De evolutie van gastheerafhankelijkheid bij symbiose

Toby Kiers identificeerde met haar collega’s de factoren die gastheren, van insecten tot inktvis, gedurende de evolutie meer of minder afhankelijk maken van hun bacterie symbiont. Het onderzoeksteam toont aan dat de gastheer afhankelijker is van de symbiont wanneer deze de gastheer van voedsel voorziet dan wanneer de symbiont de gastheer beschermt.

13-07-2017 | 13:32

Voedsel of verdediging
Bacteriële-symbionten kunnen allerlei functies voor hun gastheer vervullen, zoals het produceren van chemicaliën die vijanden afschrikken, of het leveren van voedselbouwstenen. Als een gastheer zijn symbiont kwijtraakt of wanneer deze wordt weggehaald, kan dit zijn dood betekenen. Maar zijn sommige functies belangrijker voor de gastheer om te overleven dan andere? Toen Kiers zich dit afvroeg, ontdekte ze dat afhankelijkheid van symbionten die bouwstenen voor voedsel aanleveren, een belangrijker rol spelen voor overleving, dan symbionten die hun gastheer verdedigen.

Van ouder naar kind
Kiers en collega’s ontdekten ook dat het uitmaakt hoe de gastheer zijn symbiont vindt. Dat kan op twee manieren: de gastheer pikt de symbiont uit zijn omgeving op, zonder hulp van oudergeneraties. Dit heet horizontale transmissie. De andere manier is overdracht van ouder op kind; dit wordt verticale transmissie genoemd. Kiers toonde aan dat gastheren langs een dergelijke stamboom steeds afhankelijker worden van de overgeërfde symbiotische relatie. Meer dan van een symbiotische relatie waarbij de symbiont uit de omgeving wordt opgepikt.

De resultaten, onlangs in Nature Communications gepubliceerd, helpen bij het voorspellen van de afhankelijkheid van de gastheer van zijn symbiont. In sommige gevallen, zoals bijvoorbeeld in de marine platwormen die in tropische wateren onder de getijdegrens leven, is deze afhankelijkheid zo extreem dat zij hun mond en spijsverteringkanaal zijn verloren, ze absorberen voedingsstoffen alleen nog via hun bacteriële partner.

Database en modellering
Het team ontwikkelde voor dit onderzoek een enorme database van 110 symbiotische relaties, van insecten tot inktvis, om de hypotheses rond de evolutionaire ontwikkeling van de gastheerafhankelijkheid te kunnen testen. Ze ontwikkelden modellen om verschillende hypotheses te testen, met de gegevens van deze database als input. Kiers: “Toen we met dit project waren gestart, waren we enorm onder de indruk van de grote diversiteit in symbiotische relaties. Echter, toen we meer en meer datapunten toevoegden, werden overkoepelende patronen in deze relaties al vrij snel zichtbaar. Het is geweldig mooi om deze punten met elkaar te kunnen verbinden.”

Foto: Een lichtgevende bacterie helpt de inktvis zich tegen roofdieren te verdedigen.
Credits: C. Frazee, and contributed by M. McFall-Ngai