Het gekweekte Lokiarchaeum ossiferumarcheon (afb: Thiago Rodrigues-Oliveira/Univ. van Wenen)

Een vreemd micro-organisme met tentakels zou wel eens de zogeheten Asgardmicrobe kunnen zijn, een organisme dat de overgang van de eenvoudige cellen naar complexe eukaryote cellen mogelijk zou hebben gemaakt. Overigens was er al eerder zo’n organisme gevonden, maar er bleven twijfels over de genen die aan dat Asgardorganismen werden toegeschreven.
Als je op celniveau kijkt bestaan er drie typen cellen: bacteriële, die van archaea (de prokaryote) en de eukaryote. Eukaryote cellen zijn aanzienlijk ingewikkelder dan die uit de twee prokaryote groepen eencelligen. Planten, paddenstoelen en apen hebben eukaryote cellen. Nu hebben onderzoekers weer zo’n ‘overgangsorganisme’ in het lab gekweekt. Dat was afkomstig uit de modder van een kanaal in Slovenië.

De grote vraag onder evolutionaire biologen was hoe die eukaryote cellen uit die relatief simpele bacteriële en archaeacellen hebben kunnen ontstaan. Van de mitochondriën, de krachtcentrales van een eukaryote cel, is aangenomen dat die afkomstig zijn doordat bepaalde eencelligen andere eencelligen zouden hebben ingelijfd (vrijwel letterlijk, dus), maar dan heb je het maar over een van de vele verschillen tussen de simpele en complexe cellen. Zo hebben eukaryote cellen allerlei organellen met aparte functies en zit het erfgoed goed opgeborgen in een kernmembraan.

Asgardarchaea

Het idee is dat een bepaald archeon het Asgardorganisme zou kunnen zijn werd in 2015 geopperd door Thijs Ettema van de Wageningse universiteit. Hij zou eukaryootgenen hebben gevonden in archaea die hij vond in slib dat was verzameld door Christa Schelper (nu verbonden aan de universiteit van Wenen). In 2017 vond Ettema ook eukaryootgenen in andere archaeagroepen, de zogenaamde Asgardarchaea.
Het probleem was dat Ettema het DNA niet verkreeg via het vangen van de archaea maar door, bij wijze van spreken, met een schepnetje door modder en water te gaan en dat hij vervolgens het DNA dat daarin voorkwam uitlas. Dan is het maar zeer de vraag of het gevonden Asgard-DNA van archaea afkomstig is. In 2019 lukte het Masaru Nobu en collega’s voor het eerst een Asgardarcheon in het lab te kweken. Die was gevonden in oceaansediment. Die had inderdaad eukaryootgenen.
Ook in een warmwaterspuiter in de Golf van Californië werd zo’n eigenaardig ‘beestje’ gevonden. Dat bleek verplaatsbare stukken DNA te bevatten met bacteriële genen die met de stofwisseling te maken hebben. Die zouden iets met het ‘overzetten’ van genen te maken kunnen hebben, denken de onderzoeksters rond Victoria Orphan.

Door de eiwitten te vergelijken die Asgardarchaea aanmaken en eukaryoten bleken die ook op een andere manier op elkaar te lijken. Een aantal onderzoekers, waaronder Ettema, concentreerden zich op eiwitten die in eukaryote cellen de membranen in de cel vormgeven. Slechts twee van die eiwitcomplexen zijn in archaea gevonden, maar bij Asgardarchaea zijn er vier gevonden. Die werken overeenkomstig met die in eukaryote cellen. Die Asgards zouden dan de voorlopers van eukaryote cellen kunnen zijn.

Niet makkelijk

Het blijkt niet makkelijk te zijn met die Asgards te werken. Het heeft twaalf jaar geduurd alvorens de eerste kon worden gekweekt en de tweede die nu beschreven is bleek geen makkelijker te kraken noot. Schleper over het project van zeven jaar: “Ik wist niet dat het zo moeilijk zou zijn.”
Het bleek dat de Asgards aanzienlijk grotere ribosomen hadden dan andere prokaryoten (bacteriën en archaea), zelfs dan van veel eukaryoten. Dat was dus een aanwijzing, maar ook met die wetenschap bleef het moeilijk de bijzondere arcaea op te sporen. Je krijgt natuurlijk een heel wildenbomenbos als je de micro-organismen in een schep modder probeert te onderscheiden. Volgens Ettema lijken de Asgards van een andere planeet te komen.

Het genoom is groter dan dat van het archeon van Nobu en heeft ook meer eukaryote genen. Bovendien heeft het DNA vier genen voor het eiwit actine dat in eukaryote cellen het celskelet vormt. Schleper: “We hebben aangetoond dat het eukaryote celskelet een uitvinding was van de archaea, dat wil zeggen dat dat er was voordat er eukaryote cellen waren.” Volgens Nobu’s medewerker Hiroyuki Imachi maakt dat de conclusie van Asgardarchaea als voorganger van de eukaryoten alleen maar sterker

Tweemiljard jaar

Volgens sommige wetenschappers is het waarschijnlijk dat eukaryoten zo’n tweemiljard jaar na het ontstaan van prokaryoten het leven zagen doordat een Asgardorganisme een aerobe bacterie inlijfde. Daardoor kon dat nieuwe organisme meer energie produceren. Wellicht dat er nog meer cellen werden ‘opgeslokt’ om uiteindelijk een eukaryote cel te krijgen.
Niet iedereen is daarvan overtuigd. Volgens Sven Gould van de Heinrich Heineuniversiteit in Düsseldorf hebben Asgardarchaea erg weinig bijgedragen aan het ontstaan van eukaryoten: slechts 0,3% van de eiwitgroepen die er aanwezig zouden moeten zijn bij een gemeenschappelijke ‘voorouder’ van de eukaryote cel.
Volgens hem wijst het genetisch bewijs op een veel eenvoudiger ‘gastheer’. Hij en zijn collega’s hebben het idee dat een bacterie in archeoncellen heeft geleid tot de ontwikkeling van eukaryote cellen, maar ook van organellen en membranen en misschien zelfs wel het ontstaan van seks als middel van voortplanting (in plaats van celdeling).

Ook Ettema is er nog niet van overtuigd dat we nu het hele verhaal te pakken hebben hoe eukaryote cellen zijn ontstaan. Het archaeon dat de ‘oervader’ van de eukaryote cel is geweest zou wel eens een heel andere kunnen zijn geweest dan de twee die nu gekweekt zijn. Er is dus nog volop werk aan de winkel.

Bron: Science