Een bankoverval in een plantencel

Hoe pleeg je de perfecte bankoverval? Als we de Hollywood films moeten geloven, door nauwkeurige planning, perfecte timing en liefst van al een goede crew. Een bank overvallen op je eentje zou namelijk uiterst moeilijk zijn: je wordt constant in de gaten gehouden door camera’s en als je deze al kan omzeilen, zijn er verschillende beschermlagen waar je door moet breken (liefst met zo min mogelijk lawaai en explosies). Zo staat er op elke hoek wel een bewaker en zit al het geld goed beschermd achter slot en grendel. Maar waar halen de regisseurs van dit soort films hun ideeën toch vandaan? Als je het mij vraagt, hebben ze eens diep in een microscoop gekeken.

Mensen en planten worden dagelijks blootgesteld aan verschillende micro-organismen omdat er veel energie (of geld?) bij hen te verkrijgen is. Sommige van deze microben zijn goedaardig en volgen het principe: als jij iets geeft, krijg je er iets voor terug van gelijke waarde. Een soort eerlijke ruilhandel (of symbiose) waar beide partijen tevreden mee zijn. Maar dat is niet altijd het geval. Er bestaat ook een maffia in de microscopische wereld. Sommige microben gaan de gastheer helemaal leegroven, waarna ze hun slachtoffer hulpeloos achterlaten. Dit gevoel zal je ongetwijfeld gehad hebben wanneer je door een virus, schimmel of bacterie futloos en ziek in bed lag.

Gelukkig hebben mensen en planten een bewakingssysteem waarmee ze mogelijke indringers en dieven kunnen detecteren. Bij mensen zijn dit de witte bloedcellen die in ons bloed patrouilleren om verdachte indringers te herkennen. Bij planten is het iets anders, en heeft elke cel, zowel op de buitenkant als binnenin, verschillende camera’s om mogelijke indringers vroegtijdig te signaleren. Maar camera’s zijn er om te omzeilen, zeker als de buit zo aanlokkelijk is.

Één van de meest vindingrijke bacteriën, volgens mij althans, is Ralstonia. Deze bacterie behoort tot de top van de maffia en wordt daarom ook bestempeld als een quarantaine organisme. Dit houdt in dat er extra maatregelen bestaan om de verspreiding van Ralstonia te beperken. Als het aan Ralstonia zou liggen, zouden we nooit nog frietjes of moussaka eten, en zouden er op Valentijn geen rozen gegeven worden. Deze bacterie kan namelijk een ongezien aantal verschillende soorten gastheren aanvallen: van aardappel, aubergine en tomaat tot banaan en zelfs rozen. En om te bewijzen dat deze bacterie geen spelletjes speelt, laat hij zijn gastheer nog eens dood en verwelkt achter.

De bacterie is wereldwijd, en dus ook in België, aanwezig en verstopt zich voornamelijk in onze rivieren en kanalen, maar kan ons landje ook binnendringen via besmet plantenmateriaal. De bacterie dringt de plant binnen via de wortels, waarna ze uiteindelijk terechtkomt in het vaatweefsel, meer bepaald het xyleem dat verantwoordelijk is voor de opname en transport van water en voedingsstoffen uit de bodem. Eens in het xyleem produceert de bacterie een slijmlaag, die dient als een soort onzichtbaarheidsmantel die zorgt voor stabiliteit en bescherming. En het is net deze mantel die de plant fataal wordt: op een bepaald moment is de slijmlaag zo dik dat het transportweefsel verstopt en de plant stikt omdat ze geen water en voedingsstoffen meer kan opnemen, met de dood tot gevolg. Ralstonia is dus een silent killer. Hoe komt het dat deze bacterie wereldwijd zo’n bedreiging vormt voor zo veel verschillende plantensoorten? Ik had het al vermeld: dankzij een goede crew.

Slecht nieuws. In deze crew zal je geen Brad Pitt of George Clooney aantreffen. Zij blijven liever in Oceans team, en hebben liefst van al zo min mogelijk te maken met de gevaarlijke Ralstonia crew. Maar wat is de functie van de Ralstonia crew precies? Om eerlijk te zijn, weten we dat tot op vandaag nog steeds niet goed, en dat is ook de basis van mijn onderzoek geweest. Wat we wel weten, is dat de crew bestaat uit meer dan 100 verschillende bendeleden: eiwitten, ook wel effectors genoemd, die de plantencel ongezien kunnen infiltreren. Ze kunnen met gemak de celwand van de plant overbruggen dankzij een gesofisticeerd injectiesysteem, het type 3 secretiesysteem. Het is alsof een tunnel gegraven wordt tot in de kluis van de bank, waardoor de effectors binnensluipen.

Het algemeen doel van de effector crew is ook gekend: de plantencel onschadelijk maken, en het liefst van al zoveel mogelijk buit vrijmaken voor de big chief, Ralstonia. Dat doen de effectors onder andere door met planteneiwitten te binden en hun functie aan te passen. Het in kaart brengen van eiwit-eiwit interacties tussen bacterie en plant is dus van belang om de functie van de verschillende bendeleden te achterhalen. In mijn onderzoek heb ik een trucje toegepast om hun functie te weten te komen: ik heb enkele effectors voorzien van een soort tracker waarmee ik hun activiteit kon volgen en vooral bij welke planteneiwitten ze in de buurt komen. Meer bepaald werd de effector tot expressie gebracht in tomatenwortels, en kon ik dankzij deze methode (beter gekend als BioID) de tomateneiwitten identificeren die zich in de nabijheid van de effector bevinden. Dankzij deze resultaten konden we de mogelijke functie van Ralstonia effectors in de tomatencel ophelderen.

Zo ben ik te weten gekomen dat één effector vermoedelijk een interactie aangaat met tomateneiwitten aan het celmembraan betrokken in immuniteit. Het is alsof de effector de bewakingscamera’s hackt zodat de camerabeelden nooit tot bij de bankdirecteur (de celkern) geraken, en Ralstonia ongestoord zijn gang kan gaan. Een andere effector zou het communicatiesysteem van de plant uitschakelen. De plant gebruikt namelijk een soort communicatiesysteem waarbij blaasjes die verschillende stoffen bevatten van de ene kant van de cel naar de andere gestuurd worden, een proces dat ook belangrijk is tijdens een aanval van buitenaf. Deze effector zou met dit proces interfereren, met een effect alsof de walkie-talkies plots niet meer functioneren en er niet goed meer gereageerd kan worden op de indringer.

Er is nog veel onderzoek en speurwerk nodig om te achterhalen wat alle bendeleden van Ralstonia uitvoeren, maar dankzij dit onderzoek zetten we al een stap in de goede richting. Uiteindelijk hopen we de strategie van Ralstonia zo goed te begrijpen dat we de verschillende planten gevoelig voor deze ziekte van nature uit beter kunnen beschermen en Ralstonia geen kans meer heeft. Neem notities, Hollywood, want dit spannend verhaal is nog niet afgelopen. Misschien neem ikzelf wel de filmrechten op Ralstonia: the movie…?

Vond je deze blog interessant en kom je graag meer te weten over Ralstonia, of over andere impactvolle micro-organismen?
Luister dan zeker naar de podcast De Microcast, waar onder andere dit onderzoek besproken wordt in Jorens PhD special.