Een methaanetende micro-organisme die niet geïsoleerd kan worden
Micro-organismen voeren indrukwekkende chemische reacties uit. Ze breken biologisch materiaal af, maken vervuilde omgevingen schoner en spelen een rol in de kringlopen van stoffen op aarde. Een bijzondere groep zijn de anaerobe methanotrofen: micro-organismen die methaan afbreken zonder dat er zuurstof bij nodig is. Omdat methaan een sterk broeikasgas is, kunnen deze micro-organismen een rol spelen in het terugdringen van de klimaatverandering.
Het is moeilijk om deze micro-organismen te bestuderen, want ze kunnen niet apart gekweekt worden. Ze leven alleen samen met andere micro-organismen. In zo'n gemengde groep micro-organismen ontdekten Radboud-onderzoeker Martijn Wissink en zijn collega's een nieuw eiwit dat ijzer inkapselt. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Communications Biology.
Mysterieuze roze kristallen
Het onderzoek begon in een bioreactor aan de Radboud Universiteit, waar een groep micro-organismen methaan afbrak zonder zuurstof. De cellen werden opgestuurd naar het Max Planck Instituut voor Mariene Microbiologie in Bremen, waar wetenschappers de processen achter de methaanafbraak wilden begrijpen. Ze braken de cellen open en scheidden de eiwitten van elkaar. Daarbij zagen ze een opvallende roze kleur.
'We verwachtten deze kleur, want we wisten dat het organisme gebruikmaakte van hemen: ringvormige moleculen met ijzer die aan eiwitten binden en een rol spelen bij de ademhaling,' zegt Martijn Wissink, eerste auteur van het artikel. 'Maar we waren verrast dat de roze kleur in zoveel verschillende eiwitten zat.' De onderzoekers in Bremen pakten daarom een van de roze eiwitten apart en maakten er kristallen van, zodat ze de driedimensionale vorm konden bepalen. Ondertussen probeerden de onderzoekers van de Radboud Universiteit te achterhalen wat het eiwit precies was – maar de functie ervan bleef onduidelijk.
Een kooi van ijzer en hemen
Met röntgenstralen van de Europese Synchrotronstralingsfaciliteit ontrafelde het team de structuur van het eiwit. Op het eerste gezicht leek het op ferritine, een bekend eiwit dat ijzer opslaat. Maar er bleek een belangrijk verschil: er zat een heem in. Gewone bacterioferritinen bestaan uit 24 kopieën van hetzelfde eiwit die samen een grote structuur vormen. Dit nieuwe eiwit bestaat uit slechts 12 kopieën en vormt daarmee een kleinere, compacte kooi – een volledig nieuwe opbouw. De onderzoekers noemden het daarom "mini-bacterioferritine".
In samenwerking met het Institut de Biologie Structurale in Grenoble, Frankrijk, onderzochten de Radboud-wetenschappers het eiwit verder. Ze bekeken het heem, de manier waarop het eiwit ijzer opneemt en hoe het reageert in aanwezigheid van zuurstof. Al deze kenmerken lijken op die van gewone bacterioferritinen.
Een wijdverspreid eiwit met onbekende functies
Ook na dit onderzoek weten de wetenschappers nog niet precies waarvoor het eiwit dient. 'Er is zo veel mini-bacterioferritine aanwezig in de methanotrofen dat het waarschijnlijk meer doet dan alleen ijzer opslaan of de cel beschermen tegen schade door zuurstof,' zegt Cornelia Welte, die het onderzoek mede leidde. 'We moeten verder zoeken naar de echte functie, zowel in methanotrofen als in andere micro-organismen.'
Uit analyse van genetisch materiaal blijkt bovendien dat mini-bacterioferritinen niet alleen voorkomen bij methanotrofen. Ze zijn bij veel meer micro-organismen te vinden, maar zijn tot nu toe niet opgemerkt. 'Het feit dat zo'n veelvoorkomend eiwit nu pas ontdekt is, laat zien hoeveel we nog niet weten over eiwitten van micro-organismen,' zeggen co-auteurs Olivier Lemaire en Mélissa Belhamri van het Institut de Biologie Structurale.
De ontdekking laat zien dat er nog veel verborgen zit in de wereld van micro-organismen en dat het de moeite waard is om die te blijven onderzoeken, voor zowel de wetenschap als de industrie.
Header image above: Crystals of the mini-bacterioferritin. (© T. Wagner/Max Planck Institute for Marine Microbiology)
