Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek
17 december 2009
Supergist blijkt eersteklas penicillinefabriek
Hansenula polymorpha krijgt nieuw genenpakket
Onderzoekers van NWO hebben de gist Hansenula polymorpha omgebouwd tot een eersteklas penicillinefabriek. Penicilline is nog steeds een van de meest gebruikte antibiotica ter wereld. Het geneesmiddel wordt echter geproduceerd door een schimmel, waardoor grootschalige productie niet eenvoudig is. Met de gist kan penicilline in de toekomst makkelijker én duurzamer geproduceerd worden. Het tijdschrift PLoS ONE publiceerde onlangs de resultaten van het onderzoek.
De gist H. polymorpha wordt al volop gebruikt voor medicijnen als insuline en hepatitis-B-vaccins. Promovendus Loknath Gidijala heeft de eencellige schimmel echter zó om weten te bouwen, dat hij het veelgebruikte penicilline kan maken. Dit lukte hem door genen uit Penicillium chrysogenum, de schimmel die van nature penicilline afscheidt, over te zetten naar H. polymorpha. De cel bleek na overplaatsing van die genen niet alleen penicilline te produceren maar kon de stof ook heel efficiënt uitscheiden. De onderzoekers hoefden dus geen ingewikkelde trucs meer toe te passen om de penicilline uit de gist te krijgen.
Genetisch wonder
Om penicilline te kunnen produceren zijn bepaalde enzymen nodig. Die zitten wel van nature in Penicillium chrysogenum, maar niet in het bescheiden gistje H. polymorpha. De onderzoekers plaatsten daarom genen in de gist die coderen voor die noodzakelijke enzymen. Loknath Gidijala plaatste echter niet een paar losse genen over maar een hele 'biochemische route' van genen die elkaars werking beïnvloeden. Het is voor het eerst dat deze hele route vanuit Penicillium chrysogenum wordt gekopieerd.
Om het gepuzzel nog wat uitdagender te maken, moest de biochemische route niet in één deel van de cel aan het werk, maar in verschillende onderdelen: de eerste stappen moesten gebeuren in het cytosol, de vloeistof waarin alle celorganen drijven, en de twee andere in de zogeheten peroxisomen, rugbybalvormige celorganen die specifieke spijsverteringsprocessen van de cel verzorgen. In H. polymorpha bleken de enzymen die naar een specifieke plaats moesten, dit echter vanzelf te doen, waarna het eindproduct er ook weer vanzelf uit kwam.
Proppen met peptiden
Hoewel de resultaten van het onderzoek van Gidijala erg veelbelovend zijn, scheelde het niet veel of de resultaten waren er nooit geweest. Voor een van de allereerste stappen moest er een nogal groot eiwit - een zogeheten non-ribosomal peptide synthetase - in het kleine gistje geproduceerd worden. Zulke eiwitten zitten in schimmels en bacteriën, maar niet in gisten. Aanvankelijk bleek het eiwit in de gist dan ook niet actief te zijn. Maar door een extra enzym aan het eiwit te koppelen, kregen Gidijala en zijn collega's het eiwit toch in beweging. Deze techniek biedt veel mogelijkheden voor de productie van andere medicijnen.
Duurzame en nieuwe antibiotica
Omdat gisten gemakkelijker zijn te kweken en genetisch te veranderen dan schimmels, kunnen in de toekomst waarschijnlijk goedkopere en nieuwe antibiotica door gisten worden geproduceerd. Bovendien is penicilline van H. polymorpha zuinig te produceren: het groeit prima op goedkope biobrandstoffen als methanol.
B-BASIC
Het onderzoek van Loknath Gidijala en zijn collega's maakt onderdeel uit van B-BASIC. B-BASIC (Bio-based Sustainable Industrial Chemistry) is een NWO-ACTS researchconsortium waarin Nederlandse universiteiten, onderzoeksinstellingen en de industrie samenwerken. Het programma richt zich op de ontwikkeling van nieuwe concepten voor de duurzame productie van energie en chemicaliën. De door B-BASIC gegenereerde technologieën bieden grote voordelen voor de maatschappij zoals schonere productie, recycling van afval en een betere concurrentiepositie. Binnen dit project werd samengewerkt met DSM, wereldmarktleider in penicillineproductie. De onderzoeksgroep wordt geleid door Ida van der Klei. Het
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.