Reuzenkakkerlakken staan bekend om hun smerige lucht. Aan de Nijmeegse biologiefaculteit hebben ze er duizenden. “Ik ga niet zonder gasmasker de kweekruimte in,” zegt evolutionair microbioloog Johannes Hackstein. “Een kakkerlak die zich bedreigd voelt, begint namelijk vreselijk te stinken. Kun je nagaan wat er gebeurt als je er een uit een bak vol soortgenoten probeert te halen.”

Hackstein en zijn collega’s kweken de kakkerlakken omdat ze hun darmen nodig hebben. Want daarin leven bijzondere beestjes: pantoffeldiertjes, die helpen bij de vertering van voedsel. Nyctotherus ovalis heten ze voluit. Eigenlijk zijn het eencelligen. Maar die ene cel barst wel van de inwonende micro-organismen. Meer dan tienduizend methaanbacteriën leven er in het binnenste van ieder pantoffeldiertje, plus een paar honderd bacterieachtige bewoners die waterstof produceren. Vooral die waterstofproducenten, de hydrogenosomen, vinden de Nijmeegse biologen interessant. In Nature van 3 maart doen ze uit de doeken hoe die in elkaar zitten.

“We hebben nu aangetoond dat ze verwant zijn aan mitochondriën, de energiefabriekjes die in onze eigen cellen de verbranding van suikers voor hun rekening nemen,” vertelt Hackstein. “Mitochondriën stammen af van een bacterie die meer dan twee miljard jaar geleden terechtkwam in de voorvader van alle organismen met een celkern. Vanaf dat moment zijn ze samen verder geëvolueerd.”

Voor verbranding, zoals dat in gewone mitochondriën gebeurt, is zuurstof nodig. Maar dat ontbreekt in de kakkerlakkendarm. Wie daar toch wil leven, moet dus een ander proces gebruiken om energie te produceren. De hydrogenosomen in het pantoffeldiertje doen dat op een manier waarbij waterstofgas als afval vrijkomt. Het waterstof wordt onmiddellijk opgenomen door de methaanbacteriën, die het verbruiken in een reactie die energie oplevert, met methaan als bijproduct. Dat is het gas waaruit winden en boeren voornamelijk bestaan. Ook die van kakkerlakken.

Het bestaan van waterstoffabriekjes in cellen is niet nieuw voor de wetenschap. Dat werd al in 1973 ontdekt. De eencellige Trichomonas vaginalis, veroorzaker van een geslachtsziekte, heeft ze bijvoorbeeld. Hackstein: “Maar dat zijn kleine bolletjes zonder DNA erin, die niet op bacteriën lijken. De hydrogenosomen die wij hebben gevonden, zijn totaal anders. Er zit DNA in, en uit de analyse daarvan bleek wat we al dachten: dit zijn omgebouwde mitochondriën.”

Het hydrogenosoom stamt dus af van de mitochondriën. Maar er was iets raars aan de hand. Het heeft extra genen. Die heeft het gestolen van bacteriën, denkt Hackstein: “Het eiwit waarmee waterstofgas wordt gemaakt, bestaat uit drie onderdelen, en die lijken van verschillende bacteriën afkomstig te zijn. Het DNA om ze te kunnen maken heeft het hydrogenosoom blijkbaar in de loop van de evolutie opgepikt en ingebouwd in zijn eigen systeem. Het pantoffeldiertje kan dankzij die aanpassing overleven zonder zuurstof.”

Hoe krijgen de onderzoekers hun pantoffeldiertjes eigenlijk te pakken? “Tja, dat is een lastig karweitje. Ze zijn moeilijk buiten de darmen van kakkerlakken te kweken, dus we doen het zo: je vangt een kakkerlak en haalt de darm er voorzichtig uit. Het achterste deel, waar de pantoffeldiertjes in zitten, maak je open en je zet er een beetje stroom op. De pantoffeldiertjes zwemmen daardoor allemaal naar één kant, en dan kun je ze met een pipetje opzuigen.” De kakkerlak overleeft de hele operatie natuurlijk niet. Alle reden dus om het op een stinken te zetten als er weer een onderzoeker binnenkomt.

Elmar Veerman

Brigitte Boxma e.a.: “An anaerobic mitochondrion that produces hydrogen”, Nature, 3 maart 2005