‘Ammoniumantenne’ van anammoxbacterie ontdekt

Foto:

Anammoxbacteriën kunnen zonder zuurstof te gebruiken ammonium ‘opeten’ en zo afvalwater zuiveren Maar hoe weten ze die ammonium te vinden? Microbiologen van de Radboud Universiteit hebben nu, samen met specialisten in Freiburg, het eiwit gevonden dat de anammoxbacteriën gebruiken om ammonium waar te nemen en vervolgens naar binnen te halen. Zij publiceren hun bevindingen op 11 januari in Nature Communications.

In afvalwaterzuiveringsinstallaties op de hele wereld worden met behulp van anammox stikstofverbindingen  uit drinkwater verwijderd. Deze stikstofverbindingen zijn schadelijk voor mensen: te veel ammonium kan leiden tot hersen- en nierschade.

Anammox is een afkorting van anaerobe ammonium-oxiderende bacteriën. Die bacteriën kunnen zonder zuurstof ammonium omzetten in stikstofgas. Tot nu toe was onbekend hoe de bacteriën precies ammonium herkennen. Hoogleraar Microbiologie Mike Jetten: ‘Anammoxbacteriën hebben ammonium nodig voor overleving, maar het is niet altijd voorradig. Hoe weten de bacteriën waar en hoeveel ammonium er is? Dat hebben we uitgezocht.’

Anammox bacterie

Fig. 1 Een anammoxbacterie

Vijf genen voor herkenning en opname  ammonium

De microbiologen van de Radboud Universiteit hebben eerder al het genoom van de bacteriën  in kaart gebracht, de blauwdruk was dus bekend. Maar welke genen zijn betrokken bij het herkennen van ammonium aan de buitenkant van de cel en bij het opnemen van ammonium in de cel?
Om dat uit te zoeken, zochten de microbiologen contact met specialisten van de Universiteit van Freiburg. Zij ontwikkelden meetmethodes om te bekijken welke genen het hoogst tot expressie komen en de functie van het bijbehorende eiwit aan te tonen. Vijf genen van de anammoxbacterie vielen op. Jetten: ‘Deze vijf genen zagen er anders uit dan we gewend waren. Dat het vijf genen betreft, geeft wel aan dat het een ingewikkeld maar belangrijk proces is voor de bacterie. Nog nooit hebben we in een organisme gevonden dat het zo veel genen nodig heeft om ammonium naar binnen te pompen.’

Antenne voor ammonium

Het gen dat als hoogste tot expressie kwam, werd uitgekozen om in detail te onderzoeken. Uit het onderzoek blijkt nu het bijbehorende eiwit van dit gen de antenne van de anammoxbacterie te zijn. ‘Het eiwit voelt aan de buitenkant of er ammonium aanwezig is in het milieu. Hij bindt het ammonium en brengt een cascade van andere eiwitten in werking waarmee de bacterie uiteindelijk ammonium naar binnen slurpt’, vertelt Jetten.
De identificatie van het eiwit is het resultaat van tien jaar onderzoek. Jetten: ‘We hebben nu in kaart gebracht hoe deze antenne er precies uit ziet en werkt. De antenne lijkt namelijk erg op de eiwitten die ammonium naar binnen slurpen, de ammoniumtransporters. Daarom denken we dat de anammoxbacterie in de evolutie een van zijn ammoniumtransporters heeft opgeofferd en daarvan een antenne om ammonium te herkennen heeft gemaakt.’

Structuur van antenne-eiwit anammox

Fig. 2 De structuur van het antenne-eiwit PDB-6EU6

Vervolg: hoe leidt het signaal tot actie

Nu de onderzoekers weten met welk eiwit de bacterie ammonium waarneemt, begrijpen ze beter hoe de anammoxbacterie zo goed is in competitie met andere bacteriën. ‘Met dit eiwit zijn ze altijd op de plek te vinden waar veel ammonium in het milieu zit.’
De onderzoekers gaan nu bekijken hoe het signaal dat er ammonium aanwezig is aan de buitenkant van de cel wordt doorgegeven aan de andere eiwitten om ammonium naar binnen te slurpen. Want waar zitten die eiwitten precies? ‘Als je een antenne hebt, verwacht je dat deze aan de buitenkant van de cel zit. Dat willen we nu gaan aantonen met behulp van antilichamen tegen dit eiwit.’ Daarnaast gaan de onderzoekers ook de andere vier genen betrokken bij de opname van ammonium tot in detail bestuderen.

Publicatie

Tobias Pflüger, Camila F. Hernández, Philipp Lewe, Fabian Frank, Haydyn Mertens, Dmitri Svergun, Manfred W. Baumstark, Vladimir Y. Lunin, Mike S.M. Jetten & Susana L.A. Andrade. Nature Communications.

Meer weten? Neem contact op met

Bron: Radboud Universiteit