Radboud Universiteit Nijmegen
Twentekanaalbacterie maakt zijn eigen zuurstof voor methaanafbraak
Datum bericht: 25 maart 2010
In het kort
Een bacterie die methaan opneemt als voedsel zonder daarbij zuurstof te gebruiken, baarde in 2006 opzien. Nijmeegse microbiologen vonden de bacterie in de modder van het Twentekanaal. Nu blijkt de microbe zelf zuurstof te produceren, zonder daarvoor licht te gebruiken. Een bijzondere vondst, want de kunst van het zuurstof maken was tot voor kort voorbehouden aan planten en algen. Misschien zijn de onderzoekers zelfs op het spoor van een mechanisme dat al bestond voordat er groene planten op aarde waren. Nature publiceert het nieuws op 25 maart 2010.
Geheimen ontsluierd
Nadat de Nijmeegse microbiologen in het laboratorium van prof. Mike Jetten de bijzondere bacterie in de zuurstofloze modder van het Twentekanaal hadden ontdekt, zijn ze op zoek gegaan naar de geheimen van zijn bijzondere stofwisseling. Hoe kon het organisme zijn energie halen uit de reactie van methaan (CH4) met nitriet (NO2-)? Dat is toch eigenlijk zoiets als onder water een gasfornuis aansteken...
Om hier achter te komen was een groot aantal onderzoeken in samenwerking met instituten in Bremen en Parijs nodig. Het genoom van de Twentekanaalbacterie werd uitgeplozen, de messenger-RNA's werden gevonden, de functionele eiwitten bepaald en meest belangrijk: de activiteit werd gemeten. Jetten: 'Alleen door samen te werken met internationale experts en al deze moderne methoden te combineren is het gelukt om de bacterie te begrijpen.'
Microscoopafbeelding van Methylomirabilis oxyfera, zoals de Twentekanaalbacterie officieel heet
Bekende enzymen
Katharina Ettwig betrapte de bacterie op het maken van zuurstof voordat hij het zelf weer verbruikte
Tot verbazing van de onderzoekers waren de stofwisselingsenzymen van de bacterie helemaal niet spectaculair verschillend van andere bacteriën die wel zuurstof gebruiken. Waarom zouden er zuurstof-gebruikende enzymen aanwezig zijn als de bacterie leeft in een zuurstofloze omgeving?
Promovendus en eerste auteur Katharina Ettwig: 'Op het goede spoor gebracht door discussies onderling en met andere onderzoekers en natuurlijk door goed te meten, begrepen we dat de bacterie wel zuurstof gebruikt. Die maakt hij zelf uit nitriet en hij verbruikt alles ook zelf. Er ontsnapt dus geen zuurstof.'
De Nijmeegenaren ontdekten zo de tweede bacteriesoort die zuurstof kan maken. Jetten: 'Maar de andere die het kan, gebruikt daarvoor chloraten, stoffen die in de natuur uitermate schaars zijn. Methaan en nitriet zijn veel ruimer aanwezig.'
Stokoud
De onderzoekers weten dat de Twentekanaalbacterie op nog veel meer plekken voorkomt waar veel methaan en nitraat is maar geen zuurstof. 'Het huidige onderzoek hebben we gedaan met een modderkweek uit de Ooijpolder, maar sporen van de bacteriën zijn zo'n beetje overal ter wereld gevonden.'
Monsterplaats in de Ooijpolder, een slootje naast een flink bemest perceel
We hebben ons afgevraagd hoe oud het mechanisme is dat we hier hebben gevonden,' zegt Jetten. 'We weten dat deze enzymen al voorkwamen voordat er door fotosynthese massaal zuurstof beschikbaar kwam in de atmosfeer. Er waren toen wel al wel stikstofoxiden en methaan. De stofwisseling van de Twentekanaalbacterie zou dus zomaar een overblijfsel van 2,7 miljard jaar terug kunnen zijn.'
Nitrite-driven anaerobic methane oxidation by oxygenic bacteria. Nature 25 maart.
Katharina F. Ettwig, Margaret K. Butler, Denis Le Paslier, Eric Pelletier, Sophie Mangenot, Marcel M.M. Kuypers, Frank Schreiber, Johannes Zedelius, Dirk de Beer, Bas E. Dutilh, Jolein Gloerich, Hans J.C.T. Wessels, Theo van Alen, Francisca Luesken, Ming L. Wu, Katinka T. van de Pas-Schoonen, Huub J.M. Op den Camp, Eva M. Janssen-Megens, Kees-Jan Francoijs, Henk Stunnenberg, Jean Weissenbach, Mike S.M. Jetten & Marc Strous.
Het onderzoek maakt onderdeel uit van het NWO-VIDI-project van Marc Strous, inmiddels werkzaam bij het MPI für Marine Mikrobiologie in Bremen.