Wetenschap - 5 september 2002

Extremofiel uit geiser schakel tussen bacterie en hoger organisme

Extremofiel uit geiser schakel tussen bacterie en hoger organisme

De micro-organismen uit warmwaterbronnen en onderzeese vulkaangebieden hebben een moleculair binnenwerk dat tussen dat van een bacterie en een hoger ontwikkeld organisme in hangt. Dat ontdekte Arjen Brinkman, die als oio onderzocht hoe de ijzersterke microben hun genen gebruiken om eiwitten te maken.

"Vroegen noemden onderzoekers dit soort organismen bacteri?n", zegt Brinkman. "Maar sinds het einde van de jaren zeventig weten we dat de archaea, zoals ze officieel heten, een groep apart vormen, tussen de bacteri?n en de hoger ontwikkelde levensvormen in."

Wageningen is al sinds de jaren tachtig met de archaea bezig. Een populaire is de Pyrococcus furiosus alias de Zinderende Vuurbal, die ook in Brinkmans onderzoek centraal stond. Archaea zijn interessante organismen voor technologen omdat ze gedijen bij de hoge temperaturen waarbij veel industri?le processen zich afspelen. Daarom heten archaea ook wel 'extremofielen'.

Ondanks de interesse in de technologische mogelijkheden was Brinkmans onderzoek fundamenteel. "Ik wilde beter begrijpen hoe archaea functioneren. Maar misschien dat hier later nog een toepassing uit voort komt."

Complex DNA

DNA bevat de instructies voor eiwitten die de cel nodig heeft. Elk gen staat voor een eiwit. "Cellen maken eiwitten alleen aan als ze daaraan behoefte hebben", zegt Brinkman. "Anders verbruiken ze teveel energie en voedingsstoffen. In cellen van hoger ontwikkelde organismen laat een gen pas eiwit aanmaken als er een hele reeks aan moleculaire aan/uit-schakelaars of transcriptiefactoren zijn omgezet. Bacteri?n hebben die schakelaars niet. Extremofielen wel."

Brinkman keek naar een ander genetisch regelmechanisme dan transcriptiefactoren: regulatoren. Regulatoren zijn eiwitjes die aangezette genen harder of zachter kunnen laten werken. De regulator die Brinkman onderzocht was LrpA. "We waren verrast dat we dat eiwit in een extremofiel tegenkwamen. We dachten eigenlijk dat je die stof alleen in bacteri?n kon vinden. We hebben geprobeerd te achterhalen welke genen hij reguleerde. Maar daar zijn we niet achter gekomen."

Wel ontdekte de promovendus dat het regulatoreiwit zijn eigen gen minder hard laat werken. Het was dus in ieder geval een regulator van zijn eigen gen. "En dat was bijzonder", zegt de promovendus. "Zo'n terugkoppeling zie je veel bij bacteri?n maar niet hogere organismen. Het DNA van bacteri?n zweeft als een uitgerold lint door de cel. Daardoor heeft het enzym dat het DNA afleest, het RNA-polymerase, weinig moeite om gen na gen af te tasten. Als het kopieerenzym over de keten heen fietst, kan hij moeiteloos van de ene eiwitbouwtekening doorgaan naar de volgende. Zonder regulatoren die de aanmaak van eiwitten een standje lager zetten, maakt de bacterie kennelijk teveel eiwitten aan."

Bij extremofielen zou je zo'n mechanisme niet verwachten. Daarvoor lijkt de manier waarop de cel DNA omzet in eiwitten teveel op dat van hogere organismen. Bij hogere organismen is het DNA zo lang dat de cel de stukjes die het niet gebruikt oprolt tot klosjes. Het kopieerenzym kan die opgeruimde stukjes niet aflezen. Verder zijn er al zoveel transcriptiefactoren nodig om de genen van het hoger ontwikkelde DNA aan te zetten, dat het terugkoppelingsmechanisme waarschijnlijk niks zou toevoegen. | W.K.

(Arjen Brinkman promoveert op 6 september bij prof. Wim de Vos, hoogleraar Microbiologie.)

Re:ageer