Entropie helpt bacteriën om hun celdeling netjes te laten verlopen. Wachten tot er een ingewikkeld eiwitsysteem is geëvolueerd, is volgens Amsterdamse onderzoekers nergens voor nodig.

Bij mensen en andere hogere organismen worden tijdens de celdeling de twee kopieën van het DNA uit elkaar getrokken door een ingewikkelde moleculaire machine. Deze ‘mitotische spoel’ bestaat uit lange, stijve ketens en motoreiwitten.

Bacteriën kennen zo’n spoel echter niet. De meeste celbiologen nemen aan dat ook hier een moleculair mechanisme moet bestaan, maar niemand heeft het ooit kunnen waarnemen.

De onderzoekers Bela Mulder en Suckjoon Jun van het FOM-Instituut voor Atoom- en Molecuulfysica (AMOLF) in Amsterdam hebben nu samen met microbioloog Koenraad Woldring (UvA) een alternatief mechanisme bedacht dat geen hulpeiwitten nodig heeft. Hun computersimulaties wijzen uit dat twee DNA-ketens, die opgesloten zitten in een bacterie, spontaan ontmengen en elk een helft van de ruimte in beslag nemen. De drijvende kracht hierbij wordt gevormd door het streven van het systeem naar een maximale entropie. Het lukt alleen als het volume van de bacterie krap genoeg is.

Aanvullende simulaties laten zien dat de entropie tevens zorgt voor een heel aparte ordening van het DNA tijdens de replicatie, wanneer een deel al gedupliceerd is en de rest nog niet.

De onderzoekers publiceren hun resultaten op 15 augustus in PNAS. Recente experimenten met Escherichia coli en Caulobacter crescentus suggereren dat hun simulaties de werkelijkheid inderdaad tamelijk correct weergeven. In de nabije toekomst hopen de onderzoekers een experimentele bevestiging te leveren door bacterieel DNA in microkanalen te duwen en te zien wat er gebeurt..

Als het allemaal klopt, werpt het een nieuw licht op het ontstaan van het leven. Het maakt het immers veel gemakkelijker om een cel te laten evolueren die zichzelf kan delen. Zodra er DNA is ontstaan, ben je al een heel eind. Een ingewikkelder mechanisme met allerlei helpereiwitten kan er dan in een later stadium rustig worden bijbedacht.

bron: persbericht FOM