Als de glucose in een kweekmedium opraakt, schakelt slechts een deel van de populatie L. lactis over op de alternatieve energiebron cellobiose. Dit verschil in respons van de twee subpopulaties biedt een evolutionair voordeel: de kolonie spreidt zijn risico en is daarmee voorbereid op wisselende omstandigheden. Dat onthullen Groningse onderzoekers in PNAS.

Tot nu toe werd aangenomen dat tijdens de zogeheten diauxische ‘lag-phase’, waarin de populatie overschakelt op een alternatieve energiebron, de gehele populatie zich enzymatisch aanpast. De Franse biochemicus Jacques Monod bedacht de term diauxie in 1949.

Dat sommige cellen overschakelen op cellobiose en andere niet, komt doordat ze behoren tot twee verschillende fenotypen. Om cellobiose kunnen opnemen en metaboliseren, moet eerst de cellobiosetransporter CelB tot expressie komen. Pcel is de promotor van het gencluster dat codeert voor dat systeem. Als Pcel in L. lactis ‘aan’ staat (Cel⁺)^, kan de cel cellobiose gebruiken en groeien. Cellen waarin Pcel ‘uit’ staat (Cel^-) kunnen dat niet en delen niet. Hoe hoger de beginconcentratie glucose, hoe kleiner het aandeel Cel⁺-cellen.

Zolang glucose aanwezig is in het medium, onderdrukt een mechanisme genaamd carbon catabolite repression (CCR) de expressie van systemen die andere suikers als brandstof gebruiken. Op het moment dat de glucose op raakt, onderdrukt CCR niet langer die alternatieve systemen. Toch maakt maar een deel van de cellen gebruik van de mogelijkheid over te schakelen op een andere energiebron.

Alleen Cel⁺-cellen beschikken op dat moment over de energie die nodig is om te investeren in het cellobiosetransportsysteem en schakelen op tijd over. Cel^- -cellen hebben die energie niet en schieten in een overlevingsmodus door een zogeheten ‘stringente respons’ op te wekken: een beschermingsmechanisme dat energieslurpende processen in de cel remt als die stress ondervindt door veranderende omstandigheden. Cellen hebben maar beperkt de tijd om te kiezen tussen energie-investering en stringente respons.

De cellen met een stringente respons gaan niet dood, maar blijven sluimeren. Als namelijk een andere energiebron dan glucose of cellobiose aan het medium wordt toegevoegd, blijken deze cellen sneller te delen dan de Cel⁺-cellen die het zo goed deden op cellobiose. De reden daarvoor is dat het cellobiosetransportsysteem volledig nutteloos wordt als ook de cellobiose op raakt.

Een genotype dat zowel Cel⁺-cellen als Cel^- -cellen produceert biedt daarom voordeel: het vermindert de variatie in energieniveaus en biedt de populatie de mogelijkheid te blijven doorgroeien als de omstandigheden veranderen.

Bron: PNAS