Met haar Vici-subsidie gaat Anja Spang helderheid scheppen in de evolutionaire geschiedenis van symbionten

Zonder symbiose zouden wij niet bestaan. Ooit verloor een bacterie zijn onafhankelijkheid door te fuseren met een archaeale cel. Nu komt die bacterie in al onze cellen voor als mitochondriën: organellen die cellen met een celkern, zoals die van mensen, van energie voorziet. Chloroplasten in groene planten en algen waren ooit ook onafhankelijke organismen.

Takken van de stamboom van het leven

Symbiose komt veel voor in de stamboom van het leven. Symbionten zijn essentieel voor het functioneren van natuurlijke ecosystemen, van koralen tot bossen en ons menselijk lichaam. NIOZ-wetenschapper Anja Spang richt zich op eencellige bacteriën en archaea, die een groot deel van de biodiversiteit uitmaken en veel symbionten omvatten met verschillende gastheren. Die gastheren variëren van andere eencellige organismen tot mensen. Sommige van deze symbionten zijn al lang bekend, andere zijn pas recent ontdekt. ‘Met deze subsidie kunnen we de oorsprong, evolutionaire geschiedenis en wereldwijde verspreiding van deze verschillende symbionten vergelijken en zo een beter inzicht krijgen in wat het betekent om een symbiont te zijn en welke rol ze spelen in de context van onze planeet.’

Op zoek naar gemene delers

Spang hoopt bovendien een brug te slaan tussen bestaand symbiontonderzoek en gemeenschappelijke delers te identificeren. ‘In mijn project Symbioses across time and space ga ik me richten op archaea en bacteriën die afhankelijk zijn van een ander organisme om te kunnen groeien en gedijen.’ Ze hoopt te ontdekken of er gemeenschappelijke kenmerken zijn die de evolutie van deze symbionten karakteriseren, te identificeren wie hun gastheren zijn en te bepalen wanneer ze in de geologische tijd zijn geëvolueerd. Om de evolutionaire geschiedenis te ontrafelen, kan ze niet te rade gaan bij fossielen, want deze organismen blijven niet bewaard. Ze reconstrueert het eiwitgehalte van voorouders met behulp van fylogenetische modellen en machine learning-benaderingen. ‘En we kweken symbionten en hun gastheren in het laboratorium om de evolutie in realtime te bestuderen.’

Zie figuur 1: De DPANN-symbiote Candidatus Nanohaloarchaeum antarcticus vormt met zijn gastheer Halorubrum lacusprofundi een zogeheten modelsysteem. Het is een van de symbionten die Spang gaat onderzoeken. (Bron: Hamm et al., 2019, PNAS, 16 juli 2019;116(29):14661-14670)