen. Alleen blijkt dat in de bovenste helft van de kabel helemaal niet te gebeuren, vertelt Geerlings: “De cellen in de zuurstof-zone van de kabel krijgen niet genoeg energie om ATP aan te maken. Ze leven dus op hun reserves, en als dat te lang duurt gaan ze dood.”

Toevallig

Een kabel van kabelbacteriën
Via TU Delft, met toestemming

Geerlings ontdekte de opofferingsgezindheid van de bacteriën bij toeval. “Mijn masterstudent Karel As en ik wilden eigenlijk onderzoeken of kabelbacteriën die omringd zijn door mineralen nog wel koolstof en stikstof konden opnemen. Dat is het teken dat ze groeien. Alleen toen bleken we helemaal geen gemineraliseerde kabelbacteriën te hebben, maar gewone.” Omdat het experiment al liep, besloten de onderzoekers toch gewoon door te gaan. En toen vonden ze iets bijzonders. “We hadden cellen van bacteriën uit de zuurstof-zone, en die namen helemaal niks op. We dachten dat we een fout hadden gemaakt. Maar herhalingen van het experiment met cellen uit de sulfide-zone werkten wel gewoon.”

Deze ontdekking zal veel biologen verbazen, denkt Geerlings: “We moeten fundamenteel anders gaan denken. Alle cellen die wij kennen, zorgen individueel voor hun eigen energie en houden zichzelf in leven. Maar blijkbaar kan het ook anders.” Dit leidt wel meteen tot nieuwe vragen, want de onderzoekers weten nog niet hoe de kabels zich precies organiseren. “We weten dat de bacteriën kunnen bewegen, dus misschien lossen de cellen in de zuurstof-zone elkaar af. Maar het kan ook zijn dat de bovenste cellen daar gewoon blijven zitten tot ze dood gaan, en dat de kabel vervolgens doorschuift.”

Hoewel deze ontdekking dus vooral impact heeft op fundamenteel onderzoek, ziet Geerlings ook kansen voor praktische toepassingen: “Wetenschappers willen deze kabels mogelijk gebruiken voor milieuvriendelijke, bio-elektronische apparaten. Zo ver zijn we nog lang niet, maar het is wel goed dat we nu beter weten hoe de bacterie eigenlijk werkt.”

Bron:

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink, en hoort bij het thema Duurzaamheid vergroten op Biotechnologie.nl.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden