Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek

Persbericht 26 november 2009, EMBARGO tot donderdag 26 november 19.00 uur

Simpelste bacterie op celniveau ontrafeld
Serie van drie Sciencepublicaties werpt licht op basis van de biologie

Zelfs de meest eenvoudige cel blijkt veel complexer dan onderzoekers dachten. In een serie van drie artikelen in Science geven onderzoekers, waaronder Rubiconwinnaar Vera van Noort, voor het eerst een compleet beeld van een enkele cel. De studie levert belangrijke nieuwe inzichten in de bacteriële biologie. Zo blijken prokaryoten - organismen met cellen zonder celkern - meer te lijken op eukaryoten. Zonder dit soort fundamentele kennis over de werking van afzonderlijke cellen is het onmogelijk om biologie op het kleinste niveau te kunnen begrijpen.

Als voorbeeldcel namen de onderzoekers Mycoplasma pneumoniae, een kleine bacterie die bestaat uit één enkele cel. Bij mensen veroorzaakt de bacterie atypische longontsteking. Het is een van de kleinste prokaryoten die zich kan vermenigvuldigen zonder het celmechanisme van een gastheer te gebruiken.

Uniek aan het onderzoek van Van Noort en haar collega's is dat zij de functie van de cel op verschillende niveaus hebben bekeken. De niveaus waren wel eerder apart bestudeerd maar nu worden die niveaus voor het eerst samengebracht. Het op deze manier bestuderen van biologische systemen - als een geheel - vormt de basis van de systeembiologie. Daarbij worden vragen gesteld over bijvoorbeeld de moleculaire anatomie van een cel om zo het functioneren van een organisme als geheel te doorgronden.

Onverwacht ingewikkeld
De bacterie bleek veel complexer in elkaar te zitten dan gedacht. De onderzoekers bestudeerden het proteoom, de concentratie van bepaalde eiwitten in de cel, en het metaboloom, de concentratie van stofjes die er voor zorgen dat de eiwitten hun werk kunnen doen. Op deze twee verschillende niveaus bleken veel moleculen meerdere functies te hebben. De metabolische enzymen veroorzaakten bijvoorbeeld meerdere niet-gerelateerde reacties. Ook waren de eiwitten uit het proteoom vaak in meer dan één eiwitcomplex actief. De bacterie bleek eiwitcomplexen, die verantwoordelijk zijn voor het celmechanisme van twee opeenvolgende stappen in een biologisch proces, fysiek aan elkaar te koppelen.

Opmerkelijk is dat de regulatie van het transcriptoom - de verzameling RNA die zorgt voor het kopiëren van genetische informatie die is opgeslagen in het DNA - veel meer lijkt op dat van eukaryoten dan voorheen werd gedacht. Een groot deel van de transcripten die het DNA van de bacterie produceert, wordt net als bij eukaryoten niet vertaald in eiwitten. Bij de prokaryoten horen onder andere eenvoudige levenssoorten zoals bacteriën. Voorbeelden van eukaryoten daarentegen zijn hogere organismen zoals planten en zoogdieren. Daarom kozen de onderzoekers deze bacterie: hij is complex genoeg om zelfstandig te kunnen overleven maar toch klein en eenvoudig genoeg om als geschikt voorbeeld van een enkele cel te dienen.

Klein maar fijn
Een andere verrassende uitkomst van het onderzoek is dat de bacterie, ondanks haar heel kleine genoom, heel flexibel is: zij past haar metabolisme aan grote veranderingen in haar omgeving aan. Deze bacterie heeft dus de mogelijkheid om zich snel aan te passen aan beschikbare voedingsstoffen en stressfactoren, net zoals de meer ontwikkelde eukaryoten.

Onderzoeksmethode
Verschillende onderzoeksgroepen keken op drie niveaus naar de cel. Een team beschreef het transcriptoom van de bacterie, en identificeerde alle RNA-moleculen (transcripten) die door het DNA waren gemaakt, in wisselende omstandigheden. DNA levert via RNA uiteindelijk de eiwitten. Een ander team stelde alle metabolische reacties in de cel vast, ofwel het metaboloom. Een derde team identificeerde ieder multi-eiwitcomplex dat de bacterie produceerde, en stelde zo het proteoom vast.

Rubicon
Rubicon biedt recent gepromoveerde wetenschappers de mogelijkheid ervaring op te doen aan een buitenlands topinstituut of aan een excellent Nederlands onderzoeksinstituut. Dit onderzoek voerde Vera van Noort uit aan het Europees Moleculair Biologisch Laboratorium (EMBL) in Heidelberg. Ze is hoofdauteur van een van de artikelen in Science en medeauteur van de twee bijbehorende artikelen.

Over NWO
NWO is dé nationale wetenschapsfinancier en heeft tot taak het wetenschappelijke onderzoek in Nederland te laten excelleren via nationale competitie. Jaarlijks geeft NWO ruim 700 miljoen euro uit aan subsidies voor toponderzoek en toponderzoekers, vernieuwende instrumenten en apparatuur, en aan instituten waar toponderzoek wordt bedreven. NWO financiert het onderzoek van ruim 5300 getalenteerde wetenschappers aan universiteiten en instellingen. Selectie door middel van peer review is in handen van onafhankelijke deskundigen. NWO bevordert de overdracht van kennis naar de maatschappij.


---