schimmelkweek

Persbericht

Schimmelkwekende termieten hebben enorm potentieel aan enzymen

Gepubliceerd op
1 oktober 2014

DNA-onderzoek aan schimmelkwekende termieten, hun darmbacteriën en de schimmels die door de termieten gekweekt worden, laat zien dat de samenwerking tussen deze organismen gepaard gaat met enorme diversiteit aan enzymen. Het grote succes van schimmelkwekers in de afbraak van plantenbiomassa is te verklaren door arbeidsverdeling tussen de gekweekte schimmel en de darmbacteriën. De schimmels breken vooral complexe componenten af, de darmbacteriën nemen de eenvoudige componenten voor hun rekening. Een internationaal team van onderzoekers, met ook onderzoekers van Wageningen UR, heeft deze resultaten gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift PNAS.

Schimmelkwekende termieten spelen een belangrijke rol in de koolstofkringloop

Schimmelkwekende termieten spelen de hoofdrol in de afbraak van plantenmateriaal in (sub)tropisch Afrika en zuidoost Azië. In sommige savanne-ecosystemen nemen zij tot wel 90% van de afbraak van al het dode plantenmateriaal voor hun rekening. Ze bereiken een bijna volledige afbraak van plantenmateriaal door gebruik te maken van Termitomyces-schimmels en hun eigen darmbacteriën. Duur Aanen, onderzoeker van Wageningen UR: “We ontdekten dit samenspel door de complete genoomsequentie te analyseren van een termiet, zijn symbiotische schimmel en zijn darmbacteriën, allen afkomstig van één enkele kolonie. Aan de hand van die enorme hoeveelheid informatie over het DNA, konden we heel precies uitzoeken welke enzymen gemaakt kunnen worden door de termieten, schimmels en bacteriën.”

Termieten zijn herkauwers

Termieten beheren hun schimmelkweek in een complex samenspel tussen oudere en jongere werkers (zie figuur 2). Oudere werkers verzamelen plantenmateriaal en brengen dit het nest in. Hier consumeren jonge werkers dit en mengen het in hun darm met schimmelsporen. De mix wordt als een nieuwe laag aangebracht in ondergrondse kweekbedden (Figuur 3). Hier kiemen de sporen en groeit de Termitomyces-schimmel snel door het plantenmateriaal, totdat dit materiaal door de schimmel is verteerd. Daarna eten oude werkers het halfverteerde plantenmateriaal op. In hún darmen maken bacteriën gebruik van de gedeelten, die nog niet verteerd zijn door de schimmel. Op dat moment is bijna al het organisch materiaal verteerd.

Termieten zijn dus ‘herkauwers’, die hun voedsel tweemaal kauwen, de eerste keer als jonge werker die het ruwe plantenmateriaal consumeert, en de tweede maal als oude werker, die het verteerde plantenmateriaal opeet. De jonge werkers eten daarnaast ook de schimmelbolletjes, waaruit zij de eiwitten zelf gebruiken. Met de schimmelsporen, die ze uit de schimmelbolletjes halen, leggen ze nieuwe schimmelkweekbedden aan.

Heel veel genen voor enzymen

Uit de genoomsequenties blijkt dat de Termitomyces-schimmel over de genen voor vrijwel alle enzymen beschikt om de complexe en grote verbindingen te verteren waaruit plantencellen zijn opgebouwd. De bacteriën beschikken over de genen voor enzymen, die geschikt zijn voor de afbraak van simpele organische verbindingen. In totaal zijn maar liefst 86 % van alle bekende families van koolwaterstof-afbrekende enzymen vertegenwoordigd in de symbiose tussen termieten, schimmels en darmbacteriën.

Verder onderzoek tussen schimmel en bacteriën

Hoewel de genoomsequenties nu bekend zijn, zijn er nog vele vragen onbeantwoord. Een belangrijke vraag is bijvoorbeeld op welke momenten de verschillende enzymen worden geproduceerd. Verder kan nu, dankzij de beschikbare genoomsequentie in expressiestudies, in meer detail gekeken worden naar de taakverdeling tussen schimmel en bacteriën in de afbraak van plantenmateriaal.

Bijzondere kolonies

Termietenkolonies worden gesticht door een koningin en een koning, die samen met duizenden anderen eens per seizoen uitvliegen uit een bestaande kolonie. Zodra een individu een partner gevonden heeft, verliezen beide hun vleugels en sluiten zichzelf op in een zogenaamde ‘koninklijke cel’ (Figuur 1). Hier begint het paar eieren te leggen, waaruit werkers komen. Als de kolonie groeit zwelt het achterlijf van de koningin op tot enorme proporties en wordt zij een ware legmachine. Het koninklijk paar kan gedurende enkele decennia leven en gedurende die tijd een kolonie in stand houden die bestaat uit honderdduizenden kortlevende werkers en soldaten die de schimmeltuin beheren. Het koninklijk paar wordt voornamelijk gevoed met schimmelmateriaal. De onderzoekers vonden dan ook dat de darmen van de koningin nauwelijks bacteriën bevatten  die plantenmateriaal afbreken.