Als bacteriën de glijbaan nemen

Het is een zonovergoten namiddag in de zomervakantie in je kindertijd. Na lange (en vermoeiende) onderhandelingen met je ouders heb je hen overtuigd om je buurmeisje uit te nodigen voor waterpret in je achtertuin. Samen beslissen jullie om de waterglijbaan op te zetten. Vol spanning kijk je toe hoe de tuinslang het plastieken oppervlak vult met water. De waterglijbaan is eindelijk klaar! Je neemt een flinke aanloop, duikt erop en glijdt op volle snelheid tot in het stootkussen achteraan.

Net zoals jij op je buik over een glad oppervlak glijdt, kunnen sommige bacteriën dat ook. Ze bewegen actief over een oppervlak en hebben daarvoor energie nodig, zoals het aanloopje dat jij neemt voor de glijbaan. Om zich voort te duwen, gebruikt de bacterie een speciaal onderdeel van zijn cel: de flagella. Deze flagellen kan je vergelijken met een zweepstaart, die bacteriën als een propeller voorstuwt. Dankzij die beweging glijden ze sneller over een oppervlak. Wanneer bacteriën dit samen doen, noemen we die beweging ‘zwermen’.

Samen glijden bacteriën verder dan alleen

Zoals een zwerm vogels sierlijk door de lucht beweegt, kunnen ook bacteriën zich in groep voortbewegen in een gecoördineerde beweging. Zo vormen bacteriën een compacte zwerm, dicht op elkaar gepakt, die gezamenlijk in een bepaalde richting glijdt over een oppervlak. Om dat te kunnen doen, hebben ze niet alleen hun flagella nodig, maar ook een andere belangrijke stof: surfactant.

Die stof klinkt misschien onbekend, maar je komt ze dagelijks tegen in bijvoorbeeld zeep of afwasmiddel. Nu denk je waarschijnlijk: waarom hebben bacteriën iets als zeep nodig om te bewegen? Gebruik je dat niet net om bacteriën te verwijderen, bijvoorbeeld wanneer je je handen wast?

Denk hier opnieuw aan ons voorbeeld van de waterglijbaan. Stel, we smeren de glijbaan in met een dikke laag zeep. Als je er dan op springt, glijd je waarschijnlijk niet alleen voorbij het stootkussen, maar misschien zelfs tot in de tuin van de buren. Voor bacteriën werkt het hetzelfde: die gladde laag is voor sommige soorten onmisbaar om snel over een oppervlak te bewegen.

De productie van zo’n stof vraagt wel veel energie. Om voldoende van die gladde laag te produceren, werken bacteriën in een zwerm samen. Ze maken gebruik van een inventief systeem: enkel wanneer ze ‘voelen’ dat er genoeg cellen van dezelfde soort in de buurt zijn, zullen ze surfactant produceren. Zo verspillen ze geen energie wanneer ze in hun eentje zijn. Wanneer dit surfactant geproduceerd wordt, kunnen cellen dit onderling delen, zodat de beweging efficiënter verloopt.

Een niet-zwermende bacteriekolonie (links) versus een zwermende kolonie (rechts).

Waarom bacteriën kiezen voor groepsverkeer

Hoewel zo’n zeepproductie heel wat energie kost, zien we vaak in onze petrischaaltjes dat bacteriën zwermen. Dit zien we dan als een grotere ronde kolonie, of soms tentakelvormige uitlopers van de stip. Het oppervlak glanst vaak in het licht als gevolg van het surfactant. Wat is dan het nut van deze samenwerking? Wel, door samen te bewegen kunnen ze verder glijden. Daardoor komen ze makkelijker aan nieuwe voedingsstoffen en kunnen ze vijandige omstandigheden trotseren. Zwermgedrag helpt hen om te ontsnappen aan uitdroging, aanvallen van andere micro-organismen of het immuunsysteem van een gastheer. Maar dat gedrag heeft ook een keerzijde voor ons: bacteriën die beter in vijandige omstadigheden kunnen overleven, zijn moeilijker te bestrijden.

Zo zien wetenschappers dat zwermende bacteriën makkelijker overleven met antibiotica. Sterkere behandelingen van antibiotica zijn dan nodig om deze te behandelen. Als bacteriën kunnen bewegen, kunnen ze zich ook makkelijker verspreiden, bijvoorbeeld tussen verschillende plekken in het lichaam.

Een zwerm als remedie

Het zwermgedrag van bacteriën heeft niet alleen nadelen, maar biedt ook verrassende kansen. De surfactanten die bacteriën aanmaken om zich voor te bewegen, hebben eigenschappen die we ook kunnen gebruiken als natuurlijke zeep. Zo kan die zeep ingezet worden tegen olievervuiling, zowel bij olielekken op zee als de reiniging van tankstations. Bodembacteriën zoals Bacillus en Pseudomonas, die je zelfs in je eigen moestuin kunt tegenkomen, zijn hier goede kandidaten voor. Met hun zeep zorgen ze ervoor dat de oliedeeltjes beter in oplossing komen. Hierna kunnen ze makkelijker afgebroken worden door de bacterie zelf of door andere omliggende organismen. Om olievervuiling effectief te bestrijden, moet er voldoende surfactant worden geproduceerd. De hoeveelheden die nu in het laboratorium worden gemaakt, zijn nog niet voldoende, waardoor verder onderzoek nodig is.

En we kunnen nog verder gaan: bepaalde goede bacteriën (probiotica) die deze stoffen produceren, kunnen ook actief zijn tegen schadelijke bacteriën! Zo toont onderzoek aan dat schoonmaakmiddelen met Bacillus probiotica tot 80% reductie van ziekteverwekkers op oppervlaktes leidt. Dit is veelbelovend, maar een sterkere activiteit is nodig om de gehele ziekteverwekker te verwijderen.

Tenslotte kunnen we door zwermgedrag beter te begrijpen, strategieën ontwikkelen om ziekmakende bacteriën af te remmen, of om net de goede bacteriën een duwtje in de rug te geven. Zo zie je maar dat bacteriën op de glijbaan op microschaal krachtige gevolgen kunnen hebben voor gezondheid, milieu en wetenschap!