Onderzoek aan de kleinste organismen in zee

Interview met professor Lucas J. Stal (NIOZ en UvA), MaCuMBA coördinator

Kun je aan mensen, die niet veel van micro-organismen weten, uitleggen waarom het MaCuMBA project belangrijk is?
De meeste mensen denken bij micro-organismen aan viezigheid of ziekten. Op zijn best weten ze dat micro-organismen nodig zijn voor het maken van bier, wijn, yoghurt, kaas, antibiotica enzovoort. Er zijn maar weinig mensen die zich realiseren dat het totale gewicht aan micro-organismen op aarde vele malen hoger is dan dat van alle andere organismen samen, inclusief de mens. Weinig mensen weten dat de genetische diversiteit van micro-organismen veel groter is dan dat van alle planten en dieren samen en dat het aantal soorten onbekend is, maar in de tientallen miljoenen moet lopen.

De meeste mensen kan het niet schelen dat er maar zo’n 10.000 soorten zijn beschreven. Maar dat zou wel moeten! De mensheid gebruikt micro-organismen op veel verschillende manieren: hoeveel miljoenen levens zijn er gered door de ontdekking van penicilline? Hoeveel nieuwe toepassingen (bij voorbeeld medicijnen, voedsel, energie, schoonmaak van vervuiling en andere niet-biologische stoffen) liggen er nog verborgen binnen de misschien wel 99,99% onbekende micro-organismen?

Misschien is het voor de meeste mensen vrij abstract dat de aarde 3200 miljoen jaar lang alleen door micro-organismen werd bewoond, en dat de grotere planten en dieren pas zo’n 600 miljoen jaar geleden verschenen (en de mens pas 3 miljoen jaar geleden). Hoeveel mensen realiseren zich dat de zuurstof in onze atmosfeer oorspronkelijk van micro-organismen komt en dat de helft van de zuurstof die wij inademen is geproduceerd door micro-organismen? Micro-organismen regeren deze planeet; dat deden ze 3,8 miljard jaar geleden, en dat doen ze nog steeds. Ze zijn verantwoordelijk voor het functioneren van alle ecosystemen op aarde en ze vormen de basis van de voedselketen. Maar onze kennis over deze processen is heel beperkt .

Op welke manier kan de samenleving profiteren van het onderzoek van MaCuMBA?
We kunnen ongekende wereldwijde veranderingen tegemoet zien, klimaatverandering, verzuring van de oceaan, een energie- en voedselcrisis. Om deze processen te kunnen begrijpen, de gevolgen te voorspellen en naar oplossingen te zoeken, is het  noodzakelijk om onze kennis van de onbekende meerderheid van de micro-organismen uit te breiden. Maar tot nu toe hebben we geen idee hoe we hen moeten isoleren, cultiveren en beschrijven, ten minste niet op zo’n wijze dat die de praktische toepassingen binnen enkele tientallen jaren kan voortbrengen, die  we ze zo hard nodig hebben.

MaCuMBA kijkt alleen naar micro-organismen in zee. Waarom deze focus op de zee?
Ruim 70% van het aardoppervlak is zee. Als we er rekening mee houden dat de gemiddelde diepte van deze zeeën 4 km is, dan hebben we hier dus te maken met het grootste ecosysteem op aarde. Alles bij elkaar wordt geschat dat er 10²⁹ micro-organismen in de oceanen leven. Dat is een getal met 29 nullen! Iets concreter: in elke milliliter zeewater leven 1 miljoen micro-organismen en misschien wel duizenden soorten.

De zee is geen homogeen geheel. Het bevat onderwater-zoutmeren, vulkanen, bergen, hete – en koude bronnen en nog veel meer extreme milieus, waarin veel verschillende soorten organismen leven. De diepste delen van de oceaan, waar de temperatuur laag is, de druk heel erg hoog en het altijd donker is, zijn nog bijna niet onderzocht. De zeebodem (van de ondiepe delen langs de kust tot aan de diepzee) is een omgeving waar enorme aantallen micro-organismen leven, maar ook die is nog bijna niet onderzocht.
De zee bevat veel hogere organismen (vooral dieren, maar ook planten, zoals zeegras), die elk hun eigen flora aan micro-organismen met zich meedragen. We verwachten dat we een weelde aan nieuwe micro-organismen zullen vinden.

Er is nog een reden waarom we ons richten op de zee. Zoetwater wordt steeds schaarser. Als we micro-organismen willen gebruiken voor biotechnologie, dan moeten we ze ook kunnen kweken. Het is een voordeel als dat in zeewater kan, in plaats van in het schaarse zoete water.

Wat het project zelf betreft, kun je beschrijven hoe de samenwerking tussen de partners werkt?
De projectpartners zijn gekozen om hun deskundigheid en omdat hun kwaliteiten elkaar aanvullen. We hebben nu groepen die gespecialiseerd zijn in bepaalde soorten organismen of in specifieke milieus. Anderen, zoals het NIOZ, hebben schepen, of hebben middelen die gebruikt kunnen worden voor het snel kweken van micro-organismen. We hebben groepen binnen het project die apparatuur ontwikkelen. Enkele projectpartners zijn uitgenodigd om hun kennis in metagenomica (het totaal van genetische informatie van een ecosysteem). Anderen om hun kennis  van bio-informatica; deze kennis is cruciaal om de goede kweekcondities te ontwerpen. Het NIOZ zal deze technieken gebruiken om belangrijke micro-organismen te isoleren uit bodem-ecosystemen en uit marien plankton.

We hebben ook deskundigen die begrijpen hoe micro-organismen onderling communiceren. We hopen deze manier van communicatie te kunnen gebruiken om micro-organismen beter te kunnen isoleren en te laten groeien. Er zijn verschillende kleine en middelgrote bedrijven die zijn geïnteresseerd in het toepassen van de te verwachten resultaten en producten. Deze partners, alleen of in samenwerking met andere partijen,  onderzoeken of nieuwe soorten micro-organismen gebruikt kunnen worden voor diverse toepassingen.

Tot slot hebben we een professionele cultuurcollectie binnen onze groep. Samen met verschillende gespecialiseerde cultuurcollecties binnen ons samenwerkingsverband zullen we nieuwe micro-organismen isoleren en hen beschikbaar stellen voor de wetenschap en de industrie. Het NIOZ heeft een cultuurcollectie van mariene cyanobacteriën en micro-algen.

Zoals je ziet is dit een groot samenwerkingsverband. De doelen van dit project kunnen alleen bereikt worden door intensieve samenwerking tussen de verschillende partners. Op het NIOZ werken de afdelingen Mariene Microbiologie en Biologische Oceanografie samen in dit project. Het werk is onderverdeeld in delen met duidelijke taken, waarbij meestal meerdere projectpartners verantwoordelijk zijn. De samenwerking wordt verder bevorderd door elkaar vaak te ontmoeten en personeel uit te wisselen.

Uit: MaCuMBA project news, issue 1

foto's:
Professor Lucas Stal
Pediastrum
Phormidium
Spirulina