Sporen van de parasiet Henneguya salminicola, die geen mitochondriaal DNA heeft en geen zuurstof ademt.
Stephen Douglas Atkinson

Onderzoekers ontdekken een dier dat geen zuurstof ademt

Een internationaal team van onderzoekers heeft een meercellig dier ontdekt dat geen zuurstof ademt. Het gaat om een parasiet die behoort tot de stam van de Myxozoa en die Henneguya salminicola heet. De parasiet heeft geen mitochondriaal DNA en zijn mitochondriën zijn niet meer functioneel. Mitochondriën zijn de energiefabriekjes van de cellen die zuurstof gebruiken om energie te produceren.

Henneguya salminicola is een piepkleine parasiet die uit slechts 10 cellen bestaat en leeft in de spieren van zalmen. Het dier behoort tot de Myxozoa, een stam van microscopische parasieten die afstammen van de neteldieren, dieren zoals kwallen en koraalpoliepen. 

De Myxozoa hebben veel aandacht van onderzoekers gekregen, omdat ze vaak commercieel interessante vissen infecteren zoals forel en zalm. Veel Myxozoa hebben twee verschillende gastheren, een vis en een worm of een mosdiertje. Dat is ook het geval bij Henneguya salminicola, die een worm en zalmen als gastheren heeft. 

Het genoom - het geheel van het genetisch materiaal - van de parasiet werd onderzocht door een team onder leiding professor Dorothee Huchon van de Tel Aviv Universiteit (TAU). Dat gebeurde in het kader van een groter onderzoek naar de genomen van Myxozoa-visparasieten, waaraan ook onderzoekers van de University of Kansas, de Oregon State University en de Université de Montréal deelnamen. 

Fluorescentiemicroscopische opname van sporen van de parasiet Henneguya salminicola. De fluorescerende kleurstof is doorgedrongen in de membranen en de kernen van de sporen, en de opname bevestigt dat er geen mitochondriaal DNA aanwezig is.
Stephen Douglas Atkinson

Toevallige ontdekking

De anaerobe - in staat zonder zuurstof te leven - aard van Henneguya salminicola was een toevallige ontdekking. Terwijl ze het genoom van de parasiet aan het samenstellen was, ontdekte professor Huchon dat er geen mitochondriaal genoom aanwezig was. 

De mitochondriën zijn de energiefabriekjes van de cellen, die voedingstoffen verbranden - verbinden met zuurstof - om energie te produceren, en ze hebben zowel het 'normale' genoom dat in de rest van de cellen gevonden wordt als hun eigen genoom, mitochondriaal DNA dat enkel langs de kant van de moeder wordt doorgegeven. 

Om zeker te zijn van de verrassende ontdekking, gebruikten de onderzoekers dezelfde methodes om het genoom van een nauw verwant lid van de Myxozoa te onderzoeken, Myxobolus squamalis, en daar vonden ze wel degelijk een mitochondriaal genoom.

De afwezigheid van dat mitochondriaal DNA wees erop dat het dier geen zuurstof ademde. Uit verder onderzoek bleek ook dat uit het gewone genoom in de celkern bijna alle genen verdwenen waren die betrokken waren bij de transcriptie en de replicatie van het mitochondriaal genoom, genen dus die moeten zorgen voor de vermenigvuldiging van de mitochondriën. 

Doorsnede van een mitochondrion. De lange strengen zijn DNA.

Ademhaling bij dieren toch niet alomtegenwoordig

Tot deze nieuwe ontdekking was er discussie over de mogelijkheid of organismen die behoren tot het rijk der dieren, zouden kunnen overleven in anaerobe omgevingen - omgevingen zonder zuurstof. 

De veronderstelling dat alle dieren zuurstof ademen, was onder meer gebaseerd op het feit dat dieren meercellige, sterk ontwikkelde organismen zijn, die voor het eerst op aarde verschenen toen de zuurstofniveaus aan het stijgen waren. 

"Gedacht werd dat aerobische ademhaling alomtegenwoordig was bij dieren, maar nu hebben we bevestigd dat dit niet het geval is", zei Huchon. "Onze ontdekking toont dat evolutie vreemde richtingen kan uitgaan. Aerobische ademhaling is een zeer belangrijke bron van energie, en toch hebben we een dier gevonden dat dit essentiële proces heeft opgegeven." 

Sommige andere organismen hebben in de loop van de tijd in anaerobe omgevingen het vermogen om te ademen verloren. Dat is bijvoorbeeld het geval bij bepaalde afstammingslijnen bij fungi - zwammen en schimmels -, amoeben en ciliophora - trilhaardiertjes, eencelligen die geen diertjes zijn ondanks hun Nederlandse naam. De nieuwe studie toont nu aan dat hetzelfde kan gebeuren bij een dier - mogelijk omdat de parasiet leeft in een anaerobe omgeving.

Een fluorescentie micrografie toont normaal DNA uit de celkern (de oplichtende ronde cirkels) van Henneguya salminicola. Het beeld toont dat er geen mitochondriën aanwezig zijn, die zouden zichtbaar zijn als veel kleine blauwe stippen in de buurt van de grotere cirkels.
Stephen Douglas Atkinson

Groot belang voor evolutionair onderzoek

"Het is nog niet duidelijk hoe de parasiet energie opwekt", zei Dorothee Huchon. "Mogelijk onttrekt het die aan de omringende cellen van de vis, of het zou een ander type van ademhaling kunnen hebben zoals zuurstofloze ademhaling, die normaal gezien kenmerkend is voor anaerobe organismen die geen dieren zijn. "

Volgens professor Huchon is de ontdekking enorm belangrijk voor het evolutionair onderzoek. 

"Algemeen wordt aangenomen dat organismen in de loop van hun evolutie meer en meer complex worden en dat eencellige organismen of organismen met weinig cellen de voorouders zijn van complexe organismen", zei ze. "Maar hier, recht voor onze neus, is er een dier waarvan het evolutionaire proces het omgekeerde is. Levend in een omgeving zonder zuurstof, heeft het overbodige genen die verantwoordelijk zijn voor de aerobische ademhaling laten vallen en is het een zelfs nog eenvoudiger organisme geworden." 

De studie van het team van de Tel Aviv Universiteit en de onderzoekers van de University of Kansas, de Oregon State University en de Université de Montréal is gepubliceerd in Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).  Dit artikel is gebaseerd op een persbericht van de Tel Aviv Universiteit.

Sporen van de parasiet Henneguya salminicola.
Stephen Douglas Atkinson