Wetenschappers tonen aan dat sommige micro-organismen zich genen toe-eigenen waar ze op korte termijn weinig aan hebben.

Soorten veranderen onder invloed van evolutie, die weer wordt aangedreven door onder meer natuurlijke selectie. Genetisch materiaal dat voordelig blijkt voor de overlevingskansen van een organisme kan zich – doordat zo’n organisme en diens nakomelingen ook betere kansen heeft om zich voort te planten – rap door een populatie verspreiden. En zo kunnen soorten eigenschappen verwerven. Anderzijds kunnen soorten op vergelijkbare wijze ook genen – en daaruit voortvloeiende eigenschappen – kwijtraken. Het gaat dan om genen die op een gegeven moment, in de omstandigheden waar een soort zich dan in bevindt, geen voordeel opleveren.

Net even anders
Maar niet alle organismen houden zich even nauwgezet aan deze door natuurlijke selectie gedicteerde evolutionaire regelgeving, zo tonen Australische onderzoekers nu aan. Zij hebben ontdekt dat sommige micro-organismen zich middels zogenoemde horizontale genoverdrachten genen kunnen toe-eigenen, die zich vervolgens door de populatie kunnen verspreiden, terwijl die genen op dat moment eigenlijk weinig voor de microben – of hun overlevingskansen – doen.


In hun studie richten de onderzoekers zich op micro-organismen die genetisch materiaal eigenlijk op twee manieren kunnen verkrijgen: middels ‘gewone’ verticale genoverdracht en middels een horizontale genoverdracht. “De verticale overdracht is gewoon de overdracht van ouder op nageslacht,” legt onderzoeker Mike McDonald aan Scientias.nl uit. “In het geval van bacteriële cellen maakt een cel een kopie van zijn DNA, vervolgens deelt deze zich in een moedercel met het oorspronkelijke chromosoom en een dochtercel met een kopie van dat chromosoom.” In het geval van horizontale genoverdracht vindt er ook een overdracht van erfelijk materiaal plaats, maar niet van generatie op generatie. In plaats daarvan wisselen organismen die geen familie van elkaar zijn genetisch materiaal uit.

Antibioticaresistentie
“Horizontale genoverdracht is heel belangrijk in de evolutie van microben en zeker in de evolutie van antibioticaresistente ziekteverwekkers,” aldus McDonald. Wanneer bacteriën die gevoelig zijn voor antibiotica, antibioticaresistente bacteriën ontmoeten, kan er een uitwisseling van genetisch materiaal plaatsvinden, waardoor de eerstgenoemde bacteriën ook resistent worden voor onze antibiotica. En hoewel wij bij antibioticaresistente bacteriën vaak denken aan ziekenhuisbacteriën, komen ze ook veelvuldig buiten ziekenhuizen oftewel op plekken waar bacteriën die nog niet resistent zijn voor antibiotica zich ophouden. “Bacteriën (en hun DNA) worden constant over grote afstanden verplaatst door de wind, het water, dieren en mensen,” vertelt McDonald. “Wanneer bacteriën – of DNA van bacteriën – zo rondreizen, kan er een horizontale genoverdracht plaatsvinden.” En zo kunnen dus ook bacteriën op grote afstanden van ziekenhuizen en andere plaatsen waar antibiotica voorgeschreven en gebruikt worden, de genen opdoen die nodig zijn om resistent te worden voor de bekende antibioticakuren. En dat zien we voor onze ogen gebeuren. “Wanneer wetenschappers gebieden controleren zonder antibiotica – denk aan bossen of riviermondingen – dan detecteren ze nog steeds genen voor antibioticaresistentie.”

