Klonten (groen) verslaan losse cellen (rood)

Kweek gistcellen in een milieu met weinig voedingsstoffen en ze hebben er voordeel bij om te klonteren. Misschien zijn zo ooit de eerste meercellige organismen ontstaan, oppert Harvard-onderzoeker John Koschwanez in PLoS Biology.

Dat klonteren is eigenlijk een foutje: na de celdeling scheiden de celwanden zich niet volledig. Maar voor de gist heeft het een voordeel. Gistcellen (S. cerevisiae) leven van complexe suikers, zoals sucrose. Op zich kunnen ze die niet verteren, en daarom scheidt hun celwand invertase-enzymen af die sucrose opknippen tot glucose en fructose. Het is dan de bedoeling dat die kleine moleculen de cel in diffunderen om verder te worden verbrand. Maar uiteraard diffundeert het grootste deel gewoon de andere kant op, buiten het bereik van de gistcel.

Zolang voldoende sucrose aanwezig is, is dat weglekken geen bezwaar. Maar wordt de sucrose schaars, dan is een klont cellen in het voordeel boven een losse cel. In zo’n klont vangen de cellen immers elkaars glucose op, in elk geval gedeeltelijk.

Koschwanez’ proeven laten zien dat bij een bepaalde sucroseconcentratie de individuele cellen inderdaad niet meer groeien. Geklonterde cellen weten in die situatie wèl net voldoende glucose binnen te houden om zichzelf te blijven delen.

Een computermodel van het systeem bevestigt dit: 30 gistcellen die samen in een klont zitten, krijgen samen 10 keer zo veel glucose binnen als 30 cellen die allemaal vrij rondzweven.

Om van die gist echt een efficiënte meercellige te maken, moet er meer gebeuren. Wordt de klont groter dan zo’n 1.000 cellen, dan voorspelt het model dat de diffusie de limiterende stap wordt en de binnenste cellen niet genoeg suikers meer krijgen.

Om dat te verhelpen, zullen bepaalde cellen zich waarschijnlijk moeten gaan specialiseren. Maar de enige mogelijkheid in die richting, die Koschwanez heeft uitgeprobeerd, bleek niet te werken. Hij keek namelijk wat er gebeurt als een deel van de cellen geen invertase meer produceert en dus van de rest afhankelijk wordt voor de glucosevoorziening. En dàt gaat alleen goed zolang de cellen wèl vrij rondzweven in elkaars glucose. In een klont blijken de ‘freeloaders’ in het nadeel te zijn omdat de cellen, die wel hun best doen, net iets dichter op hun eigen glucoseproductie zitten. De energie die ze aan de invertaseproductie kwijtraken, verdienen ze zo ruimschoots terug.

Hoe die specialisatie in een meercellige dan wel evolueert, is een interessante vraag.

bron: PLoS Biology

Onderwerpen