Als kind op het Waalse platteland had microbioloog Anne-Catherine Ahn een aquarium. Ze begreep al snel dat de stikstofcyclus doorslaggevend was voor het in leven blijven van haar vissen. Een heel ecosysteem bleek afhankelijk van de juiste waarden van bepaalde voedingsstoffen. Datzelfde principe paste ze toe in haar proefschrift. In sodameren op de meest dorre plekken ter wereld leeft een grote diversiteit aan micro-organismen onder extreme omstandigheden. Veel bacteriestammen zijn nog nauwelijks in kaart gebracht.
Ahn promoveerde op 4 november 2021 in de Agnietenkapel aan de UvA.
‘Een sodameer is een meer met een zeer hoge concentratie sodium carbonaat en bicarbonaat (ook wel zuiveringszout of baksoda). In een zoutmeer, zoals bijvoorbeeld de Kaspische Zee, zit voornamelijk sodium chloride (ook wel keukenzout). Sodameren liggen vaak in warme regio’s met veel verdamping, waardoor de zoutconcentratie heel hoog wordt. Denk bijvoorbeeld aan Lake Natron in Kenia of Mono Lake in Californië. De hoge carbonaatconcentratie maakt een buffer met de omgeving, zodat het meer een stabiele en hoge pH-waarde krijgt.’
‘Het is een extreme omgeving, met een lage zuurgraad en een hoge zoutconcentratie. Afhankelijk van de locatie kan de uv-straling intens zijn en de temperatuurverschillen enorm. In sodameren in Siberië kan het in de winter 30 graden onder nul worden, en in de zomer 30 graden boven nul. Je zou verwachten dat er weinig diversiteit is aan micro-organismen, maar dat is niet het geval. Als het zoutgehalte niet te hoog wordt, leven er ontzettend veel bacteriën.’
‘Ik heb de genetische diversiteit van het bacteriëngeslacht Thioalkalivibrio onderzocht. Er zijn slechts tien soorten van deze zwaveloxiderende bacteriën in het wild beschreven, maar er zijn er al meer dan honderd gekweekt. Van deze kweeksoorten wisten we nog niet hoe ze reageren op de extreme omstandigheden van een sodameer. In het lab heb ik bacteriestammen blootgesteld aan verschillende van die omstandigheden.’
‘Verschillende leden van de bacteriefamilie hebben uiteenlopende eigenschappen. Sommige kunnen zware metalen gedeeltelijk ontgiften, zoals het zeer giftige arseniet omzetten naar het iets minder giftige arsenaat. Andere zijn resistent voor antibiotica en weer andere kunnen lage temperaturen weerstaan. Bij een hoge concentratie zout ontstaat er een drukverschil tussen het water binnenin en buiten de cel. Het water wil uit de celkern om die druk te verlagen. Iets vergelijkbaars gebeurt bij lage temperaturen, omdat het water in de cel dan bevriest. Sommige bacteriën produceren verbindingen die dit tegengaan en de eiwitten in de cel beschermen.’
‘De hele gemeenschap van micro-organismen in een sodameer werkt samen in de cyclus van voedingsstoffen, zoals zwavel, koolstof en stikstof. Het bijproduct van de bacteriestam die arsenicum oxideert, is bijvoorbeeld weer voedsel voor een andere stam. Veel bacteriën en algen halen koolstof uit de lucht en maken het beschikbaar voor de andere micro-organismen. Zo wordt een sodameer zelf ook een voedingsbron. Het Nakurumeer in Kenia is beroemd vanwege de flamingo’s die zich voeden met de algen in het water.’
‘Mijn onderzoek was voornamelijk fundamenteel, maar veel van de bacteriën die ik heb onderzocht worden al gebruikt in bioreactoren, bijvoorbeeld voor het zuiveren van rioolwater. De Thioalkalivibrio-bacteriën kunnen het giftige sulfide oxideren tot zwavel, dat in kunstmest wordt verwerkt. En als je nog verder vooruit denkt, zou je genen kunnen toevoegen aan de bacteriën, zodat ze beter bestand zijn tegen stressoren in de bioreactoren.’
‘Voor mij was het eerlijk gezegd wel prettig, omdat er weinig afleiding was. Ik had het onderzoek al gedaan en moest alleen nog schrijven. Tijdens de eerste lockdown heb ik in zes weken de inleiding gemaakt. Voor de mensen die toen hun onderzoek moesten doen, was het veel vervelender. Zij konden het lab niet in.’