Experimenten
Het roept een interessante vraag op. Want in de genoemde omgevingen zijn die genen niet nodig. En toch lijken ze door bacteriën gehandhaafd te worden. Hoe zit dat precies? McDonald en collega’s zochten het uit. Ze verzamelden bacteriën die gevoelig waren voor antibiotica en brachten ze in contact met antibioticaresistente bacteriën, zodat een horizontale genoverdracht mogelijk was. De bacteriën die oorspronkelijk gevoelig waren voor antibiotica werden na de ontmoeting op de kweek gezet, maar niet aan antibiotica blootgesteld. Ondanks dat antibiotica geen bedreiging vormde voor deze bacteriën bleken de genen voor antibioticaresistentie zich toch snel door de populatie te verspreiden. “Veel later stelden we de geëvolueerde populaties bloot aan hoge concentraties antibiotica. We ontdekten dat de populaties die een horizontale genoverdracht hadden meegemaakt de behandeling overleefden, terwijl de controlegroep (bestaande uit voor antibiotica gevoelige bacteriën die niet de mogelijkheid hadden gehad om genetisch materiaal uit te wisselen met de resistente bacteriën, red.) het niet overleefde.” Blijkbaar kunnen genen voor antibioticaresistentie zich dus ook in de afwezigheid van selectiedruk – in de vorm van antibiotica – door een populatie verspreiden.


Creatief
In zekere zin kunnen bacteriën middels horizontale genoverdracht wat creatiever omgaan met de evolutionaire regels. Waar eerder werd aangenomen dat natuurlijke selectie ervoor zorgt dat alleen genen die per direct een positieve invloed op de overlevingskans hebben, zich binnen een populatie kunnen verspreiden, laten deze microben iets anders zien. “Wat wij laten zien is dat het middels horizontale genoverdracht mogelijk is dat een gen of genoverdracht zo frequent onderdeel uit gaat maken van individuen in een populatie, dat de horizontale genoverdracht (in plaats van de selectiedruk, red.) richting geeft aan het evolutieproces,” legt McDonald uit. “Dat extra duwtje in de rug van de horizontale genoverdracht kan een groot verschil maken voor genetische varianten die nauwelijks schadelijk of zelfs neutraal (noch schadelijk, noch voordelig, red.) zijn. Als het ‘duwtje’ van de horizontale genoverdracht sterker is dan de kracht waarmee natuurlijke selectie een gen uit de populatie duwt, kunnen deze nauwelijks schadelijke of neutrale genen zo veelvuldig gaan voorkomen dat ze niet snel uit een populatie zullen verdwijnen.”

Het onderzoek verklaart een hoop. “Het kan helpen verklaren waarom patiënten nog lang nadat ze gestopt zijn met een antibioticakuur nog antibioticaresistente bacteriën bij zich dragen en waarom bacteriën, ook al zijn ze nog niet eerder aan antibiotica blootgesteld, toch snel resistent kunnen worden.” Bovendien benadrukt het onderzoek nog maar eens hoe belangrijk het is om zorgvuldig met antibiotica om te gaan. “Het onderzoek vertelt ons dat het gebruik van antibiotica op één locatie – bijvoorbeeld een boerderij – ertoe kan leiden dat antibioticaresistentie zich naar andere locaties verspreidt, waar de genen (voor antibioticaresistentie, red.) zich vervolgens kunnen mengen met andere genen, waardoor een gevaarlijke combinatie van genen kan ontstaan. Onze resultaten benadrukken dan ook nog eens hoe belangrijk het is dat we zorgvuldig met antibiotica omgaan en het vóórkomen van genen voor antibioticaresistentie goed monitoren.”

Antibioticaresistentie is een groeiend probleem. Steeds meer ziekteverwekkers zijn resistent voor antibiotica. Dat heeft tot gevolg dat de ziektes die deze bacteriën veroorzaken – en die een aantal decennia geleden nog prima te behandelen waren – langzaam maar zeker onbehandelbaar worden. Onderzoekers verwachten dan ook dat het aantal mensen dat door bacteriële infecties komt te overlijden de komende jaren sterk toeneemt. Geen wonder dat onderzoekers dringend op zoek zijn naar oplossingen. Sommige wetenschappers hebben de jacht geopend op nieuwe soorten antibiotica. Anderen zoeken hun heil in fagen. En weer anderen werken aan resistentie-remmers.